内 容 简 介

本书在第1版的基础上，以物理学的基本概念、定律和方法为核心，在保证物理学知识体系完整的同时，重点突出以物理学的思想和方法来分析问题、解决问题的综合能力的培养和训练。知识体系在第1版基础上，部分章节的内容和顺序做了适当调整。结合高职院校的特点，增补了一些物理学在相关交叉学科的发展和应用实例，理论联系实践，既激发学习兴趣，又丰富知识面，不断提高读者的综合素质。

全书共分17章，分别介绍了物理学导论、质点的运动与力、运动的守恒量与守恒定律、刚体的定轴转动、机械振动、机械波、热力学基础、气体动理论基础、真空中的静电场、静电场中的导体与电介质、恒定电流的磁场、磁场中的磁介质、电磁感应——电磁波、波动光学基础、狭义相对论基础、量子物理基础、物理学原理在工程技术中的应用等内容。增补了一些与使用工程技术相关的例题和习题，每章习题给出了部分参考答案，增加了常用物理常数表。

本书为适应不同地区、不同专业的高职类大学物理课程教学和自学而编写的。可作为高职类不同专业、大专及成人教育相应专业的大学物理课程教学的教材和自学用书。

 

再 版 前 言
进入21世纪，我国的高等教育已从“精英教育”逐步走向大众教育，为适应新形势下科学技术的发展对人才培养的新要求，高等教育越来越强化基础教育课程，注重学生综合素质的培养。另外，随着科学技术的发展，学科之间的交叉与结合尤为突出，物理学正进一步向生物学、化学、材料科学、医学等学科领域渗透与发展。因此良好的物理基础是学好其他自然科学与工程技术科学的基本保障。物理学所阐述的基本原理和基本知识、基本思想、基本规律和基本方法，不仅是学生学习后续专业课的基础，也是全面提高学生科学素质、科学思维方法和科学研究能力的重要内容。大学物理课程是理工类、高职机电类各专业的必修公共基础课，在培养学生辩证唯物主义世界观，科学的时空观等方面起着重要的作用。
本书在保持第1版大学物理课程体系的完整性、科学性、系统性和逻辑性等特点的前提下，适当调整了部分内容的顺序和结构，在注重陈述物理学的基本知识、概念、规律的同时，增加了一些物理学的交叉发展和应用实例，增补了一些与实用工程技术相关的例题和习题及课堂思考讨论题，以提高学生综合解决实际问题的能力。每章习题给出了部分参考答案，并增加了常用物理常数表。本书的修改花费了较多的时间和精力作图，力图使图更美观；对第1版中表述错误或符号错误等做出了勘误。
书中带“*”号部分内容可根据实际教学课时量处理，可选择讲授或让学生自己阅读。
编者感谢长江大学物理学院的大学物理精品课程组老师们的支持和帮助。
由于编者学识和教学经验有限，书中难免存在不当和疏漏之处，恳请各位读者批评指正。

目  录
第0章  物理学导论 1
0.1  改变世界的物理学 1
0.1.1  物理学与科学技术 1
0.1.2  物理学改善人们的物质生活 3
0.1.3  物理学改变人们对世界的认识 3
0.2  物理学及发展概况 4
0.2.1  物理学是自然科学的基础 4
0.2.2  物理学的研究内容 4
0.2.3  物理学的发展简介 4
0.2.4  物理学的发展趋势 5
0.3  物理学与人才培养 5
0.3.1  物理学的特征 5
0.3.2  物理学是科学的世界观和方法论的基础 6
0.3.3  学习物理学的方法 6
0.4  单位制和量纲 6
0.5  矢量和标量简介 8
0.5.1  矢量和标量 8
0.5.2  矢量的运算 8
第1章  质点的运动与力 12
1.1  质点运动的描述 12
1.1.1  物理模型——坐标系 12
1.1.2  质点运动的描述 13
1.2  平面曲线运动  圆周运动 19
1.2.1  切向加速度和法向加速度 19
1.2.2  圆周运动  角量 21
1.2.3  线量与角量的关系 22
1.3  相对运动 23
1.4  力学中几种常见的力 24
1.4.1　万有引力 25
1.4.2  弹性力 25
1.4.3  摩擦力 26
1.5  牛顿运动定律 27
1.5.1  牛顿第一定律 27
1.5.2  牛顿第二定律 27
1.5.3  牛顿第三定律 28
1.6  牛顿定律的应用举例 29
习题1 32
第2章  运动的守恒量与守恒定律 40
2.1  动量与冲量 40
2.1.1  动量 40
2.1.2  冲量 40
2.1.3  质点的动量定理 41
2.1.4  质点系的动量定理 43
2.1.5  质点系的动量守恒定律 44
2.2　功 46
2.2.1  功 46
2.2.2  功率 47
2.2.3  一对作用力和反作用力的功 48
2.2.4  摩擦力的功 48
2.3　动能定理 48
2.3.1  质点的动能和动能定理 48
2.3.2  质点系的动能定理 49
2.4  保守力  势能 50
2.4.1  保守力做功 50
2.4.2  势能 52
2.5　机械能守恒定律  能量守恒与转换定律 52
2.5.1  功能原理 52
2.5.2  机械能守恒定律 53
2.5.3  能量守恒定律 53
2.5.4  功能原理及能量守恒定律应用举例 54
习题2 55
第3章  刚体的定轴转动 61
3.1  刚体运动的描述 61
3.1.1  刚体的运动 61
3.1.2  描述刚体转动的角量 62
3.2  刚体绕定轴的转动定律 64
3.2.1  力矩 64
3.2.2  刚体定轴转动定律 66
3.2.3  转动惯量 68
3.2.4  刚体定轴转动的应用举例 70
3.3  刚体的动能和势能 72
3.3.1  刚体定轴转动的动能 72
3.3.2  刚体的重力势能 72
3.3.3  刚体的机械能守恒定律 73
3.4  刚体的角动量  角动量守恒定律 73
3.4.1  质点对轴的角动量(动量矩) 73
3.4.2  质点的角动量(动量矩)定理 73
3.4.3  质点的角动量守恒定律 74
3.4.4  刚体定轴转动的角动量 75
3.4.5  刚体定轴转动的角动量定理 75
3.4.6  刚体的角动量守恒定律 76
习题3 78
第4章  机械振动 83
4.1  简谐振动及描述 83
4.1.1  简谐振动的基本特征 83
4.1.2  描述简谐振动的特征量 84
4.1.3  旋转矢量法 87
4.2  常见的几种简谐振动 88
4.2.1  弹簧振子 88
4.2.2  单摆和复摆 88
4.3  简谐运动的能量 89
4.3.1  系统的动能 89
4.3.2  系统的势能 90
4.3.3  系统的机械能 90
* 4.4  简谐运动的合成 91
4.4.1  两个同方向、同频率简谐运动的合成 91
4.4.2  两个同方向、不同频率简谐运动的合成 92
4.4.3  拍 93
*4.5  阻尼振动、受迫振动、共振 94
4.5.1  阻尼振动 94
4.5.2  受迫振动 95
4.5.3  共振 96
习题4 96
第5章  机械波 100
5.1  机械波的形成和传播 100
5.1.1  机械波的产生和传播 100
5.1.2  波动的描述 101
5.2  平面简谐波 102
5.2.1  平面简谐波的波函数 102
5.2.2  波函数的物理意义 103
5.3  惠更斯原理、波的干涉 105
5.3.1  惠更斯原理 105
5.3.2  波的叠加原理、波的干涉 106
5.4  驻波 108
5.4.1  驻波的产生 108
5.4.2  驻波的波函数 109
5.4.3  相位跃变、半波损失 110
5.4.4  驻波的能量 111
5.5  多普勒效应 112
5.5.1  波源S相对于介质静止，观察者A以速度v0相对于介质运动 112
5.5.2  观察者相对于介质静止，波源S以速度vs相对于介质运动 112
5.5.3  波源S和观察者同时相对于介质运动 113
*5.5.4  冲击波 114
习题5 115
第6章  热力学基础 118
6.1  热力学基本概念 118
6.1.1  热力学系统 118
6.1.2  状态参量 118
6.1.3  平衡态 119
6.1.4  准静态过程 119
6.1.5  理想气体的物态方程 120
6.2  内能  功和热量 121
6.2.1  准静态过程的功 121
6.2.2  准静态过程中热量的计算 121
6.2.3  内能 122
6.3  热力学第一定律 122
6.4  热力学第一定律在理想气体等值过程中的应用 123
6.4.1  等体过程 123
6.4.2  等压过程 124
6.4.3  等温过程 125
6.5  绝热过程 126
6.6  循环过程  卡诺循环 128
6.6.1  循环过程 128
6.6.2  热机及正循环 128
6.6.3  制冷机及逆循环 129
6.6.4  卡诺循环 130
6.7  热力学第二定律 131
6.7.1  可逆过程与不可逆过程 131
6.7.2  热力学第二定律 132
习题6 133
第7章  气体动理论基础 137
7.1  分子热运动理论 137
7.2  理想气体的压强公式 137
7.2.1  理想气体的分子模型 137
7.2.2  理想气体的压强公式 138
7.3  温度的微观本质 139
7.4  能量均分定理  理想气体的内能 140
7.4.1  分子的自由度 140
7.4.2  能量均分定理 140
7.4.3  理想气体的内能 141
* 7.5  麦克斯韦气体分子速率分布 141
7.5.1  分子运动的图景 142
7.5.2  麦克斯韦速率分布律 142
第8章  真空中的静电场 148
8.1  电荷的基本性质 148
8.1.1  电荷及相互作用 148
8.1.2  电荷的量子性 148
8.1.3  电荷守恒定律 149
8.1.4  电荷的相对论不变性 149
8.2　库仑定律 149
8.2.1  库仑定律的表述 149
8.2.2  电场力的叠加原理 150
8.3　电场、电场强度 151
8.3.1  静电场 151
8.3.2  电场强度及叠加原理 151
8.3.3  电偶极子的电场强度 153
8.4  电通量、高斯定理 156
8.4.1  电场线 156
8.4.2  电通量 157
8.4.3  高斯定理 159
8.4.4  高斯定理的应用 160
8.5  静电场的环路定理 164
8.5.1  静电力做功 164
8.5.2  静电场的环路定理 165
8.6  电势能、电势 165
8.6.1  电势能 165
8.6.2  电势 166
8.6.3  电势差 166
8.6.4  电势的计算 167
习题8 170
第9章  静电场中的导体与电介质 176
9.1  静电场中的导体 176
9.1.1  导体的静电感应  静电平衡 176
9.1.2  静电平衡时导体上电荷的分布 177
9.1.3  导体表面电场强度 178
9.1.4  孤立导体表面的电荷分布 178
9.1.5  静电屏蔽 179
9.1.6  有导体存在时的静电场分布 180
*9.2  静电场中的电介质 182
9.2.1  电介质及其极化 182
9.2.2  电极化强度 184
9.2.3  电介质中的电场强度、极化电荷与自由电荷的关系 184
9.3  电容、电容器 185
9.3.1  孤立导体的电容 185
9.3.2  电容器 186
9.3.3  电介质对电容的影响——相对电容率 189
9.3.4  电介质的击穿 189
* 9.4  电介质中的高斯定理、电位移 190
9.4.1　电介质中的高斯定理 190
9.4.2　电位移 190
9.5  静电场的能量 191
9.5.1　电容器储存的电能 191
9.5.2  静电场的能量、能量密度 191
习题9 193
第10章  恒定电流的磁场 196
10.1  恒定电流 196
10.1.1  电流、电流密度 196
10.1.2  电阻定律、欧姆定律的微分形式 197
10.1.3  稳恒电场的建立 199
10.2  恒定电流的磁场  毕奥—萨伐尔定律 200
10.2.1  磁的基本现象 201
10.2.2  磁场  磁感应强度 201
10.2.3  毕奥—萨伐尔定律 202
10.2.4  载流线圈的磁矩 204
10.2.5  运动电荷的磁场 205
10.3　磁场的高斯定理 206
10.3.1  磁通量 206
10.3.2  磁场的高斯定理 207
10.4  磁场的安培环路定理 208
10.4.1  安培环路定理 208
10.4.2  安培环路定理的应用举例 209
10.5  带电粒子在磁场中的运动 211
10.5.1  带电粒子在电场和磁场中所受的力 211
10.5.2  带电粒子在磁场中的运动 212
*10.5.3  霍尔效应 213
10.6  磁场对电流及载流线圈的作用 214
10.6.1  磁场对电流的作用 214
10.6.2  两无限长平行载流直导线间的相互作用  电流单位“安培”的定义 216
10.6.3  磁场对载流线圈的作用 217
习题10 217
第11章  磁场中的磁介质 223
11.1  磁介质的磁化  磁化强度 223
11.2  磁介质中的安培环路定理 225
11.3  铁磁质 226
习题11 228
第12章  电磁感应  电磁波 230
12.1  电磁感应现象  法拉第电磁感应定律 230
12.1.1  电磁感应现象 230
12.1.2  法拉第电磁感应定律 230
12.1.3  楞次定律 231
12.2  动生电动势 233
12.3  感生电动势、感生电场 235
12.3.1  感生电场 235
12.3.2  感生电动势 235
12.3.3  涡电流及应用 236
12.4  自感和互感 237
12.4.1  自感电动势、自感 238
12.4.2  互感电动势、互感 239
*12.5  磁场的能量 240
12.5.1  自感的储能 241
12.5.2  磁场能量密度 241
12.6  Maxwell电磁场理论简介 243
12.6.1  位移电流和全电流 243
12.6.2  电磁场、Maxwell电磁场方程组 246
习题12 246
第13章  波动光学基础 252
13.1  光的微粒说与波动说简介 252
13.1.1  光的微粒学说 252
13.1.2  光的波动学说的崛起 253
13.1.3  光的波动说的困难 254
13.2  光源、光的相干性 254
13.2.1  光源 254
13.2.2  相干光 254
13.2.3  光程和光程差 255
13.3　杨氏双缝干涉 257
13.3.1  杨氏双缝干涉实验 257
13.3.2  杨氏双缝干涉条纹特征 257
13.4  薄膜的等倾干涉 259
13.4.1  薄膜等倾干涉的光路 259
13.4.2  薄膜干涉特征 260
13.4.3  相邻条纹对应薄膜厚度差 261
13.4.4  薄膜等倾干涉的应用 261
13.5  薄膜的等厚干涉 262
13.5.1  劈尖干涉 262
13.5.2  牛顿环 265
13.6  光的衍射、惠更斯—菲涅耳原理 267
13.6.1  光的衍射 267
13.6.2  惠更斯—菲涅耳原理 267
13.6.3  衍射分类 267
13.7　单缝的夫琅禾费衍射 268
13.7.1  半波带法 268
13.7.2　衍射条纹特征 269
13.8  圆孔衍射  光学仪器的分辨本领 271
13.8.1  圆孔衍射 271
13.8.2  光学仪器的分辨本领 271
习题13 273
第14章  狭义相对论基础 277
14.1  经典时空观  伽利略变换 277
14.1.1  牛顿力学的时空观 277
14.1.2  伽利略变换 277
14.1.3  经典力学的相对性原理 278
14.1.4  经典力学的困难 278
14.2  狭义相对论的基本原理 279
14.2.1　狭义相对论的基本假设 279
14.2.2　洛伦兹变换式 279
14.2.3  狭义相对论的时空观 280
14.3  狭义相对论的动力学基础 283
14.3.1  相对论力学的基本方程 283
14.3.2  质量—能量关系式 284
14.3.3  动量和能量关系式 285
习题14 286
第15章  量子物理基础 288
15.1  黑体辐射、普朗克的量子假说 288
15.1.1  黑体辐射 288
15.1.2  黑体辐射的基本规律 289
15.1.3  普朗克假设和普朗克黑体辐射公式 291
15.2  光电效应、康普顿效应 292
15.2.1  光电效应实验的规律 292
15.2.2  爱因斯坦的光量子论 293
15.2.3  康普顿效应 294
15.2.4  光的波粒二象性 295
15.3  德布罗意波、实物粒子的二象性 295
*15.4  不确定关系 297
习题15 298
第16章  物理学原理在工程技术中的应用 301
16.1  摩擦与自锁——螺旋千斤顶 301
16.2  跳台跳水游泳池的深度设计 302
16.3  汽车的动力学 303
16.3.1  汽车的驱动力 303
16.3.2  汽车的打滑 303
16.3.3  翻车的动力学分析 304
16.4  超导与磁悬浮列车 304
16.5  雷达、微波通信和光纤通信 306
16.5.1  雷达 306
16.5.2  激光雷达 307
16.5.3  微波通信与光纤通信 307
16.6  物理学与激光技术 308
16.7  物理学与新能源技术 312
16.7.1  风能 312
16.7.2  磁流体发电技术 314
16.7.3  水力发电技术 314
16.7.4  核能 315
16.7.5  太阳能——永恒的能源 315
     附：习题参考答案 318
     参考文献 329