本書參照了教育部物理基礎課程教學指導分委員會制訂的《理工科非物理類專業(yè)大學物理課程教學基本要求》,涵蓋了基本要求中的核心內容。在內容選取上采用壓縮經(jīng)典、簡化近代; 削枝強干,突出重點; 簡化理論論證,適度增加應用等方法,以適應不同院校和專業(yè)對大學物理的要求。同時考慮到技術應用型院校的特點和實際情況,在保證必要的基本訓練的基礎上,適度降低了例題和習題的難度,而且吸收了國內外優(yōu)秀教材的精髓,充實了大量物理學史和*科技進展后編寫而成。
本書不僅融入了作者多年教學經(jīng)歷所積累的成功經(jīng)驗,而且考慮到學生和教師教學的新特點,還配備了習題解答、學習指導和電子教案等教學資源。全書分上、下兩冊,上冊內容包括力學、機械振動、機械波、光學和熱學,下冊內容包括電磁學、狹義相對論和量子物理。
本書可作為技術應用型高等院校工科類各專業(yè)大學物理課程的教材,也可作為非物理專業(yè)大學物理課程的教材或參考書,還可供文理科相關專業(yè)選用和社會讀者閱讀。
集科學性,先進性,實踐性,趣味性,可讀性于一體的大學物理課程教材,文筆流暢,易教易學.
前言
物理學是研究物質基本結構、基本運動形式及相互作用規(guī)律的科學。物理學最初是主要研究力學運動規(guī)律,后來又研究熱現(xiàn)象、電磁現(xiàn)象、光現(xiàn)象以及輻射的規(guī)律。到19世紀末,物理學已經(jīng)形成了一個完整的體系,稱為經(jīng)典物理學。在20世紀初的30年里,物理學經(jīng)歷了一場偉大的革命,誕生了相對論和量子力學,形成了近代物理學。相對論和量子力學是近代物理學的兩大理論支柱,它直接導致了現(xiàn)代科學技術的革命。超大規(guī)模的集成電路、人工設計的新型材料、激光技術的應用和發(fā)展、低溫與超導、新能源的開發(fā)和應用等,究其根源,無不以現(xiàn)代物理學基本原理為基礎。以經(jīng)典物理學、近代物理學和現(xiàn)代科學技術中的物理基礎為主要內容的大學物理,是高等院校非物理專業(yè)學生一門重要的課程。該課程在培養(yǎng)學生綜合素質、豐富科學知識、提高技術能力方面發(fā)揮著重要的作用。針對培養(yǎng)技術應用型人才的高等學校,為了滿足大學物理課程改革和實際教學的要求,在多年教學實踐的基礎上,我們編寫了本書。編寫的主要思路如下:(1) 基本內容: 為了適應技術應用型人才培養(yǎng)的大學物理教學,本書內容包括基本知識、拓展內容和閱讀材料三大板塊;局R內容以《理工科非物理類專業(yè)大學物理課程教學基本要求》為根據(jù),構成了本書的核心。同時選取少量的拓展內容,作為知識的擴展和延伸,這部分內容以*號標出。教師授課時,刪去帶*的內容,并不影響全書的系統(tǒng)性和連貫性。書中還安排了一定數(shù)量的閱讀材料,這些閱讀材料與教材內容相匹配,主要是一些基本原理的應用。增加這些內容目的是使學生掌握基礎性物理學的知識,了解物理學的前瞻性發(fā)展,同時讓學生感受到物理學與人們日常生活的密切相關性,增強學習趣味、拓寬學生視野、提高創(chuàng)新意識。(2) 敘述特點: 考慮到技術應用型人才的特點和物理學自身的特點,本書在論述方式上重視物理概念的準確性、物理推論的邏輯性和物理內容的基礎性。由淺入深、由易到難、由具體到抽象、由特殊到一般,盡可能避免復雜的數(shù)學推證,力求通俗易懂、便于學習。對現(xiàn)代物理學內容的介紹深入淺出,力爭不讓學生感到過分抽象和復雜。(3) 內容銜接: 為了避免與中學物理內容重復,本書以中學物理為基礎,以應用型工科院校為特色編寫。在內容銜接點上,綜合考慮了不同地區(qū)、不同專業(yè)大學物理教學的情況,適度地降低了部分內容的銜接點,企盼絕大多數(shù)學生都能較好地與中學物理基礎相銜接。同時也注意到與大學后續(xù)課程的銜接。(4) 習題安排: 為了使學生對所學內容加以鞏固,書中安排了一定量的例題和習題。習題和例題涵蓋基礎、應用兩個方面。有些題目與實際聯(lián)系較密切,且物理原
理清楚,有較強的實際應用意義和一定的趣味性。習題內容和數(shù)量選擇與教材內容相配合,類型有填空題、選擇題和計算題。難度由淺到深,有較好的適用性。(5) 版式格式: 版式采用了與國際接軌的彩色印制; 在編排上注重版面設計、圖文并茂; 在內容敘述上保留了原教材的基本特色,即力求做到生動形象、通俗易懂,強調了物理圖像和物理思想,使學生在欣賞的過程中體驗并學習物理學知識; 在資源建設上借助現(xiàn)代信息技術,在書中某些章節(jié)增加動畫、二維碼視頻等多媒體教學資源,并配以數(shù)字課程教學平臺,期望突破書中知識難點,增加學生學習物理學的情趣。由紙質教材、紙質輔助教材、電子教案和網(wǎng)絡課程等組成了立體化系列教材。全書采用國際(SI)單位制,書后有矢量運算、物理量的名稱、符號及單位、常用物理常量表、習題參考答案及參考文獻。本書是上海市十二五規(guī)劃教材,并作為核心成果獲得了上海市第十一屆教育科學研究優(yōu)秀成果一等獎,其分為上、下兩冊,分別介紹了力學、機械振動、機械波、光學、熱學、電磁學、狹義相對論和量子物理,由袁艷紅教授編寫。書中的彩圖由陳銳繪畫,演示實驗視頻由柯磊、趙潤寧、楊黨強拍攝,動畫資源由賈鑫、楊俊偉設計,黃才杰校稿。在本書的編寫過程中,參考了國內外大量的文獻資料。此外,也從網(wǎng)絡上搜集了大量的有關資料和圖片,在此向原作者表示感謝。在本書的編寫和修改過程中,得到了苗潤才、楊若凡、孫振武和朱泰英等教授的關心和幫助,在此謹向他們表示誠摯的感謝。由于編者學識和教學經(jīng)驗有限,可能對基本要求理解不深,處理不當,書中缺點和錯誤在所難免,真誠企盼使用本書的讀者批評指正。編者2016年4月
袁艷紅,上海電機學院教授,博士。主要從事納米材料的光學、電學性質以及物理教育的研究。現(xiàn)任大學物理教學團隊負責人、物理電子學學科帶頭人、大學物理市級精品課程負責人。主持完成了多項教學研究和改革項目,主編出版教材5部,主持完成了上海市科研項目2項、高?蒲许椖3項,與其他高校合作項目1項,參與完成*項目3項,申請專利多項,獲科研成果獎多項。
目錄
第9章靜電場
9.1電荷和庫侖定律 /
9.1.1電荷的量子化 /
9.1.2電荷守恒定律 /
9.1.3庫侖定律 /
9.1.4靜電力疊加原理 /
9.2電場和電場強度 /
9.2.1電場 /
9.2.2電場強度 /
9.2.3點電荷的電場強度 /
9.2.4電場強度疊加原理 /
9.2.5電荷連續(xù)分布帶電體電場中的電場強度 /
原理應用噴墨打印機 /
9.3電場強度通量高斯定理 /
9.3.1電場線 /
9.3.2電場強度通量 /
9.3.3高斯定理 /
9.3.4高斯定理的應用 /
9.4靜電場的環(huán)路定理電勢 /
9.4.1靜電場力是保守力 /
9.4.2靜電場的環(huán)路定理 /
9.4.3電勢能電勢和電勢差 /
9.4.4電勢的計算 /
9.5等勢面電場強度與電勢 /
9.5.1等勢面 /
9.5.2電勢與電場強度的關系 /
原理應用離子推進器 /
內容提要 /
習題 /
第10章靜電場中的導體和電介質
10.1靜電場中的導體 /
10.1.1導體的靜電平衡條件 /
10.1.2導體表面的電場 /
10.1.3靜電平衡時導體上電荷的分布 /
10.1.4導體靜電平衡的應用 /
原理應用靜電除塵器 /
10.2電容電容器 /
10.2.1孤立導體的電容 /
10.2.2電容器的電容 /
10.2.3電容器的并聯(lián)和串聯(lián) /
10.3靜電場中的電介質 /
10.3.1電介質對電場的影響相對電容率 /
10.3.2電介質的極化 /
10.3.3電極化強度矢量 /
10.4電位移有電介質時的高斯定理 /
10.4.1有電介質時的高斯定理 /
10.4.2電場強度、電極化強度和電位移之間的關系 /
10.5靜電場的能量 /
原理應用心臟除顫器 /
內容提要 /
習題 /
第11章穩(wěn)恒磁場
11.1恒定電流 /
11.1.1電流電流密度 /
11.1.2恒定電流的條件 /
11.1.3電動勢 /
11.2磁場磁感應強度 /
11.2.1磁的基本現(xiàn)象 /
11.2.2磁感應強度 /
11.3磁場疊加原理畢奧薩伐爾定律 /
11.3.1磁場疊加原理 /
11.3.2畢奧薩伐爾定律 /
11.3.3畢奧薩伐爾定律的應用舉例 /
11.3.4磁矩 /
11.4磁場的高斯定理 /
11.4.1磁感應線 /
11.4.2磁通量 /
11.4.3磁場的高斯定理及其應用 /
11.5安培環(huán)路定理及其應用 /
11.5.1安培環(huán)路定理 /
11.5.2安培環(huán)路定理的應用 /
11.6磁場對運動電荷的作用 /
11.6.1洛倫茲力帶電粒子在均勻磁場中的運動 /
11.6.2帶電粒子在現(xiàn)代電磁場技術中的應用舉例 /
11.7磁場對載流導線的作用 /
11.7.1安培定律 /
11.7.2磁場對平面載流線圈作用的力矩 /
原理應用電力系統(tǒng)中母線所受的安培力 /
11.8磁場中的磁介質 /
11.8.1磁介質磁化強度 /
11.8.2磁介質中的安培環(huán)路定理磁場強度 /
原理應用超導 /
內容提要 /
習題 /
第12章電磁感應與電磁場
12.1電磁感應現(xiàn)象及其基本規(guī)律 /
12.1.1電磁感應現(xiàn)象 /
12.1.2法拉第電磁感應定律 /
12.1.3楞次定律 /
原理應用電吉他 /
12.2動生電動勢和感生電動勢 /
12.2.1動生電動勢 /
12.2.2感生電動勢 /
12.2.3渦電流 /
原理應用磁懸浮技術 /
12.3互感和自感 /
12.3.1互感 /
12.3.2自感 /
12.4磁場的能量 /
12.4.1載流長直螺線管的磁能 /
12.4.2磁場的能量 /
*12.5麥克斯韋電磁場理論簡介 /
12.5.1位移電流全電流的安培環(huán)路定理 /
12.5.2渦旋電場 /
12.5.3麥克斯韋方程的積分形式 /
*12.6電磁振蕩電磁波 /
12.6.1電磁波的產(chǎn)生與傳播 /
12.6.2真空中的平面電磁波及其特性 /
12.6.3電磁波譜 /
原理應用核磁共振及其醫(yī)學成像原理 /
內容提要 /
習題 /
第13章狹義相對論
13.1伽利略變換牛頓力學相對性原理遇到的困難 /
13.1.1伽利略相對性原理伽利略變換 /
13.1.2經(jīng)典力學的絕對時空觀 /
13.1.3光速依賴于慣性參考系的選取嗎 /
13.2狹義相對論的基本原理洛倫茲變換 /
13.2.1狹義相對論的基本原理 /
13.2.2洛倫茲變換式 /
*13.2.3洛倫茲速度變換式 /
13.3狹義相對論的時空觀 /
13.3.1同時性的相對性 /
13.3.2時間的延緩 /
13.3.3長度收縮 /
13.4狹義相對論動力學基礎 /
13.4.1質量與速度的關系 /
13.4.2相對論的動量 /
13.4.3相對論的動能 /
13.4.4相對論能量質能關系 /
13.4.5相對論的動量和能量關系 /
原理應用原子核裂變和聚變 /
原理應用光伏發(fā)電 /
內容提要 /
習題 /
第14章量子物理
14.1黑體輻射普朗克能量子假設 /
14.1.1黑體黑體輻射 /
14.1.2黑體輻射的瑞利金斯公式經(jīng)典物理
的困難 /
14.1.3普朗克假設普朗克黑體輻射公式 /
14.2光電效應愛因斯坦方程 /
14.2.1光電效應的實驗規(guī)律 /
14.2.2光的波動說遇到的困難 /
14.2.3愛因斯坦光量子理論 /
14.2.4光的波粒二象性 /
14.3康普頓效應 /
14.4氫原子的玻爾理論 /
14.4.1氫原子光譜 /
14.4.2玻爾理論 /
14.5德布羅意波實物粒子的二象性 /
14.5.1德布羅意波假設 /
14.5.2德布羅意假設的實驗驗證 /
原理應用掃描隧穿顯微鏡 /
14.6不確定關系 /
*14.7波函數(shù)薛定諤方程及簡單應用 /
14.7.1波函數(shù)及其統(tǒng)計解釋 /
14.7.2薛定諤方程 /
14.7.3薛定諤方程的應用 /
原理應用碳納米管及其應用 /
內容提要 /
習題 /
附錄
電磁學和近代物理的量和單位
習題參考答案
參考文獻