定 價:55 元
叢書名:“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目名校名家基礎(chǔ)學(xué)科系列
- 作者:王曉鷗 張伶莉 田浩
- 出版時間:2022/2/1
- ISBN:9787111692911
- 出 版 社:機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:O4
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
本書參照*現(xiàn)行的《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》,根據(jù)當(dāng)前各高校大學(xué)物理課程的教學(xué)需求編寫而成,涵蓋了該教學(xué)基本要求的A類內(nèi)容,并擇要介紹了一些B類擴展性內(nèi)容.本書的主要特點是:在體系結(jié)構(gòu)上,設(shè)有“章前問題”“學(xué)習(xí)要點”“思維拓展”“思考題”“章前問題解答”以及突出“課程思政”特點的“章后感悟 ”“科學(xué)家軼事”“應(yīng)用拓展”等模塊;在內(nèi)容安排上,將物理知識與生產(chǎn)、生活和科技發(fā)展緊密聯(lián)系;在內(nèi)容結(jié)構(gòu)上,突出了新形態(tài)教材的特點,即傳統(tǒng)教材與網(wǎng)絡(luò)教育的有機結(jié)合;在敘述上,力求開門見山、直擊主題、深入淺出,并努力做到簡明易懂,通順流暢.本書主要內(nèi)容為振動波動、光學(xué)、熱學(xué)和量子力學(xué),共9章.
本書為全日制普通高等學(xué)校理工科類大學(xué)物理教材(120~150學(xué)時),也可作為成人教育、網(wǎng)絡(luò)教育、高等教育自學(xué)考試的教材或參考書.
哈爾濱工業(yè)大學(xué)是*“物理學(xué)拔尖學(xué)生培養(yǎng)基地”.本書作為教材,是基地建設(shè)的重要內(nèi)容之一.我們對大學(xué)物理教學(xué)的理念是大學(xué)物理課程不僅是理工科學(xué)生進一步學(xué)習(xí)專業(yè)知識的堅實基礎(chǔ),還是樹立學(xué)生科學(xué)的世界觀、增強學(xué)生分析和解決問題的能力、培養(yǎng)學(xué)生探索精神和創(chuàng)新意識的一門素質(zhì)教育課程.大學(xué)物理課堂可以潛移默化地促進學(xué)生正確的價值觀和人生觀的養(yǎng)成,實現(xiàn)思想政治教育與知識體系教育的有機統(tǒng)一.
本書是哈爾濱工業(yè)大學(xué)物理學(xué)院大學(xué)物理教研室全體教師經(jīng)過多年教學(xué)實踐和教學(xué)改革,并考慮到大學(xué)和中學(xué)物理課程的銜接,結(jié)合當(dāng)前“新工科”建設(shè)和“課程思政”改革編寫而成.全書涵蓋*現(xiàn)行《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》A類內(nèi)容,并擇要介紹了一些B類擴展性內(nèi)容.在編寫過程中,編者秉承哈爾濱工業(yè)大學(xué)“規(guī)格嚴(yán)格,功夫到家”的校訓(xùn),始終貫徹大學(xué)物理是一門非物理學(xué)專業(yè)的公共基礎(chǔ)課程的基本指導(dǎo)思想,在結(jié)構(gòu)編排上力求物理知識體系的完整性,強調(diào)物理思想、物理方法以及物理圖像的獲取比知識本身更重要,凡能用物理圖像說明清楚的,盡量不用較復(fù)雜的數(shù)學(xué)推證.因此,本書不僅便于教師講授,更有助于學(xué)生自學(xué)和閱讀.
本書每章開篇由“章前問題”引入,以期激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.在章節(jié)中設(shè)置了“思維拓展”,力求引導(dǎo)學(xué)生主動思考,提升學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)造性科研和工程實踐的能力,在“新工科”建設(shè)中培養(yǎng)高素質(zhì)的復(fù)合型拔尖人才.
為了突出“課程思政”特點,在各章后還設(shè)置了“章后感悟”“科學(xué)家軼事”“應(yīng)用拓展”等模塊,期望開拓學(xué)生的科學(xué)視野、樹立正確的人生觀,其中,“章后感悟”旨在用物理規(guī)律啟發(fā)學(xué)生樹立正確的人生觀和價值觀;“科學(xué)家軼事”旨在通過介紹科學(xué)家胸懷祖國、服務(wù)人民的愛國精神,勇攀高峰、敢為人先的創(chuàng)新精神,追求真理、嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的求實精神,以及淡泊名利、潛心研究的奉獻精神等,激勵學(xué)生爭做重大科研成果的創(chuàng)造者、建設(shè)科技強國的奉獻者,不斷向科學(xué)技術(shù)的廣度和深度進軍;“應(yīng)用拓展”旨在引導(dǎo)學(xué)生初步學(xué)會從物理學(xué)視角去洞察現(xiàn)實世界中形形色色的生活和工程實踐現(xiàn)象,并用相應(yīng)的物理知識去辨析,甚至有所創(chuàng)新.常言道:“授人以魚,僅供一飯之需”,“惟有授人以漁,則終身受用無窮”,后者正是編者所企求的.
本書還突出了新形態(tài)教材的特點,即傳統(tǒng)教材與現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)教育的有機結(jié)合.書中配有與之對應(yīng)的視頻資源,學(xué)生通過掃描二維碼可觀看相應(yīng)部分的演示實驗,進而加深對物理概念、定理、定律的理解.
本書在敘述上力求開門見山,直擊主題,深入淺出,盡可能避免繁文縟節(jié),與此同時,行文力求簡明易懂,通順流暢.定理的推證在不違背嚴(yán)謹(jǐn)性的前提下做了一些簡化,例如,理想氣體壓強公式的推導(dǎo)、氫原子定態(tài)薛定諤方程的求解等就是這樣做的,但為了教師易教、學(xué)生易學(xué),對重點內(nèi)容做了重墨縷述,力求要言不煩;對非重點內(nèi)容估計到學(xué)生閱讀時會有困惑之處,仍不輕易回避,而是盡可能加以縷析,以期能對學(xué)生有所裨益.
本書由王曉鷗、張伶莉、田浩擔(dān)任主編,王先杰、黃喜強、曹永印、李均、袁承勛、劉志國、王偉、王旸、楊慶鑫、應(yīng)濤、裴延波、周可雅、宋杰、朱杲寶參加了編寫.本書演示實驗的視頻錄制得到了大學(xué)物理教研室王慶東工程師的幫助,在此深表感謝!
本書的編寫參考了國內(nèi)外許多同類教材的有關(guān)資料,編者深受啟迪,獲益良多,在此謹(jǐn)向這些著作的作者深表感謝!
對書中錯漏和不當(dāng)之處,祈望讀者們不吝賜正,是所至盼.
編者
前言
第9章機械振動1
章前問題1
學(xué)習(xí)要點1
9.1簡諧運動2
9.1.1簡諧運動的基本特征2
9.1.2簡諧運動表達式3
9.1.3簡諧運動曲線3
9.2描述簡諧運動的基本物理量4
9.2.1周期頻率4
9.2.2相位初相5
9.2.3相位差6
9.2.4振幅、初相與初始條件的關(guān)系7
9.3簡諧運動的旋轉(zhuǎn)矢量圖11
9.4簡諧運動的能量13
9.5同方向簡諧運動的合成拍14
9.5.1兩個同方向、同頻率簡諧運動的
合成15
9.5.2兩個同方向、不同頻率簡諧運動
的合成拍17
9.6兩個相互垂直的簡諧運動的合成李薩如
圖形19
9.6.1兩個相互垂直、同頻率簡諧運動的
合成19
9.6.2兩個相互垂直、不同頻率的簡諧振動
的合成李薩如圖形21
9.7阻尼振動22
9.8受迫振動共振23
章后感悟26
習(xí)題926
科學(xué)家軼事茅以升——敢為人先,勇往
直前28
應(yīng)用拓展中國橋梁29
第10章機械波31
章前問題31
學(xué)習(xí)要點31
10.1機械波的產(chǎn)生橫波與縱波32
10.1.1機械波的產(chǎn)生32
10.1.2橫波與縱波33
10.2波動過程的幾何描述和基本物理量35
10.2.1波線和波面35
10.2.2波形曲線36
10.2.3波的特征量36
10.3平面簡諧波38
10.3.1平面簡諧波的波函數(shù)38
10.3.2波函數(shù)的物理意義39
10.3.3平面波的波動方程44
10.4波的能量能流密度44
10.4.1波的能量44
10.4.2能流密度46
10.5波的衍射、反射和折射47
10.5.1惠更斯原理47
10.5.2波的衍射48
10.5.3波的反射和折射49
10.6波的干涉50
10.6.1波的疊加原理50
10.6.2波的干涉相干條件相干波51
10.6.3相干波的干涉加強與減弱51
10.7駐波54
10.7.1駐波的概念54
10.7.2駐波的能量56
10.7.3半波損失56
*10.8聲波超聲波次聲波57
10.8.1聲波57
10.8.2超聲波59
10.8.3次聲波 59
10.9多普勒效應(yīng)60
章后感悟62
習(xí)題1062
科學(xué)家軼事李四光——讓事實說話64
應(yīng)用拓展中國超級聲吶技術(shù)65
第11章幾何光學(xué)66
章前問題66
學(xué)習(xí)要點66
11.1幾何光學(xué)的基本定律66
11.1.1直線傳播定律67
11.1.2反射定律67
11.1.3折射定律69
11.1.4全反射70
11.2光程和費馬原理71
11.2.1光程71
11.2.2費馬原理72
11.3光在單球面上的傍軸成像73
11.3.1基本概念和符號法則74
11.3.2球面反射成像76
11.3.3球面鏡成像作圖法76
11.3.4球面折射成像78
11.4薄透鏡成像80
11.4.1透鏡80
11.4.2薄透鏡成像公式81
11.4.3薄透鏡的焦距82
11.4.4薄透鏡成像的作圖法82
11.5光學(xué)儀器簡介84
11.5.1眼睛84
11.5.2放大鏡85
11.5.3顯微鏡85
11.5.4望遠鏡86
章后感悟87
習(xí)題1187
科學(xué)家軼事李小文——“布鞋院士”88
應(yīng)用拓展中國天眼——FAST89
第12章波動光學(xué)90
章前問題90
學(xué)習(xí)要點90
12.1光的干涉91
12.1.1光的電磁理論91
12.1.2光的干涉現(xiàn)象及強度分布規(guī)律91
12.1.3相干光的獲得93
12.1.4雙縫干涉94
12.1.5薄膜干涉99
12.1.6邁克耳孫干涉儀106
12.2光的衍射108
12.2.1光的衍射現(xiàn)象惠更斯-菲涅耳
原理108
12.2.2單縫衍射109
12.2.3圓孔衍射光學(xué)儀器的分辨
本領(lǐng)113
12.2.4衍射光柵115
12.2.5光柵光譜光柵的分辨本領(lǐng)121
12.2.6X射線在晶體中的衍射123
12.3光的偏振124
12.3.1自然光和偏振光124
12.3.2偏振片的起偏和檢偏馬呂斯
定律126
12.3.3反射和折射起偏布儒斯特
定律129
12.3.4光的雙折射現(xiàn)象131
12.3.5波片132
12.3.6偏振光的干涉133
12.3.7人為雙折射134
章后感悟136
習(xí)題12136
科學(xué)家軼事王大珩——“中國光學(xué)
之父”138
應(yīng)用拓展光學(xué)干涉儀138
第13章熱力學(xué)基礎(chǔ)140
章前問題140
學(xué)習(xí)要點140
13.1熱力學(xué)基本概念141
13.1.1問題的提出141
13.1.2熱力學(xué)系統(tǒng)141
13.1.3系統(tǒng)的平衡狀態(tài)物態(tài)參量熱力學(xué)
第零定律142
13.1.4準(zhǔn)靜態(tài)過程143
13.2氣體的物態(tài)方程144
13.2.1理想氣體的物態(tài)方程144
*13.2.2真實氣體的物態(tài)方程146
13.3熱力學(xué)定律功和熱量的
計算147
13.3.1系統(tǒng)的內(nèi)能功與熱的
等效性147
13.3.2熱力學(xué)定律148
13.3.3功和熱量的計算149
13.4熱力學(xué)定律的應(yīng)用152
13.4.1等體過程152
13.4.2等壓過程153
13.4.3等溫過程154
13.4.4絕熱過程155
*13.4.5多方過程160
13.5循環(huán)與熱機160
13.5.1循環(huán)過程160
13.5.2熱機效率161
13.5.3卡諾循環(huán)165
13.6熱力學(xué)第二定律卡諾定理167
13.6.1熱力學(xué)過程的方向性167
13.6.2熱力學(xué)第二定律168
13.6.3卡諾定理169
13.7熵170
13.7.1熵的概念171
13.7.2熵增加原理172
13.7.3熵恒增=能貶值(能“質(zhì)”
衰退)174
章后感悟175
習(xí)題13176
科學(xué)家軼事開爾文——畢生追求科學(xué)
真理178
應(yīng)用拓展我國的內(nèi)燃機發(fā)展之路任重
道遠179
第14章統(tǒng)計物理簡介180
章前問題180
學(xué)習(xí)要點180
14.1氣體分子的熱運動及其統(tǒng)計
規(guī)律性181
14.1.1氣體分子熱運動181
14.1.2大量分子熱運動服從統(tǒng)計
規(guī)律性182
14.2氣體分子的速率分布184
14.2.1速率分布曲線184
14.2.2麥克斯韋速率分布律185
14.2.3三種統(tǒng)計速率186
14.3氣體分子平均碰撞頻率和平均
自由程188
14.3.1平均自由程188
14.3.2分子平均碰撞頻率189
14.4理想氣體的壓強公式和溫度的統(tǒng)計
意義191
14.4.1理想氣體的微觀模型191
14.4.2理想氣體的壓強公式192
14.4.3理想氣體的溫度公式194
14.5能量按自由度均分原理理想氣體的
內(nèi)能196
14.5.1自由度196
14.5.2能量均分定理197
14.5.3理想氣體的內(nèi)能198
14.5.4理想氣體摩爾熱容理論值的
計算199
14.6熱力學(xué)第二定律的統(tǒng)計詮釋200
14.6.1宏觀態(tài)與微觀態(tài)200
14.6.2熱力學(xué)過程不可逆性的統(tǒng)計
意義201
14.6.3玻耳茲曼熵202
*14.7熵與物理學(xué)的自然觀204
章后感悟204
習(xí)題14205
科學(xué)家軼事王竹溪——耿耿忠心效桑梓206
應(yīng)用拓展 統(tǒng)計物理與5G時代206
第15章早期量子論208
章前問題208
學(xué)習(xí)要點208
15.1熱輻射普朗克量子假說209
15.1.1熱輻射及其定量描述209
15.1.2黑體輻射定律普朗克
公式209
15.2光電效應(yīng)213
15.2.1光電效應(yīng)的實驗規(guī)律213
15.2.2經(jīng)典理論解釋光電效應(yīng)遇到
困難215
15.2.3愛因斯坦的光量子假設(shè)215
15.2.4光電效應(yīng)的應(yīng)用217
15.3康普頓效應(yīng)電磁輻射的波粒
二象性218
15.3.1康普頓效應(yīng)218
15.3.2電磁輻射的波粒二象性220
15.4氫原子光譜玻爾的氫原子理論221
15.4.1氫原子光譜的規(guī)律性221
15.4.2玻爾的氫原子理論222
15.4.3弗蘭克-赫茲實驗224
章后感悟227
習(xí)題15227
科學(xué)家軼事吳有訓(xùn)——科學(xué)工作,在精細
與有恒 228
應(yīng)用拓展光子芯片229
第16章量子力學(xué)簡介230
章前問題230
學(xué)習(xí)要點230
16.1德布羅意假設(shè)海森伯的不確定
關(guān)系231
16.1.1德布羅意假設(shè)實物粒子的波粒二
象性231
16.1.2海森伯的不確定關(guān)系233
16.2波函數(shù)及其統(tǒng)計詮釋236
16.2.1自由粒子的波函數(shù)236
16.2.2波函數(shù)的統(tǒng)計詮釋236
16.2.3波函數(shù)的歸一化條件238
16.2.4波函數(shù)的態(tài)疊加原理239
16.3薛定諤方程239
16.3.1自由粒子的薛定諤方程240
16.3.2勢場中粒子的薛定諤方程240
16.3.3一維定態(tài)薛定諤方程241
16.4定態(tài)薛定諤方程的應(yīng)用242
16.4.1一維無限深方形勢阱242
16.4.2勢壘貫穿245
16.4.3一維簡諧振子247
章后感悟250
習(xí)題16250
科學(xué)家軼事玻爾——科學(xué)的道路從來都
不平坦251
應(yīng)用拓展量子通信及我國量子通信技術(shù)
新進展251第17章氫原子253
章前問題253
學(xué)習(xí)要點253
17.1算符與本征值方程253
17.1.1算符253
17.1.2本征值方程254
17.2氫原子的定態(tài)薛定諤方程257
17.2.1氫原子的定態(tài)薛定諤方程求解
簡介257
17.2.2量子化條件258
17.2.3氫原子的能量角動量259
17.3氫原子中電子的概率分布263
17.3.1徑向概率分布263
17.3.2角向概率分布265
17.4電子自旋267
17.4.1施特恩-蓋拉赫實驗268
17.4.2電子自旋268
17.4.3四個量子數(shù)269
17.5多電子原子原子中的電子殼層
模型 269
17.5.1多電子原子269
17.5.2原子中的電子殼層模型 271
章后感悟272
習(xí)題17273
科學(xué)家軼事陸朝陽——勇于擔(dān)當(dāng),甘于
堅守274
應(yīng)用拓展量子計算機及我國量子計算
新進展274
附錄276
附錄A一些物理常量276
附錄B數(shù)學(xué)公式276
參考文獻279