大學物理

本書涵蓋了教育部新制定的《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》中的核心內容，並精選了相當數量的拓展內容。本書在修訂過程中繼承了第1版的特色，採取壓縮經典、簡化近代、突出重點的方法精選和組織內容. 全書共13章，涉及力學、熱學、電磁學、振動和波、波動光學、狹義相對論和量子物理基礎等。每章包括基本內容之外，還包括閱讀材料、複習與小結、練習題。內容深淺適當，講解正確清晰，敘述引人入勝，例題指導詳盡，全書聯繫實際，特別是注意介紹物理知識和物理思想在實際中的應用。本書有電子教材和學習輔導書等配套資料. 本書可作為高等院校非物理類專業本科少學時的大學物理教材和教學參考書，也可用作高等職業教育各專業的物理教材，還可以供其他有關專業選用和廣大讀者閱讀.

第1章 質點運動學1

1.1 位置矢量和位移1

1.1.1 參照系與坐標系1

1.1.2 位置矢量（運動方程） 2

1.1.3 位移矢量3

1.2 速度和加速度4

1.2.1 速度4

1.2.2 加速度5

1.3 運動的相對性7

1.3.1 直線運動7

1.3.2 相對運動8

1.4 平面曲線運動9

1.4.1 拋體運動 9

1.4.2 圓周運動 10

閱讀材料1 科學家簡介 伽利略14

閱讀材料2 全球定位系統和質點運動學15

複習與小結17

練習題18

第2章 質點動力學20

2.1 牛頓運動定律20

2.1.1 牛頓運動定律的內容20

2.1.2 牛頓運動定律所涉及的基本概念和物理量20

2.1.3 常見的幾種力21

2.1.4 牛頓運動定律的應用23 2.2 動量 動量守恆定律27

2.2.1 質點的動量及動量定理27

2.2.2 質點組的動量定理28

2.2.3 動量守恆定律及其意義 29

2.3 動能 動能定理32

2.3.1 功 32

2.3.2 功率33

2.3.3 質點的動能定理33

2.3.4 質點組的動能定理34

2.4 勢能 機械能轉化及守恆定律38

2.4.1 保守力及保守力的功38

2.4.2 勢能39

2.4.3 功能原理40

2.4.4 機械能轉化和機械能守恆定律40

2.4.5 能量轉化和能量守恆定律40

閱讀材料3 科學家簡介 牛頓44

閱讀材料4 火箭與宇宙速度45

複習與小結48

練習題50

第3章 剛體的定軸轉動53

3.1 剛體定軸轉動的運動學53

3.2 剛體定軸轉動的動力學55

3.2.1 剛體定軸轉動的轉動定律55

3.2.2 剛體定軸轉動的動能定理61

3.2.3 剛體定軸轉動的角動量守恆定律63

3.2.4 開普勒定律66

閱讀材料5 科學家簡介 開普勒68

閱讀材料6 人造地球衛星69

複習與小結71

練習題72

第4章 氣體動理論76

4.1 理想氣體的壓強和溫度76

4.1.1 狀態參量 平衡態76

4.1.2 理想氣體模型 76

4.1.3 理想氣體狀態方程77

4.1.4 統計假設77

4.1.5 理想氣體的壓強 78

4.1.6 理想氣體的溫度 80

4.2 能均分定理 理想氣體的熱力學能81

4.2.1 自由度81

4.2.2 能量按自由度均分定理 82

4徠.2.3 理想氣體的熱力學能83

4.3 麥克斯韋速率分佈律 三種統計速率83

4.3.1 麥克斯韋速率分佈律83

4.3.2 最概然速率、平均速率和方均根速率85

*4.4 氣體分子碰撞和平均自由程86

4.4.1 分子的平均自由程和碰撞頻率86

4.4.2 平均自由程和平均碰撞頻率的關係86

閱讀材料7 科學家簡介 克勞修斯88

閱讀材料8 真空的獲得89

複習與小結92

練習題93

第5章 熱力學基礎95

5.1 熱力學第零定律 溫度95

5.1.1 熱力學第零定律95

5.1.2 溫度和溫標96

5.1.3 熱力學溫標97

5.1.4 攝氏溫標和華氏溫標98

5.2 熱力學第一定律及其應用98

5.2.1 熱量、功和熱力學能98

5.2.2 熱力學第一定律 99

5.2.3 准靜態過程99

5.2.4 理想氣體的等體、等壓和等溫過程101

5.2.5 氣體的摩爾熱容 102

5.2.6 理想氣體的絕熱過程104

5.3 循環過程 卡諾循環106

5.3.1 循環過程106

5.3.2 卡諾循環107

5.4 熱力學第二定律 卡諾定理109

5.4.1 熱力學第二定律109

5.4.2 可逆過程和不可逆過程111

5.4.3 卡諾定理111

閱讀材料9 科學家簡介 開爾文112

閱讀材料10 “熵”簡介113

複習與小結116

練習題118

第6章 靜電場121

6.1 庫侖定律 電場強度121

6.1.1 電荷的量子化121

6.1.2 電荷守恆定律121

6.1.3 庫侖定律122

6.1.4 電場強度123

6.1.5 由點電荷引起的電場124

6.1.6 由連續電荷分佈引起的電場124

6.1.7 噴墨列印125

6.2 高斯定理及其應用129

6.2.1 電場線129

6.2.2 電場強度通量130

6.2.3 高斯定理131

6.2.4 高斯定理的應用132

6.3 電勢135

6.3.1 靜電場力是保守力135

6.3.2 靜電場的環路定律136

6.3.3 電勢能 電勢137

6.3.4 由點電荷引起的電勢137

6.3.5 由連續電荷分佈引起的電勢138

6.4 靜電場中的導體和電介質140

6.4.1 導體的靜電平衡140

6.4.2 靜電平衡時導體上的電荷分佈141

6.4.3 尖端放電 靜電屏蔽141

6.4.4 從原子觀點看電介質143

6.4.5 電介質中的高斯定理144

6.5 電容 電場能量145

6.5.1 電容器的電容145

6.5.2 電容的計算146

6.5.3 電容器的充電148

6.5.4 心臟除顫器148

6.5.5 靜電場的能量 能量密度148

閱讀材料11 科學家簡介 庫侖150

閱讀材料12 靜電的應用151

複習與小結154

練習題155

第7章 穩恆磁場159

7.1 磁場 磁感應強度159

7.1.1 磁場159

7.1.2 磁感應強度160

7.1.3 洛倫茲力161

7.2 畢奧-薩伐爾定律及其應用161

7.2.1 畢奧-薩伐爾定律161

7.2.2 畢奧-薩伐爾定律應用舉例162

7.3 磁場的高斯定理和安培環路定理164

7.3.1 磁感線164

7.3.2 磁通量 高斯定理164

7.3.3 安培環路定理165

7.3.4 安培環路定理應用舉例167

7.4 磁場對運動電荷和載流導線的作用169

7.4.1 帶電粒子在磁場中的運動169

7.4.2 霍耳效應170

7.4.3 回旋加速器172

7.4.4 安培定律172

7.4.5 電磁軌道炮173

7.4.6 均勻磁場對載流線圈的作用174

7.5 磁介質中的磁場176

7.5.1 磁介質的分類176

7.5.2 磁介質中的安培環路定理178

7.5.3 鐵磁質179

閱讀材料13 科學家簡介 法拉第181

閱讀材料14 超導182

複習與小結184

練習題185

第8章 電磁感應189

8.1 電磁感應的基本定律189

8.1.1 電磁感應現象189

8.1.2 法拉第電磁感應定律189

8.1.3 楞次定律190

8.1.4 電吉他190

8.2 動生電動勢 感生電動勢192

8.2.1 動生電動勢192

8.2.2 感生電動勢194

8.3 自感 互感 磁場的能量195

8.3.1 自感現象195

8.3.2 互感現象196

8.3.3 磁場的能量197

8.4 麥克斯韋方程組198

8.4.1 位移電流 全電流安培環路定律198

8.4.2 麥克斯韋方程組的積分形式200

閱讀材料15 科學家簡介 麥克斯韋201

閱讀材料16 電磁波202

複習與小結205

練習題206

第9章 振動學基礎209

9.1 簡諧振動209

9.1.1 彈簧振子的振動209

9.1.2 簡諧振動的定義210

9.1.3 單擺的運動規律210

9.1.4 LC振蕩迴路中電容器上電量的變化規律211

9.2 簡諧振動的規律211

9.2.1 簡諧振動的運動學方程、速度、加速度211

9.2.2 簡諧振動的三要素212

9.2.3 簡諧振動的能量212

9.2.4 簡諧振動的旋轉矢量表示214

9.2.5 阻尼振動 受迫振動 共振215

9.3 簡諧振動的合成216

9.3.1 同方向同頻率簡諧振動的合成216

9.3.2 兩個互相垂直的同頻率的簡諧振動的合成217

閱讀材料17 科學家簡介 惠更斯219

閱讀材料18 混沌220

複習與小結222

練習題223

第10章 波動學基礎226

10.1 機械波的產生及描述226

10.1.1 機械波的產生226

10.1.2 波振面 波射線227

10.1.3 波的頻率、波長和波速227

10.2 平面簡諧波228

10.2.1 平面簡諧波的波動方程228

10.2.2 波的能量 能流密度 波的吸收 231

10.3 波的衍射和干涉233

10.3.1 惠更斯原理233

10.3.2 波的衍射233

10.3.3 波的疊加原理234

10.3.4 波的干涉234

10.3.5 駐波235

10.3.6 多普勒效應237

閱讀材料19 科學家簡介 多普勒239

閱讀材料20 超聲波簡介240

複習與小結241

練習題242

第11章 波動光學245

11.1 光源 光的相干性245

11.1.1 光學發展簡史245

11.1.2 光的電磁波性質246

11.1.3 光源247

11.1.4 光的相干性248

11.1.5 光程 光程差249

11.2 分波陣面干涉250

11.2.1 楊氏雙縫干涉250

11.2.2 洛埃鏡實驗251

11.2.3 光的空間相干性和時間相干性252

11.3 薄膜干涉253

11.3.1 平行平面薄膜產生的干涉254

11.3.2 楔形平面薄膜（劈尖）干涉256

11.3.3 牛頓環257

11.3.4 邁克耳孫干涉儀259

11.4 光的衍射259

11.4.1 光的衍射現象259

11.4.2 惠更斯-菲涅耳原理260

11.4.3 夫琅禾費單縫衍射261

11.5 光柵衍射264

11.5.1 光柵的構造264

11.5.2 光柵衍射的主極大條紋264

11.5.3 光柵光譜266

11.5.4 X射線的衍射267

11.6 圓孔的夫琅禾費衍射 光學儀器的分辨本領268

11.6.1 圓孔的夫琅禾費衍射268

11.6.2 光學儀器的分辨本領269

11.7 光的偏振現象270

11.7.1 偏振光和自然光270

11.7.2 偏振片起偏和檢偏272

11.7.3 馬呂斯定律272

11.7.4 光的反射和折射起偏273

11.8 激光簡介275

11.8.1 激光的基本原理275

11.8.2 氦氖激光器278

11.8.3 激光的特點及應用279

閱讀材料21 科學家簡介 菲涅耳279

閱讀材料22 全息照相280

複習與小結282

練習題284

第12章 狹義相對論289

12.1 經典時空觀及其局限性289

12.1.1 伽利略坐標變換289

12.1.2 經典時空觀290

12.1.3 力學相對性原理290

12.2 狹義相對論時空觀291

12.2.1 狹義相對論產生的歷史背景291

12.2.2 狹義相對論的基本原理291

12.2.3 洛倫茲坐標變換292

12.2.4 狹義相對論時空觀292

12.3 相對論動力學295

12.3.1 相對論的質速關係295

12.3.2 相對論的質能關係295

12.3.3 能量動量關係296

閱讀材料23 科學家簡介 愛因斯坦297

閱讀材料24 廣義相對論簡介298

複習與小結301

練習題302

第13章 量子物理基礎304

13.1 量子論的形成304

13.1.1 黑體輻射和普朗克能量子假設304

13.1.2 光電效應和愛因斯坦光子假設306

13.1.3 原子結構與原子光譜 玻爾的量子論309

13.2 物質波 不確定關係313

13.2.1 物質波313

13.2.2 物質波的統計解釋314

13.2.3 不確定關係315

*13.3 波函數 薛定諤方程317

13.3.1 波函數317

13.3.2 薛定諤方程318

13.3.3 一維無限深方勢阱中運動的粒子319

13.3.4 氫原子的薛定諤方程320

閱讀材料

25 科學家簡介 普朗克321

26 黑洞簡介322

複習與小結324

練習題325

附錄327

附錄A 國際單位制(SI)327

附錄B 常用物理常量328

附錄C 數學公式329

參考答案332