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大學物理 版權信息
- ISBN：9787568032889
- 條形碼：9787568032889 ; 978-7-5680-3288-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
大學物理 本書特色
本書是大學物理第二版，在前版基礎上做了改進。本書的編寫有以下幾個特點。 (1)注重書的歷史厚重感。在講解物理的重要知識時，簡要地講述它的背景和來龍去脈，讓學生更好地把握科學的發展歷程。 (2)穿插介紹近20多年來與人類生活密切相關的諾貝爾物理學獎，讓學生及時接觸、了解物理學的前沿領域的發展。 (3)考慮到一些對力學要求比較高的專業的需要,增加了分析力學基礎一章。這些內容雖然不在傳統的大學物理教學范圍內，但是，可以作為選講內容或學生課外閱讀材料。 (4)每一章和節的標題，以及每章中的重要定理都附有英語翻譯。主要是考慮到目前大多數學生還沒有機會學習物理的雙語課程，通過此種形式，讓學生盡早地接觸英語中重要的物理名詞。
大學物理 內容簡介
物理學的研究對象是物質的結構和規律。物質的結構，從微觀到宏觀，再到天體和宇宙，尺度之大，范圍之廣，涵蓋了所有的物質形態。微觀范疇，如原子的結構、原子核的結構、粒子如何構成原子核；宏觀范疇，如凝聚態的結構、材料的性質；天體范疇，如銀河系的構成、河外星系的結構等，都屬于物理學研究的對象。除了研究各個層次的物質的結構，還要弄清物質的運動規律。就目前的科學水平，在微觀，主要的物理理論是量子力學；在宏觀，起支配作用的是經典物理學，也就是力學和電磁學；在宇宙的尺度，主要的理論是廣義相對論。這些理論，在人類不斷加深對自然界認識的基礎上不斷發展。 本教材按照教育部高等學校大學物理課程教學指導委員會制定的基本要求編寫，包括了所有規定的A部分的內容，也有選擇性地包含了B部分的內容，可以供理工類本科和專科各類學生學習大學物理使用。 本書的編寫有以下幾個特點。 (1)注重書的歷史厚重感。在講解物理的重要知識時，簡要地講述它的背景和來龍去脈，讓學生更好地把握科學的發展歷程，而不至于感到物理知識是斷裂的、片段的知識。 (2)穿插介紹近20多年來與人類生活密切相關的諾貝爾物理學獎，讓學生及時接觸、了解物理學的前沿領域的發展。 (3)考慮到一些對力學要求比較高的專業的需要,增加了分析力學基礎一章。 在后的3章，專門介紹了物理學與新技術：激光及其應用，納米技術，非線性科學：混沌、分形、孤立子。這些內容雖然不在傳統的大學物理教學范圍內，但是，可以作為選講內容或學生課外閱讀材料。 (4)每一章和節的標題，以及每章中的重要定理都附有英語翻譯。主要是考慮到目前大多數學生還沒有機會學習物理的雙語課程，通過此種形式，讓學生盡早地接觸英語中重要的物理名詞。 本書還按照內容，分為幾大篇，便于不同專業按照模塊安排教學。
大學物理 目錄
目錄
A篇力學
第1章質點運動學(3)
1.1質點的位置與位移(3)
1.2質點的速度加速度(5)
1.3自然坐標系中的速度加速度(8)
1.4圓周運動中的角度量(12)
1.5相對運動(14)
【思考題與習題】(14)
物理學諾貝爾獎介紹1(19)
1985年量子霍爾效應(19)
第2章牛頓運動定律(22)
2.1牛頓**定律(22)
2.2牛頓第二定律(23)
2.3牛頓第三定律(26)
2.4牛頓運動定律的應用(27)
【思考題與習題】(31)
第3章功和能(34)
3.1功(34)
3.2動能定理(36)
3.3勢能(38)
3.4機械能守恒定律(41)
【思考題與習題】(43)
第4章動量和沖量(47)
4.1動量動量定理(47)
4.2動量守恒(49)
4.3碰撞(51)
4.4質心(54)
4.5變質量問題火箭的推進器(56)
【思考題與習題】(58)
第5章剛體力學基礎(60)
5.1剛體運動的描述(60)
5.2剛體定軸轉動定律(61)
5.3力矩的功剛體的動能(67)
5.4質點的角動量及角動量定理(68)
5.5剛體對軸的角動量及角動量定理(69)
5.6進動(70)
【思考題與習題】(71)
第6章分析力學基礎(75)
6.1約束廣義坐標(75)
6.2虛功原理(76)
6.3拉格朗日方程(79)
6.4哈密頓正則方程(82)
6.5泊松括號與泊松定理(85)
6.6哈密頓原理(87)
6.7正則變換(91)
6.8劉維爾定理(92)
【思考題與習題】(94)
物理學諾貝爾獎介紹2(95)
1987年高溫超導(95)
B篇電磁學
第7章靜電場(101)
7.1電荷庫侖定律(101)
7.2靜電場電場強度(103)
C篇熱學
第15章氣體動理論(3)
15.1熱力學與統計物理研究方法平衡態(3)
15.2熱力學第零定律溫標(4)
15.3理想氣體狀態方程(5)
15.4分子運動論的基本概念(7)
15.5統計規律的特征(8)
15.6理想氣體的壓強與溫度(9)
15.7麥克斯韋速率分布律(13)
15.8玻耳茲曼分布律(18)
15.9理想氣體的內能(19)
15.10氣體分子的碰撞(23)
15.11非平衡態輸運過程(25)
【思考題與習題】(27)
第16章熱力學**定律(31)
16.1功熱量內能熱力學**定律(31)
16.2幾種典型的熱力學過程(35)
16.3絕熱過程多方過程(38)
16.4循環效率卡諾循環(40)
【思考題與習題】(43)
第17章熱力學第二定律(48)
17.1可逆過程宏觀過程的方向(48)
17.2熱力學第二定律(49)
17.3熱力學第二定律的統計解釋(52)
17.4玻耳茲曼熵公式熵增加原理(54)
17.5卡諾定理(55)
17.6克勞修斯熵公式(56)
【思考題與習題】(59)
物理學諾貝爾獎介紹5(62)
2007年巨磁電阻效應(62)
D篇機械振動與機械波
第18章機械振動(69)
18.1簡諧振動(69)
18.2簡諧振動的能量(74)
18.3簡諧振動和勻速圓周運動的關系(75)
18.4簡諧振動的合成(77)
18.5阻尼振動(81)
18.6受迫振動共振(82)
【思考題與習題】(84)
第19章機械波(87)
19.1機械波的基本概念(87)
19.2平面簡諧波方程(90)
19.3平面簡諧波的能量(95)
19.4惠更斯原理(97)
19.5波的疊加駐波(99)
19.6聲波(103)
19.7多普勒效應(106)
19.8相速度和群速度(108)
【思考題與習題】(112)
E篇波 動 光 學
第20章光的干涉(119)
20.1光與光程(119)
20.2雙縫干涉(122)
20.3薄膜干涉(124)
20.4邁克爾遜干涉儀(128)
【思考題與習題】(130)
第21章光的衍射(133)
21.1光的衍射惠更斯菲涅爾原理(133)
21.2夫瑯禾費單縫衍射(136)
21.3夫瑯禾費圓孔衍射(139)
21.4光柵衍射(143)
21.5X射線衍射(148)
【思考題與習題】(150)
第22章光的偏振(153)
22.1光的偏振(153)
22.2偏振光的獲得和檢測馬呂斯定律(155)
22.3由反射與折射獲得偏振光布儒斯特定律(157)
22.4雙折射現象(159)
22.5偏振光的干涉(161)
22.6旋光現象(164)
【思考題與習題】(165)
物理學諾貝爾獎介紹6(167)
2009年光纖CCD電荷耦合技術(167)
F篇狹義相對論
第23章狹義相對論基礎(175)
23.1伽利略變換經典物理的內部矛盾(175)
23.2狹義相對論基本假設(178)
23.3洛倫茲變換洛倫茲速度變換(179)
23.4狹義相對論的時空觀(182)
23.5狹義相對論力學簡介(185)
【思考題與習題】(187)
物理學諾貝爾獎介紹7(190)
2010年石墨烯(190)
G篇量子物理基礎
第24章量子物理的實驗基礎(197)
24.1黑體輻射(198)
24.2光電效應(201)
24.3康普頓效應(204)
24.4氫原子光譜(207)
24.5微觀粒子的波粒二象性(210)
【思考題與習題】(212)
第25章量子力學基礎(215)
25.1概率波函數(215)
25.2不確定關系(216)
25.3薛定諤方程(218)
25.4無限深勢阱問題(219)
25.5勢壘穿透(221)
【思考題與習題】(222)
第26章原子結構的量子理論(224)
26.1氫原子的量子理論(224)
26.2電子的自旋(227)
26.3原子的電子殼層結構(228)
【思考題與習題】(230)
第27章分子與固體(232)
27.1化學鍵(232)
27.2分子的振動與轉動(234)
27.3金屬電子理論(234)
27.4固體的能帶理論(236)
27.5絕緣體導體半導體(238)
【思考題與習題】(243)
物理學諾貝爾獎介紹8(244)
2012年操縱單個量子粒子(244)
H篇物理前沿講座
第28章激光及其應用(251)
28.1激光的歷史(251)
28.2激光產生的基本原理(252)
28.3各種激光器(256)
28.4激光的特性及應用(263)
第29章納米技術(267)
29.1納米技術的含義(267)
29.2納米技術發展的原因(268)
29.3納米制造技術(269)
29.4納米技術的應用(272)
第30章非線性科學：混沌分形孤立子(275)
30.1混沌(275)
30.2分形(277)
30.3孤立子(280)
參考答案(283)
C篇熱學
第15章氣體動理論(3)
15.1熱力學與統計物理研究方法平衡態(3)
15.2熱力學第零定律溫標(4)
15.3理想氣體狀態方程(5)
15.4分子運動論的基本概念(7)
15.5統計規律的特征(8)
15.6理想氣體的壓強與溫度(9)
15.7麥克斯韋速率分布律(13)
15.8玻耳茲曼分布律(18)
15.9理想氣體的內能(19)
15.10氣體分子的碰撞(23)
15.11非平衡態輸運過程(25)
【思考題與習題】(27)
第16章熱力學**定律(31)
16.1功熱量內能熱力學**定律(31)
16.2幾種典型的熱力學過程(35)
16.3絕熱過程多方過程(38)
16.4循環效率卡諾循環(40)
【思考題與習題】(43)
第17章熱力學第二定律(48)
17.1可逆過程宏觀過程的方向(48)
17.2熱力學第二定律(49)
17.3熱力學第二定律的統計解釋(52)
17.4玻耳茲曼熵公式熵增加原理(54)
17.5卡諾定理(55)
17.6克勞修斯熵公式(56)
【思考題與習題】(59)
物理學諾貝爾獎介紹5(62)
2007年巨磁電阻效應(62)
D篇機械振動與機械波
第18章機械振動(69)
18.1簡諧振動(69)
18.2簡諧振動的能量(74)
18.3簡諧振動和勻速圓周運動的關系(75)
18.4簡諧振動的合成(77)
18.5阻尼振動(81)
18.6受迫振動共振 (82)
【思考題與習題】(84)
第19章機械波(87)
19.1機械波的基本概念(87)
19.2平面簡諧波方程(90)
19.3平面簡諧波的能量(95)
19.4惠更斯原理(97)
19.5波的疊加駐波(99)
19.6聲波(103)
19.7多普勒效應(106)
19.8相速度和群速度(108)
【思考題與習題】(112)
E篇波 動 光 學
第20章光的干涉(119)
20.1光與光程(119)
20.2雙縫干涉(122)
20.3薄膜干涉(124)
20.4邁克爾遜干涉儀(128)
【思考題與習題】(130)
第21章光的衍射(133)
21.1光的衍射惠更斯菲涅爾原理(133)
21.2夫瑯禾費單縫衍射(136)
21.3夫瑯禾費圓孔衍射(139)
21.4光柵衍射(143)
21.5X射線衍射(148)
【思考題與習題】(150)
第22章光的偏振(153)
22.1光的偏振(153)
22.2偏振光的獲得和檢測馬呂斯定律(155)
22.3由反射與折射獲得偏振光布儒斯特定律(157)
22.4雙折射現象(159)
22.5偏振光的干涉(161)
22.6旋光現象(164)
【思考題與習題】(165)
物理學諾貝爾獎介紹6(167)
2009年光纖CCD電荷耦合技術(167)
F篇狹義相對論
第23章狹義相對論基礎(175)
23.1伽利略變換經典物理內部矛盾(175)
23.2狹義相對論基本假設(178)
23.3洛倫茲變換洛倫茲速度變換(179)
23.4狹義相對論的時空觀(182)
23.5狹義相對論力學簡介(185)
【思考題與習題】(187)
物理學諾貝爾獎介紹7(190)
2010年石墨烯(190)
G篇近代物理基礎
第24章量子物理的實驗基礎(197)
24.1黑體輻射(198)
24.2光電效應(201)
24.3康普頓效應(204)
24.4氫原子光譜(207)
24.5微觀粒子的波粒二象性(210)
【思考題與習題】(211)
第25章量子力學基礎(215)
25.1概率波函數(215)
25.2不確定關系(216)
25.3薛定諤方程(218)
25.4無限深勢阱問題(219)
25.5勢壘穿透(221)
【思考題與習題】(222)
第26章原子結構的量子理論(224)
26.1氫原子的量子理論(224)
26.2電子的自旋(227)
26.3原子的電子殼層結構(228)
【思考題與習題】(230)
第27章分子與固體(232)
27.1化學鍵(232)
27.2分子的振動與轉動(234)
27.3金屬電子理論(234)
27.4固體的能帶理論(236)
27.5絕緣體導體半導體(238)
【思考題與習題】(243)
物理學諾貝爾獎介紹8(244)
2012年操縱單個量子粒子(244)
H篇物理前沿講座
第28章激光及其應用(251)
28.1激光的歷史(251)
28.2激光產生的基本原理(252)
28.3各種激光器(256)
28.4激光的特性及應用(263)
第29章納米科技(267)
29.1納米技術的含義(267)
29.2納米技術發展的原因(268)
29.3納米制造技術(269)
29.4納米科技的應用(272)
第30章非線性科學混沌分形孤立子(275)
30.1混沌(275)
30.2分形(277)
30.3孤立子(280)
第31章量子信息(283)
31.1量子信息學簡介(283)
31.2量子計算(284)
習題答案(286)
A篇力學
第1章質點運動學(3)
1.1質點的位置與位移(3)
1.2質點的速度加速度(5)
1.3自然坐標系中的速度加速度(8)
1.4圓周運動中的角度量(12)
1.5相對運動(14)
【思考題與習題】(14)
物理學諾貝爾獎介紹1(19)
1985年量子霍爾效應(19)
第2章牛頓運動定律(22)
2.1牛頓**定律(22)
2.2牛頓第二定律(23)
2.3牛頓第三定律(26)
2.4牛頓運動定律的應用(27)
【思考題與習題】(31)
第3章功和能(34)
3.1功(34)
3.2動能定理(36)
3.3勢能(38)
3.4機械能守恒定律(41)
【思考題與習題】(43)
第4章動量和沖量(47)
4.1動量動量定理(47)
4.2動量守恒(49)
4.3碰撞(51)
4.4質心(54)
4.5變質量問題火箭的推進器(56)
【思考題與習題】(58)
第5章剛體力學基礎(60)
5.1剛體運動的描述(60)
5.2剛體定軸轉動定律(61)
5.3力矩的功剛體的動能(67)
5.4質點的角動量及角動量定理(68)
5.5剛體對軸的角動量及角動量定理(69)
5.6進動(70)
【思考題與習題】(71)
第6章分析力學基礎(75)
6.1約束廣義坐標(75)
6.2虛功原理(76)
6.3拉格朗日方程(79)
6.4哈密頓正則方程(82)
6.5泊松括號與泊松定理(85)
6.6哈密頓原理(87)
6.7正則變換(91)
6.8劉維爾定理(92)
【思考題與習題】(94)
物理學諾貝爾獎介紹2(95)
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B篇電磁學
第7章靜電場(101)
7.1電荷庫侖定律(101)
7.2靜電場電場強度(103)
C篇熱學
第15章氣體動理論(3)
15.1熱力學與統計物理研究方法平衡態(3)
15.2熱力學第零定律溫標(4)
15.3理想氣體狀態方程(5)
15.4分子運動論的基本概念(7)
15.5統計規律的特征(8)
15.6理想氣體的壓強與溫度(9)
15.7麥克斯韋速率分布律(13)
15.8玻耳茲曼分布律(18)
15.9理想氣體的內能(19)
15.10氣體分子的碰撞(23)
15.11非平衡態輸運過程(25)
【思考題與習題】(27)
第16章熱力學**定律(31)
16.1功熱量內能熱力學**定律(31)
16.2幾種典型的熱力學過程(35)
16.3絕熱過程多方過程(38)
16.4循環效率卡諾循環(40)
【思考題與習題】(43)
第17章熱力學第二定律(48)
17.1可逆過程宏觀過程的方向(48)
17.2熱力學第二定律(49)
17.3熱力學第二定律的統計解釋(52)
17.4玻耳茲曼熵公式熵增加原理(54)
17.5卡諾定理(55)
17.6克勞修斯熵公式(56)
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D篇機械振動與機械波
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18.1簡諧振動(69)
18.2簡諧振動的能量(74)
18.3簡諧振動和勻速圓周運動的關系(75)
18.4簡諧振動的合成(77)
18.5阻尼振動(81)
18.6受迫振動共振(82)
【思考題與習題】(84)
第19章機械波(87)
19.1機械波的基本概念(87)
19.2平面簡諧波方程(90)
19.3平面簡諧波的能量(95)
19.4惠更斯原理(97)
19.5波的疊加駐波(99)
19.6聲波(103)
19.7多普勒效應(106)
19.8相速度和群速度(108)
【思考題與習題】(112)
E篇波 動 光 學
第20章光的干涉(119)
20.1光與光程(119)
20.2雙縫干涉(122)
20.3薄膜干涉(124)
20.4邁克爾遜干涉儀(128)
【思考題與習題】(130)
第21章光的衍射(133)
21.1光的衍射惠更斯菲涅爾原理(133)
21.2夫瑯禾費單縫衍射(136)
21.3夫瑯禾費圓孔衍射(139)
21.4光柵衍射(143)
21.5X射線衍射(148)
【思考題與習題】(150)
第22章光的偏振(153)
22.1光的偏振(153)
22.2偏振光的獲得和檢測馬呂斯定律(155)
22.3由反射與折射獲得偏振光布儒斯特定律(157)
22.4雙折射現象(159)
22.5偏振光的干涉(161)
22.6旋光現象(164)
【思考題與習題】(165)
物理學諾貝爾獎介紹6(167)
2009年光纖CCD電荷耦合技術(167)
F篇狹義相對論
第23章狹義相對論基礎(175)
23.1伽利略變換經典物理的內部矛盾(175)
23.2狹義相對論基本假設(178)
23.3洛倫茲變換洛倫茲速度變換(179)
23.4狹義相對論的時空觀(182)
23.5狹義相對論力學簡介(185)
【思考題與習題】(187)
物理學諾貝爾獎介紹7(190)
2010年石墨烯(190)
G篇量子物理基礎
第24章量子物理的實驗基礎(197)
24.1黑體輻射(198)
24.2光電效應(201)
24.3康普頓效應(204)
24.4氫原子光譜(207)
24.5微觀粒子的波粒二象性(210)
【思考題與習題】(212)
第25章量子力學基礎(215)
25.1概率波函數(215)
25.2不確定關系(216)
25.3薛定諤方程(218)
25.4無限深勢阱問題(219)
25.5勢壘穿透(221)
【思考題與習題】(222)
第26章原子結構的量子理論(224)
26.1氫原子的量子理論(224)
26.2電子的自旋(227)
26.3原子的電子殼層結構(228)
【思考題與習題】(230)
第27章分子與固體(232)
27.1化學鍵(232)
27.2分子的振動與轉動(234)
27.3金屬電子理論(234)
27.4固體的能帶理論(236)
27.5絕緣體導體半導體(238)
【思考題與習題】(243)
物理學諾貝爾獎介紹8(244)
2012年操縱單個量子粒子(244)
H篇物理前沿講座
第28章激光及其應用(251)
28.1激光的歷史(251)
28.2激光產生的基本原理(252)
28.3各種激光器(256)
28.4激光的特性及應用(263)
第29章納米技術(267)
29.1納米技術的含義(267)
29.2納米技術發展的原因(268)
29.3納米制造技術(269)
29.4納米技術的應用(272)
第30章非線性科學：混沌分形孤立子(275)
30.1混沌(275)
30.2分形(277)
30.3孤立子(280)
參考答案(283)
C篇熱學
第15章氣體動理論(3)
15.1熱力學與統計物理研究方法平衡態(3)
15.2熱力學第零定律溫標(4)
15.3理想氣體狀態方程(5)
15.4分子運動論的基本概念(7)
15.5統計規律的特征(8)
15.6理想氣體的壓強與溫度(9)
15.7麥克斯韋速率分布律(13)
15.8玻耳茲曼分布律(18)
15.9理想氣體的內能(19)
15.10氣體分子的碰撞(23)
15.11非平衡態輸運過程(25)
【思考題與習題】(27)
第16章熱力學**定律(31)
16.1功熱量內能熱力學**定律(31)
16.2幾種典型的熱力學過程(35)
16.3絕熱過程多方過程(38)
16.4循環效率卡諾循環(40)
【思考題與習題】(43)
第17章熱力學第二定律(48)
17.1可逆過程宏觀過程的方向(48)
17.2熱力學第二定律(49)
17.3熱力學第二定律的統計解釋(52)
17.4玻耳茲曼熵公式熵增加原理(54)
17.5卡諾定理(55)
17.6克勞修斯熵公式(56)
【思考題與習題】(59)
物理學諾貝爾獎介紹5(62)
2007年巨磁電阻效應(62)
D篇機械振動與機械波
第18章機械振動(69)
18.1簡諧振動(69)
18.2簡諧振動的能量(74)
18.3簡諧振動和勻速圓周運動的關系(75)
18.4簡諧振動的合成(77)
18.5阻尼振動(81)
18.6受迫振動共振 (82)
【思考題與習題】(84)
第19章機械波(87)
19.1機械波的基本概念(87)
19.2平面簡諧波方程(90)
19.3平面簡諧波的能量(95)
19.4惠更斯原理(97)
19.5波的疊加駐波(99)
19.6聲波(103)
19.7多普勒效應(106)
19.8相速度和群速度(108)
【思考題與習題】(112)
E篇波 動 光 學
第20章光的干涉(119)
20.1光與光程(119)
20.2雙縫干涉(122)
20.3薄膜干涉(124)
20.4邁克爾遜干涉儀(128)
【思考題與習題】(130)
第21章光的衍射(133)
21.1光的衍射惠更斯菲涅爾原理(133)
21.2夫瑯禾費單縫衍射(136)
21.3夫瑯禾費圓孔衍射(139)
21.4光柵衍射(143)
21.5X射線衍射(148)
【思考題與習題】(150)
第22章光的偏振(153)
22.1光的偏振(153)
22.2偏振光的獲得和檢測馬呂斯定律(155)
22.3由反射與折射獲得偏振光布儒斯特定律(157)
22.4雙折射現象(159)
22.5偏振光的干涉(161)
22.6旋光現象(164)
【思考題與習題】(165)
物理學諾貝爾獎介紹6(167)
2009年光纖CCD電荷耦合技術(167)
F篇狹義相對論
第23章狹義相對論基礎(175)
23.1伽利略變換經典物理內部矛盾(175)
23.2狹義相對論基本假設(178)
23.3洛倫茲變換洛倫茲速度變換(179)
23.4狹義相對論的時空觀(182)
23.5狹義相對論力學簡介(185)
【思考題與習題】(187)
物理學諾貝爾獎介紹7(190)
2010年石墨烯(190)
G篇近代物理基礎
第24章量子物理的實驗基礎(197)
24.1黑體輻射(198)
24.2光電效應(201)
24.3康普頓效應(204)
24.4氫原子光譜(207)
24.5微觀粒子的波粒二象性(210)
【思考題與習題】(211)
第25章量子力學基礎(215)
25.1概率波函數(215)
25.2不確定關系(216)
25.3薛定諤方程(218)
25.4無限深勢阱問題(219)
25.5勢壘穿透(221)
【思考題與習題】(222)
第26章原子結構的量子理論(224)
26.1氫原子的量子理論(224)
26.2電子的自旋(227)
26.3原子的電子殼層結構(228)
【思考題與習題】(230)
第27章分子與固體(232)
27.1化學鍵(232)
27.2分子的振動與轉動(234)
27.3金屬電子理論(234)
27.4固體的能帶理論(236)
27.5絕緣體導體半導體(238)
【思考題與習題】(243)
物理學諾貝爾獎介紹8(244)
2012年操縱單個量子粒子(244)
H篇物理前沿講座
第28章激光及其應用(251)
28.1激光的歷史(251)
28.2激光產生的基本原理(252)
28.3各種激光器(256)
28.4激光的特性及應用(263)
第29章納米科技(267)
29.1納米技術的含義(267)
29.2納米技術發展的原因(268)
29.3納米制造技術(269)
29.4納米科技的應用(272)
第30章非線性科學混沌分形孤立子(275)
30.1混沌(275)
30.2分形(277)
30.3孤立子(280)
第31章量子信息(283)
31.1量子信息學簡介(283)
31.2量子計算(284)
習題答案(286)
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大學物理 節選
第1章質點運動學 Chapter 1Particle kinematics 宇宙世界是個萬花筒，物質運動存在多種多樣的運動形式，如機械運動、電磁運動、分子熱運動等，其中簡單、基本的就是機械運動，即一個物體相對于某個參照系發生位置的改變，如車輛的奔馳、天體的運動、“玉兔”號探月器在月球上漫步等，宇宙中一切物體不論大小都處于機械運動之中。 一個有形狀和大小的物體的運動是復雜的。運動一般可分為平動、轉動和振動三種運動形式。為了討論問題的方便，本章只研究質點的平動問題，側重描述一個物體的運動情況和物體的運動規律，不涉及引發物體運動狀態改變的原因。首先介紹位置矢量、速度和加速度等描述質點運動的物理量，然后研究一種典型的曲線運動——圓周運動，重點討論解決運動學中兩類基本問題的方法。 1.1質點的位置與位移 The location of the particle， The displacement1.質點和參照系 1）質點 任何物體都是具有大小和形狀的，但是在某些情況下，物體的大小和形狀對討論它的運動無關緊要。例如，當研究地球繞太陽轉動時，由于地球直徑(約為 1.28×107m)，比地球與太陽的距離(約為 1.50×1011m)小得多，地球上各點的運動相對于太陽來講可視為相同，此時可以忽略地球的大小和形狀;但當研究地球繞自身軸轉動時則不能忽略。所以說，只要物體運動的路徑比物體本身尺寸大得多的時候，就可以近似地把此物體看成只有質量而沒有大小和形狀的幾何點，這個抽象化的點就叫作質點。由地球的例子可以看出：把物體當作質點是有條件的(即地球與太陽的平均距離比地球直徑大得多);相對于地球自轉則不能將地球當作質點。 2）參考系 宇宙萬物，大至日、月、星、辰，小至原子內部的粒子都在不停地運動著。自然界一切物質沒有絕對靜止的，這就是運動的絕對性。但是對運動的描述卻是相對的。例如：坐在運動著的火車上的乘客看同車廂的乘客是“靜止”的，看車外地面上的人卻向后運動;反過來，在車外路面上的人看見車內乘客隨車前進，而看路邊一同站著的人卻是靜止不動的。這是因為車內乘客是以“車廂”為標準進行觀察的，而路面上的人是以地球為標準觀察的，即當選取不同的標準物對同一運動進行描述，所得結論不同。因此，我們就把相對于不同的標準物所描述物體運動情況不同的現象叫作運動的相對性，而將被選為描述物體運動的標準物叫作參考系。參考系的選取以分析問題的方便為前提。如描述星際火箭的運動，開始發射時，可選地球為參考系，當它進入繞太陽運行的軌道時，則應以太陽為參考系才便于描述。在地球上運動的物體，常以地球或地面上靜止的物體作為參考系。 在參考系選定后，為了定量地描述物體的位置隨時間改變的變化趨勢，還必須在參考系上選擇一個坐標系。坐標系的選取多種多樣，如直角坐標系、極坐標系、自然坐標系、球坐標系、柱坐標系。在大學物理學中常用前三種坐標系。 2.位置矢量和位移 1）位置矢量 位置矢量是定量描述質點在某一時刻所在空間位置的物理量，簡稱位矢。如圖11所示，設質點在某一時刻位于P點，從坐標系的原點O引向P點的有向線段OP稱為該時刻質點的位置矢量，簡稱位矢，以r表示。它在X、Y、Z軸上的投影(或位置坐標)分別為x、y、z，于是，位矢r的表達式為r=xi+yj+zk(11)式中：i、j、k分別為X、Y、Z軸上的單位矢量(大小為1，方向沿各軸正向的矢量)。 顯然，位置矢量的大小為 r=x2+y2+z2 其方向由它的三個方向余弦來確定。位矢的單位為米(m)。 2）運動學方程 質點在運動過程中，每一時刻均有一對應的位置矢量(或一組對應的位置坐標x、y、z)。換言之，質點的位矢是時間的函數，即r=r(t)(12(a))其投影式為x=x(t) y=y(t) z=z(t)(12(b))這樣r=r(t)=x(t)i+y(t)j+z(t)k (12(c))按機械運動的定義，函數式(12(a))描述了這個運動的過程，故稱為質點的運動方程。知道了運動方程，就能確定任一時刻質點的位置，進而確定質點的運動。運動學的主要任務在于，根據問題的具體條件，建立并求解質點的運動方程。 如果消去式(12(b))中的參變量t，則得到質點運動的軌跡方程。如果質點限制在平面內，則可在此平面上建立XOY坐標系，于是式(12(b))中的z(t)=0，從中消去時間t，得y=y(x)(13)此即質點在XOY平面內運動的軌跡方程。 3）位移 位移是表示質點位置變化的物理量。 如圖11所示，設時刻t質點經過P處，位矢為r，在時刻t+Δt，質點經過P′處，位矢為r(t+Δt)。在時間Δt內，質點位置的變化可用它的位移表示。由圖11可知：Δr=r(t+Δt)－r(t)(14)位移是矢量，其大小為有向線段Δr的長度，其方向由始點指向末點。 圖11位置矢量圖必須指出，位移和路程不同。位移是矢量，是質點在一段時間內的位置變化，而不是質點所經歷的實際路徑;路程為標量，是指該段時間內質點所經歷的實際路徑的長度，以Δs表示(如圖11中的弧長)。位移和路程除了矢量、標量不同外，總有Δs≥|Δr|。只有質點在作單向直線運動時才有Δs=|Δr|。但是在Δt→0的極限情況下，ds=|dr|。其次，還要注意Δr與Δr的區別，一般以Δr代表|r2|－|r1|，因此總有|Δr|≥Δr，只有在r2與r1方向相同的情況下|Δr|與Δr才相等。 1.2質點的速度加速度 The speed of the particle， The acceleration1.速度 速度是表示質點位置變化快慢和變化方向的物理量。將質點的位移與完成位移所需的時間的比值稱為質點在該段時間內的平均速度。 Speed is the particle’s velocity of the change in position and direction .the ratio of the displacement of the particle and the time required for the completion is called the average rate over the time. 平均速度用v表示，即v=ΔrΔt=r(t+Δt)－r(t)Δt(15)平均速度是矢量，其方向與Δr的方向相同。 質點所經歷的路程與完成這段路程所需時間之比，稱為質點在該段時間內的平均速率，以v表示。v=ΔsΔt(16)平均速率為標量。在一般的情況下，平均速度的大小并不等于平均速率。 平均速度只能反映一段時間內質點位置的平均變化情況，而不能反映質點在某一時刻(或某一位置)的瞬時變化情況。當Δt→0 時，平均速度的極限值才能精確地反映質點在某一時刻(或某一位置)的運動快慢及方向。這一極限值稱為質點在該時刻的瞬時速度，或簡稱速度，以v表示，即v=limΔt→0ΔrΔt=drdt(17)速度是矢量，其方向與Δr的極限方向一致，即為運動軌跡上該點的切線方向。從式(17)可以看出，速度是位置矢量對時間的一階導數。速度的單位是米?秒-1(m?s-1)。 反映質點運動瞬時快慢的物理量稱為瞬時速率(簡稱速率)，它是Δt→0時平均速率的極限值，即v=ΔsΔt=Δt→0v=dsdt(18)由于Δt→0時|dr|=ds，故質點在某一時刻的速度大小與該時刻的瞬時速率相等。 2.加速度 加速度是描述質點速度隨時間變化快慢的物理量。 Acceleration is physical quantity describing particle velocity changes with time . 圖12質點的速度增量如圖12所示，t時刻質點的速度為v(t)，t+Δt時刻質點的速度為v(t+Δt)，則該質點的加速度為a=lim Δt→0ΔvΔt=lim Δt→0v(t+Δt)－v(t)ΔtΔt→0a =dvdt=d2rdt2(19)由式(19)可以看出，質點的加速度等于速度對時間的一階導數，或等于位置矢量對時間的二階導數。換句話說，我們可以通過對速度或位矢求導來計算加速度。加速度的單位是米?秒-2(m?s-2)。 3.質點運動學的兩類基本問題 質點運動學所要解決的問題一般分為兩類:一類是已知質點的運動學方程，求質點在任意時刻的速度和加速度，在數學處理上需用導數運算，稱為微分問題;另一類是已知質點的加速度及初始條件(即初始時刻的位矢及速度)，求任意時刻的速度和位置矢量(或運動學方程)，在數學上需用積分運算，稱為積分問題。**類問題前面已討論過，下面以勻變速直線運動為例來討論第二類問題。 例1.1設質點作勻變速直線運動，在t=0時，其初始位置坐標和速度分別為x0和v0，求任意時刻質點的運動狀態，也就是要求其坐標x和速度v隨時間t變化的函數表達式。 分析：先將瞬時加速度的數學式改寫，然后積分得 a=dvdt→dv=adt積分∫vv0dv=∫t0adt 即v－v0=at或v=at+v0(110) 式（110）就是確定質點在勻加速直線運動中速度的時間函數式。 根據瞬時速度的數學式，將式(110)改寫并積分得 v=dxdt→dx=vdt積分∫xx0dx=∫t0vdt 即x－x0=v0t+12at2或x=x0+v0t+12at2(111) 式（111）就是勻加速直線運動中確定質點位置的時間函數式，也就是質點的運動方程。 此外，如果把瞬時加速度的數學式改寫成 a=dvdt=dvdxdxdt=dvdxv→vdv=adx 對兩邊取積分就得v2－v20=2a(x－x0)(112)式（112）就是質點作勻加速直線運動時，質點坐標和速度v之間的關系式。 我們把a=dvdt=dvdxdxdt=dvdxv→vdv=adx稱為加速度的微分式的變換式。 以上討論以x方向運動為例，同理可求得y、z方向的各分量關系，這里不再贅述。下面討論兩個特例。 1）直線運動實例 （1）自由落體運動物體自由下落，是近似于勻加速直線運動的一個實例。在自由下落過程中，若無空氣阻力，則無論物體的大小、形狀、質量等如何，在距地面上同一高度處，它們均有相同的加速度，若降落距離不太大，在降落過程中，加速度可當作常量，空氣阻力、g隨高度變化忽略不計，這種理想的運動叫作自由落體運動。 自由落體運動中加速度g是常數，則為勻變速直線運動，以上討論的公式均適用。因自由落體在開始時，v0=0，且選坐標軸的正方向向下，將這些條件代入勻變速直線運動公式后有 v=gt，y=12gt2，v2=2gy （2）豎直上拋運動與自由落體運動相反，豎直上拋運動有向上的初速度，取向上為坐標軸正方向，且運動過程中加速度為重力加速度，方向始終向下，取負值。則由勻變速直線運動公式得 v0≠0，a=－g，y0=0 v=v0－gt，y=v0t－12gt2，v2=v20－2gy 圖13質點平面內拋體運動2）平面曲線運動實例 （1）運動疊加原理從同高度的平拋運動與自由落體運動同時落地的實驗事實，說明平拋運動中水平運動不影響豎直方向的運動，即平拋運動是豎直方向的自由落體運動和水平方向的勻速運動的疊加。進一步推廣可知，一個運動可以看成幾個各自獨立進行的運動的疊加。 根據類似的無數客觀事實，可得到這樣一個結論:一個運動可以看成幾個各自獨立進行的運動的疊加。這個結論稱為運動的疊加原理。 （2）拋體運動選坐標系如圖13所示，質點在平面內作拋體運動。則 ax=0，ay=－g(水平方向為勻速，豎直方向為勻變速) t=0時，有x0=0，vx0=v0cos θ y0=0，vy0=v0sin θ 根據勻變速直線運動公式得：vx=v0cos θ，x=(v0cos θ)t vy=v0sin θ－gt，y=v0sin θt－12gt2(113)式（113）描述了拋體在任意時刻的速度和位置，稱為拋體運動方程式。 由x和y的表達式消去時間t可得軌跡方程： y=xtanθ－gx22v20cos 2θ 這是一個拋物線方程。 由拋體的運動方程式和軌跡方程可知，拋體的軌跡和在任一時刻的運動狀態取決于v0和θ。在v0一定的情況下， θ=π/2，對應于上拋運動; 0根據拋體運動方程(或軌跡方程)可得出體現拋體運動特征的三個重要物理量:射高H、射程R(落地點與拋出點在同一水平面上的水平距離)和飛行時間T分別為 射高H=v202gsin 2θ 射程R=v20gsin 2θ 飛行時間T=2v0sin θg 顯然，以相同的速率而以不同的拋射角θ拋出時，其射程一般不同。容易證明，當θ=45°拋出時，拋體取得大射程R=v20g。
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