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大學基礎物理學(第二版) 版權信息
- ISBN：9787030516169
- 條形碼：9787030516169 ; 978-7-03-051616-9
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
大學基礎物理學(第二版) 內容簡介
本書是根據高等農林院；A物理課的教學基本要求，結合編者多年教學實踐經驗和教學研究成果編寫的.全書共11章，分別為:物質與物體運動，振動和波，生物流體力學基礎，熱物理學基礎，電場及其生物效應，磁場與生物磁現象，電磁場及其與生物體的相互作用，波動光學，波粒二象性，原子的量子理論，電離輻射生物效應.在每章末選編了現代物理學發展的新成果和物理學在相關領域的應用技術，以培養學生理論聯系實際、開拓創新的科學素質.另外，本書還配有電子教案及智能化作業系統供老師及學生免費使用.
大學基礎物理學(第二版) 目錄
目錄
前言
第1章 物質與物體運動 1
1.1 物質與物質形態 2
1.1.1 物質存在的基本形式 2
1.1.2 物質形態 2
1.2 質點力學的基本概念和基本定律 4
1.2.1 質點運動的描述 4
1.2.2 動量守恒定律 8
1.2.3 角動量守恒定律 10
1.2.4 機械能守恒定律 11
本章小結 13
思考題 14
習題1 14
【物理科技】I等離子體技術 15
II納米科學技術 18
第2章 振動和波 22
2.1 簡諧振動 23
2.1.1 描述簡諧振動的特征量 23
2.1.2 簡諧振動的速度和加速度 23
2.1.3 旋轉矢量與振動的相位 24
2.1.4 簡諧振動的能量 27
2.1.5 阻尼振動、受迫振動和共振 28
2.2 簡諧振動的合成 30
2.2.1 同方向同頻率的簡諧振動的合成 30
2.2.2 互相垂直的簡諧振動的合成 31
2.3 波的描述 32
2.3.1 機械波的傳播 32
2.3.2 簡諧波的波函數 34
2.4 波的衍射和干涉 37
2.4.1 惠更斯原理 37
2.4.2 波的衍射 37
2.4.3 波的干涉 38
2.5 聲波及超聲波的生物效應 41
2.5.1 聲波 41
2.5.2 超聲波及其生物效應 42
本章小結 43
思考題 44
習題2(A) 45
習題2(B) 46
【物理科技】超聲技術 46
第3章 生物流體力學基礎 52
3.1 流體靜力學 53
3.1.1 靜止流體內的壓強 53
3.1.2 帕斯卡原理 55
3.1.3 阿基米德原理 56
3.2 液體表面性質 57
3.2.1 液體的表面現象 57
3.2.2 表面張力及表面張力系數 57
3.2.3 球形液滴內外的壓強差 58
3.2.4 毛細現象 59
3.3 液體的流動 61
3.3.1 理想流體的概念 61
3.3.2 定常流動、流線和流管 62
3.3.3 連續性原理 62
3.4 伯努利方程及應用 63
3.4.1 方程的推導 63
3.4.2 方程的應用舉例 64
3.5 黏滯流體的流動 67
3.5.1 實際流體的黏滯性 67
3.5.2 泊肅葉公式 69
3.5.3 斯托克斯公式 71
本章小結 73
思考題 73
習題3(A) 74
習題3(B) 74
【物理科技】液晶與液晶生物膜 75
力學部分綜合習題82
第4章 熱物理學基礎 84
4.1 理想氣體動理論的基本公式 85
4.1.1 理想氣體狀態方程 85
4.1.2 氣體動理論的壓強公式 87
4.1.3 理想氣體的溫度公式 90
4.2 能量均分定理 91
4.2.1 自由度 91
4.2.2 能量按自由度均分定理 92
4.2.3 理想氣體的內能 93
4.3 氣體分子按速率分布律和按能量分布律 93
4.3.1 麥克斯韋速率分布律 93
4.3.2 玻耳茲曼分布律 97
4.4 熱力學**定律 99
4.4.1 熱力學的基本概念 99
4.4.2 熱力學**定律 101
4.5 氣體的摩爾熱容焓 102
4.5.1 氣體的摩爾熱容 102
4.5.2 化學反應熱與焓 105
4.6 熱力學**定律對理想氣體的應用 106
4.6.1 等溫過程 106
4.6.2 理想氣體的絕熱過程 108
4.7 循環過程 110
4.7.1 正循環 110
4.7.2 卡諾循環 112
4.7.3 致冷循環 113
4.8 熱力學第二定律 114
4.8.1 可逆過程與不可逆過程 114
4.8.2 熱力學第二定律的表述 115
4.8.3 熱力學第二定律的統計意義 116
4.9 熵及熵增加原理 118
4.9.1 玻耳茲曼熵公式熵增加原理 118
4.9.2 克勞修斯熵公式 119
4.10 自由能和自由焓 123
4.10.1 自由能 123
4.10.2 自由焓 124
4.11 氣體內的輸運過程 125
4.11.1 平均自由程與碰撞頻率 125
4.11.2 氣體內的輸運過程 127
本章小結 131
思考題 133
習題4(A) 134
習題4(B) 135
習題4(C) 136
【物理科技】新能源技術 137
熱學部分綜合習題141
第5章 電場及其生物效應 143
5.1 電荷與電場 144
5.1.1 電荷及其相互作用 144
5.1.2 電場及電場強度 145
5.2 高斯定理 149
5.2.1 電場線 149
5.2.2 電場強度通量 150
5.2.3 高斯定理 151
5.2.4 高斯定理應用舉例 152
5.3 電勢 155
5.3.1 電場力的功 155
5.3.2 電勢能和電勢 156
5.3.3 電勢疊加原理 157
5.3.4 場強與電勢的關系 158
5.4 電場中的導體和電介質 160
5.4.1 靜電場中的導體 160
5.4.2 靜電場中的電介質 162
5.5 生物電現象 167
5.5.1 生物電的產生 167
5.5.2 跨膜電勢產生的離子學說 168
5.6 電場生物效應 173
5.6.1 電場生物效應實驗研究結果 173
5.6.2 電場生物效應的宏觀特點 175
5.6.3 電場生物效應機理探討 176
5.7 靜電技術在農業工程中的應用 177
5.7.1 靜電分級技術 177
5.7.2 靜電噴灑技術 178
5.7.3 農產品加工技術 178
本章小結 178
思考題 179
習題5(A) 179
習題5(B) 180
暰物理科技暱栺超導技術 181
栻電泳技術 184
第6章 磁場與生物磁現象 189
6.1 磁場及其描述 190
6.1.1 磁場 190
6.1.2 磁感應強度 190
6.1.3 磁感應線 191
6.2 畢奧薩伐爾定律 192
6.2.1 畢奧薩伐爾定律的內容 192
6.2.2 畢奧薩伐爾定律應用舉例 193
6.3 磁場的高斯定理和安培環路定理 195
6.3.1 磁場的高斯定理 195
6.3.2 磁場的安培環路定理 196
6.4 電流與磁場的相互作用 199
6.4.1 磁場對載流導線的作用 199
6.4.2 磁場對載流線圈的作用 200
6.4.3 磁場對運動電荷的作用 201
6.4.4 霍爾效應 203
6.5 物質的磁性 204
6.5.1 相對磁導率 204
6.5.2 磁介質的磁化 204
6.6 生物磁場 206
6.6.1 生物體磁性與環境 206
6.6.2 人體的磁場 207
6.7 磁致生物效應 209
6.7.1 磁場生物效應的宏觀特點 209
6.7.2 磁場生物效應應用 211
6.7.3 磁場生物效應的微觀機理 212
本章小結 213
思考題 214
習題6(A) 214
習題6(B) 215
【物理科技】核磁共振 216
第7章 電磁場及其與生物體的相互作用 219
7.1 電磁場的基本規律 220
7.1.1 法拉第電磁感應定律 220
7.1.2 麥克斯韋的兩個假說 220
7.1.3 麥克斯韋方程組 221
7.2 電磁波 222
7.2.1 電磁波的輻射和傳播 222
7.2.2 電磁波譜 224
7.3 微波的生物效應 225
7.3.1 微波生物效應現象 225
7.3.2 熱效應和非熱效應的基本特點 226
7.3.3 非熱生物效應的一些機理問題討論 226
7.4 紅外技術 227
7.4.1 紅外輻射 227
7.4.2 熱輻射規律 228
7.4.3 紅外技術應用 229
7.5 X射線及其應用 230
7.5.1 X射線的產生 230
7.5.2 X射線的特點 230
7.5.3 X射線的應用 231
本章小結 233
思考題 233
習題7 234
【物理科技】遙感技術 235
電磁學部分綜合習題239
第8章 波動光學 243
8.1 光源及光的顏色生物效應 244
8.1.1 光源 244
8.1.2 單色光與復色光 244
8.1.3 光環境的生態影響 245
8.1.4 人工光源及其生物效應 245
8.2 光的干涉 248
8.2.1 相干光源 248
8.2.2 楊氏雙縫干涉 249
8.2.3 薄膜干涉 251
8.3 光的衍射 255
8.3.1 光的衍射現象 255
8.3.2 單縫夫瑯禾費衍射 255
8.3.3 光柵衍射 257
8.3.4 光學儀器分辨本領 259
8.4 光的偏振 260
8.4.1 光的偏振態 260
8.4.2 偏振光的獲得 262
8.4.3 馬呂斯定律 264
8.4.4 旋光現象 264
8.5 光和視覺 266
8.5.1 人眼的結構 266
8.5.2 視桿細胞和視錐細胞 267
8.5.3 視覺靈敏度 268
8.5.4 色覺 269
8.6 光學儀器 271
8.6.1 望遠鏡 271
8.6.2 光學顯微鏡 272
8.6.3 分光光度計 272
本章小結 273
思考題 274
習題8(A) 275
習題8(B) 275
習題8(C) 276
【物理科技】I激光技術 277
II光譜技術 282
光學部分綜合習題285
第9章 波粒二象性 287
9.1 光電效應 288
9.2 光子與光的二象性 289
9.3 光合作用 291
9.4 粒子的波動性 293
本章小結 294
思考題 295
習題9 295
【物理科技】同步輻射技術 296
第10章 原子的量子理論 302
10.1 量子力學概述 303
10.1.1 概率波 303
10.1.2 測不準原理 303
10.1.3 薛定諤方程 305
10.2 氫原子 308
10.2.1 玻爾的氫原子理論 308
10.2.2 氫原子的量子理論 309
10.3 氫原子光譜 311
10.4 電子自旋 312
10.5 元素周期表 313
10.5.1 泡利不相容原理 313
10.5.2 能量*小原理 314
10.6 生命物質的光譜 315
10.6.1 原子光譜 315
10.6.2 分子光譜 316
本章小結 319
思考題 319
習題10 319
【物
前言
第1章 物質與物體運動 1
1.1 物質與物質形態 2
1.1.1 物質存在的基本形式 2
1.1.2 物質形態 2
1.2 質點力學的基本概念和基本定律 4
1.2.1 質點運動的描述 4
1.2.2 動量守恒定律 8
1.2.3 角動量守恒定律 10
1.2.4 機械能守恒定律 11
本章小結 13
思考題 14
習題1 14
【物理科技】I等離子體技術 15
II納米科學技術 18
第2章 振動和波 22
2.1 簡諧振動 23
2.1.1 描述簡諧振動的特征量 23
2.1.2 簡諧振動的速度和加速度 23
2.1.3 旋轉矢量與振動的相位 24
2.1.4 簡諧振動的能量 27
2.1.5 阻尼振動、受迫振動和共振 28
2.2 簡諧振動的合成 30
2.2.1 同方向同頻率的簡諧振動的合成 30
2.2.2 互相垂直的簡諧振動的合成 31
2.3 波的描述 32
2.3.1 機械波的傳播 32
2.3.2 簡諧波的波函數 34
2.4 波的衍射和干涉 37
2.4.1 惠更斯原理 37
2.4.2 波的衍射 37
2.4.3 波的干涉 38
2.5 聲波及超聲波的生物效應 41
2.5.1 聲波 41
2.5.2 超聲波及其生物效應 42
本章小結 43
思考題 44
習題2(A) 45
習題2(B) 46
【物理科技】超聲技術 46
第3章 生物流體力學基礎 52
3.1 流體靜力學 53
3.1.1 靜止流體內的壓強 53
3.1.2 帕斯卡原理 55
3.1.3 阿基米德原理 56
3.2 液體表面性質 57
3.2.1 液體的表面現象 57
3.2.2 表面張力及表面張力系數 57
3.2.3 球形液滴內外的壓強差 58
3.2.4 毛細現象 59
3.3 液體的流動 61
3.3.1 理想流體的概念 61
3.3.2 定常流動、流線和流管 62
3.3.3 連續性原理 62
3.4 伯努利方程及應用 63
3.4.1 方程的推導 63
3.4.2 方程的應用舉例 64
3.5 黏滯流體的流動 67
3.5.1 實際流體的黏滯性 67
3.5.2 泊肅葉公式 69
3.5.3 斯托克斯公式 71
本章小結 73
思考題 73
習題3(A) 74
習題3(B) 74
【物理科技】液晶與液晶生物膜 75
力學部分綜合習題82
第4章 熱物理學基礎 84
4.1 理想氣體動理論的基本公式 85
4.1.1 理想氣體狀態方程 85
4.1.2 氣體動理論的壓強公式 87
4.1.3 理想氣體的溫度公式 90
4.2 能量均分定理 91
4.2.1 自由度 91
4.2.2 能量按自由度均分定理 92
4.2.3 理想氣體的內能 93
4.3 氣體分子按速率分布律和按能量分布律 93
4.3.1 麥克斯韋速率分布律 93
4.3.2 玻耳茲曼分布律 97
4.4 熱力學**定律 99
4.4.1 熱力學的基本概念 99
4.4.2 熱力學**定律 101
4.5 氣體的摩爾熱容焓 102
4.5.1 氣體的摩爾熱容 102
4.5.2 化學反應熱與焓 105
4.6 熱力學**定律對理想氣體的應用 106
4.6.1 等溫過程 106
4.6.2 理想氣體的絕熱過程 108
4.7 循環過程 110
4.7.1 正循環 110
4.7.2 卡諾循環 112
4.7.3 致冷循環 113
4.8 熱力學第二定律 114
4.8.1 可逆過程與不可逆過程 114
4.8.2 熱力學第二定律的表述 115
4.8.3 熱力學第二定律的統計意義 116
4.9 熵及熵增加原理 118
4.9.1 玻耳茲曼熵公式熵增加原理 118
4.9.2 克勞修斯熵公式 119
4.10 自由能和自由焓 123
4.10.1 自由能 123
4.10.2 自由焓 124
4.11 氣體內的輸運過程 125
4.11.1 平均自由程與碰撞頻率 125
4.11.2 氣體內的輸運過程 127
本章小結 131
思考題 133
習題4(A) 134
習題4(B) 135
習題4(C) 136
【物理科技】新能源技術 137
熱學部分綜合習題141
第5章 電場及其生物效應 143
5.1 電荷與電場 144
5.1.1 電荷及其相互作用 144
5.1.2 電場及電場強度 145
5.2 高斯定理 149
5.2.1 電場線 149
5.2.2 電場強度通量 150
5.2.3 高斯定理 151
5.2.4 高斯定理應用舉例 152
5.3 電勢 155
5.3.1 電場力的功 155
5.3.2 電勢能和電勢 156
5.3.3 電勢疊加原理 157
5.3.4 場強與電勢的關系 158
5.4 電場中的導體和電介質 160
5.4.1 靜電場中的導體 160
5.4.2 靜電場中的電介質 162
5.5 生物電現象 167
5.5.1 生物電的產生 167
5.5.2 跨膜電勢產生的離子學說 168
5.6 電場生物效應 173
5.6.1 電場生物效應實驗研究結果 173
5.6.2 電場生物效應的宏觀特點 175
5.6.3 電場生物效應機理探討 176
5.7 靜電技術在農業工程中的應用 177
5.7.1 靜電分級技術 177
5.7.2 靜電噴灑技術 178
5.7.3 農產品加工技術 178
本章小結 178
思考題 179
習題5(A) 179
習題5(B) 180
暰物理科技暱栺超導技術 181
栻電泳技術 184
第6章 磁場與生物磁現象 189
6.1 磁場及其描述 190
6.1.1 磁場 190
6.1.2 磁感應強度 190
6.1.3 磁感應線 191
6.2 畢奧薩伐爾定律 192
6.2.1 畢奧薩伐爾定律的內容 192
6.2.2 畢奧薩伐爾定律應用舉例 193
6.3 磁場的高斯定理和安培環路定理 195
6.3.1 磁場的高斯定理 195
6.3.2 磁場的安培環路定理 196
6.4 電流與磁場的相互作用 199
6.4.1 磁場對載流導線的作用 199
6.4.2 磁場對載流線圈的作用 200
6.4.3 磁場對運動電荷的作用 201
6.4.4 霍爾效應 203
6.5 物質的磁性 204
6.5.1 相對磁導率 204
6.5.2 磁介質的磁化 204
6.6 生物磁場 206
6.6.1 生物體磁性與環境 206
6.6.2 人體的磁場 207
6.7 磁致生物效應 209
6.7.1 磁場生物效應的宏觀特點 209
6.7.2 磁場生物效應應用 211
6.7.3 磁場生物效應的微觀機理 212
本章小結 213
思考題 214
習題6(A) 214
習題6(B) 215
【物理科技】核磁共振 216
第7章 電磁場及其與生物體的相互作用 219
7.1 電磁場的基本規律 220
7.1.1 法拉第電磁感應定律 220
7.1.2 麥克斯韋的兩個假說 220
7.1.3 麥克斯韋方程組 221
7.2 電磁波 222
7.2.1 電磁波的輻射和傳播 222
7.2.2 電磁波譜 224
7.3 微波的生物效應 225
7.3.1 微波生物效應現象 225
7.3.2 熱效應和非熱效應的基本特點 226
7.3.3 非熱生物效應的一些機理問題討論 226
7.4 紅外技術 227
7.4.1 紅外輻射 227
7.4.2 熱輻射規律 228
7.4.3 紅外技術應用 229
7.5 X射線及其應用 230
7.5.1 X射線的產生 230
7.5.2 X射線的特點 230
7.5.3 X射線的應用 231
本章小結 233
思考題 233
習題7 234
【物理科技】遙感技術 235
電磁學部分綜合習題239
第8章 波動光學 243
8.1 光源及光的顏色生物效應 244
8.1.1 光源 244
8.1.2 單色光與復色光 244
8.1.3 光環境的生態影響 245
8.1.4 人工光源及其生物效應 245
8.2 光的干涉 248
8.2.1 相干光源 248
8.2.2 楊氏雙縫干涉 249
8.2.3 薄膜干涉 251
8.3 光的衍射 255
8.3.1 光的衍射現象 255
8.3.2 單縫夫瑯禾費衍射 255
8.3.3 光柵衍射 257
8.3.4 光學儀器分辨本領 259
8.4 光的偏振 260
8.4.1 光的偏振態 260
8.4.2 偏振光的獲得 262
8.4.3 馬呂斯定律 264
8.4.4 旋光現象 264
8.5 光和視覺 266
8.5.1 人眼的結構 266
8.5.2 視桿細胞和視錐細胞 267
8.5.3 視覺靈敏度 268
8.5.4 色覺 269
8.6 光學儀器 271
8.6.1 望遠鏡 271
8.6.2 光學顯微鏡 272
8.6.3 分光光度計 272
本章小結 273
思考題 274
習題8(A) 275
習題8(B) 275
習題8(C) 276
【物理科技】I激光技術 277
II光譜技術 282
光學部分綜合習題285
第9章 波粒二象性 287
9.1 光電效應 288
9.2 光子與光的二象性 289
9.3 光合作用 291
9.4 粒子的波動性 293
本章小結 294
思考題 295
習題9 295
【物理科技】同步輻射技術 296
第10章 原子的量子理論 302
10.1 量子力學概述 303
10.1.1 概率波 303
10.1.2 測不準原理 303
10.1.3 薛定諤方程 305
10.2 氫原子 308
10.2.1 玻爾的氫原子理論 308
10.2.2 氫原子的量子理論 309
10.3 氫原子光譜 311
10.4 電子自旋 312
10.5 元素周期表 313
10.5.1 泡利不相容原理 313
10.5.2 能量*小原理 314
10.6 生命物質的光譜 315
10.6.1 原子光譜 315
10.6.2 分子光譜 316
本章小結 319
思考題 319
習題10 319
【物
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大學基礎物理學(第二版) 節選
第1章 物質與物體運動 在自然科學中，宇宙萬物的存在形式分為兩類：物質和能量.物質是萬物的存在形式，能量是物質相互作用與轉化的量度，物質與能量是相互依存的.物理學就是研究自然界物質存在的基本形式、物質的性質、物質的運動規律、物質之間相互作用與轉化、各種物質形態內部結構等基本規律的學科. 在自然界中，沒有不運動的物質，也沒有脫離物質的運動.運動是物質的固有屬性.運動的形式是多種多樣的，物理學研究的物質運動形式是自然界*基本和*普遍的，它的基本研究方法和內容滲透在社會科學和自然科學所涉及的一切領域，應用于科學研究和生產技術的各個方面. 本章簡要討論物質形態及質點力學的基本概念和基本定律. 本章基本要求: 1.理解物質與場的概念. 2.了解物質形態. 3.理解動量守恒定律、機械能守恒定律;了解角動量守恒定律. 1.1 物質與物質形態 1.1.1 物質存在的基本形式 物質存在的基本形式是實物和場.實物不僅是指由大量原子、分子所組成的宏觀實體，也包括原子、分子、離子和靜止質量不為零的基本粒子（如電子、質子、中子、夸克等）.實物是實實在在占據于自然界的一定空間，并以一定的方式存在于時段的.場是物質存在的另一種形式，雖然它看不見摸不著，但具有力和能量等物理特性，是傳遞物體間相互作用的介質.每一種實物都會在自己周圍激發與之相應的場，如靜止電荷激發靜電場，運動電荷除激發電場外還激發磁場，一定質量的實物激發引力場.實物粒子之間的相互作用是由場來傳遞的，例如傳遞引力的介質為引力場，傳遞電磁相互作用的介質為電磁場等等.場對處于其中的物質產生力的作用，并具有做功的特性.不同的場在空間可同時存在，具有疊加性.場沒有確定的空間界限，連續不斷地彌漫在一定的空間中. 1.1.2 物質形態 物態是指實物在一定條件下所處的相對穩定的狀態，它表現為大量實物粒子作為一個大的整體而存在的集聚狀態.固態、液態和氣態是我們熟悉的物態.20世紀中期，科學家確認物質第四態，即“等離子體態”1995年，美國標準技術研究院和美國科羅拉多大學的科學家組成的聯合研究小組，首次創造出物質的第五態，即“玻色愛因斯坦凝聚態”隨著科學的發展，在某些特定條件下發現了一些超態（如超高壓下的超固態、中子態和超低溫下的超導態、超流態等）. 1.固體 固體中分子的熱運動占次要地位，組成物質的粒子（分子、原子或離子）在各自的平衡位置做微弱的熱運動，所以固體具有一定的形狀和體積.人們常將固體分為晶體(如食鹽、云母、金剛石等）和非晶體（如玻璃、瀝青、塑料等）兩大類.從外觀上看，晶體具有規則的幾何形狀，在晶體內的粒子是按一定規則周期性重復排列的.而非晶體內的粒子排列卻是完全不規則的.實際上，在晶體與非晶體之間還存在一種準晶體.1984年底，美國科學家薛切特曼（D.Shechtman)等宣布，他們在急冷凝固的Al-Mn合金中發現了具有五重旋轉對稱但并無平移周期性的合金相，在晶體學及相關的學術界引起了很大的震動.不久，這種無平移周期性但有位置序的晶體就被稱為準晶體.準晶體*明顯的特征是存在長程有序性而無周期性.準晶體已被開發為有用的材料.例如，人們發現由鋁、銅、鐵、鉻組成的準晶體具有低摩擦系數、高硬度、低表面能以及低傳熱性，被開發為炒菜鍋的鍍層. 2.液體和氣體 液體和氣體都具有流動性，故統稱為流體.流體是一種連續介質，在其運動過程中將會表現出特定的規律和性質.液體中分子熱運動動能和分子間引力相互作用勢能相當，分子有較大的活動余地，分子間作用力能夠建立起暫時穩定的局部結構.盡管液體內的分子力較固體有所減弱，但還是大到足以使液體有一個自由表面而且有一定體積.液體具有流動性，形狀隨容器形狀而改變.氣體中分子熱運動遠大于分子間的相互作用，分子處于完全無序狀態，所以沒有固定的形狀和體積.在沒有電磁場、重力場等外界作用時，氣體分子向空間任意方向運動概率相等，自動形成空間穩定均勻的平衡狀態. 3.等離子體 等離子體是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產生的正負電子組成的離子化氣體狀物質，它是除去固、液、氣態外，物質存在的第四態.相關內容將在本章物理科技中進行詳細介紹. 4.玻色-愛因斯坦凝聚態 玻色愛因斯坦凝聚是20世紀20年代玻色和阿爾伯特 愛因斯坦在玻色的關于光子的統計力學研究基礎上預言的一種新物態.這里的“凝聚”與日常生活中的凝聚不同，它表示原來不同狀態的原子突然“凝聚”到同一狀態（一般是基態）即處于不同狀態的原子“凝聚”到了同一種狀態. 在正常溫度下，原子可以處于任何一個能級（能級是指原子的能量像臺階一樣從低到高排列）但在非常低的溫度下，大部分原子會突然跌落到*低的能級上，就好像一座突然坍塌的大樓一樣.處于這種狀態的大量原子的行為像一個大超級原子.打個比方，練兵場上散亂的士兵突然接到指揮官的命令“向前齊步走”，于是他們迅速集合起來，像一個士兵一樣整齊地向前走去.后來物理界將物質的這一狀態稱為玻色愛因斯坦凝聚態（BEC). 然而，實現玻愛凝聚態的條件極為苛刻和矛盾：一方面需要達到極低的溫度，另一方面還需要原子體系處于氣態.極低溫下的物質如何能保持氣態呢？物理學家使用稀薄的金屬原子氣體，金屬原子氣體有一個很好的特性：不會因制冷出現液態，更不會高度聚集形成常規的固體.實驗對象找到了，下一步就是創造出可以冷卻到足夠低溫度的條件.由于激光冷卻技術的發展，人們可以制造出與絕對零度僅僅相差10-9K的低溫.并且利用電磁操縱的磁阱技術可以對任意金屬物體實行無觸移動.這樣的實驗系統經過不斷改進，終于在玻色愛因斯坦凝聚理論提出71年之后的1995年6月，兩名美國科學家康奈爾、維曼以及德國科學家克特勒分別在銣原子蒸氣中**次直接觀測到了玻色-愛因斯坦凝聚態.這三位科學家也因此而榮膺2001年度諾貝爾物理學獎. 5.超態 在某些特定條件下，物質的某些物理性質發生突變，表現出完全不同于常溫常壓下的性質，成為一種超常態.目前研究比較多的有超導態、超流態、超固態和中子態等.當溫度下降到臨界溫度以下時，某些金屬或金屬化合物的電阻為零，產生完全抗磁性等特殊性質，稱為超導態.超導詳細內容將在第5章物理科技中進行詳細介紹.在超低溫下液體的黏滯系數為零，稱為超流態.937年，前蘇聯物理學家彼得 列奧尼多維奇 卡皮察驚奇地發現，當液態氦的溫度降到2.17K的時候，它就由原來液體的一般流動性突然變化為“超流動性暠它可以無任何阻礙地通過連氣體都無法通過的極微小的孔或狹縫（線度約10-7m)，還可以沿著杯壁“爬”出杯口外.這是在我們日常生活中沒有碰到過的現象，只有在低溫世界才會發生.在超高壓下，物質的原子就可能被“壓碎”，電子全部被“擠出”原子，形成電子氣體，裸露的原子核緊密地排列，物質密度極大，這就是超固態.一塊乒乓球大小的超固態物質，其質量至少在1031以上.已有充分的根據說明，質量較小的恒星發展到后期階段的白矮星就處于這種超固態.它的平均密度是水的幾萬到一億倍.在超固態物質上再加上巨大的壓力，原來已經壓得緊緊的原子核和電子，就不可能再緊了，這時候原子核解散，從里面釋放出質子和中子.從原子核中放出的質子，在極大的壓力下會和電子結合成為中子，這樣的狀態稱為中子態.這種形態大部分存在于一種稱為“中子星”的星體中，它是由大質量恒星晚年發生收縮而造成的，所以，中子星是小得可憐的、沒有生機的星球. 實際上把物態劃分為固態和液態不是很準確、很科學的.例如非晶體沒有確定的熔點，而是有一個從固態軟化為液態的溫度范圍（稱為軟化溫度）.當非晶體處在它的軟化溫度范圍內時，無法說出物質是處于固態還是液態.此外，膠體也是介于固態和液態之間的一種中間狀態.于是人們又把固態、液態和介于兩者之間的各種狀態，以及只有在低溫下才存在的特殊量子態（如：超流態、玻色愛因斯坦凝聚）還包括稠密氣體的物態統稱為物質的凝聚態.物質的氣態則專指稀薄氣體的物態.凝聚態和氣態的基本區別是：凝聚態物質中的粒子（原子、離子、分子）間存在相互作用；氣態物質分子間的相互作用非常小，近似地可以忽略不計. 1.2 質點力學的基本概念和基本定律 1.2.1 質點運動的描述 具有一定質量而沒有大小和形狀的點稱為質點.實際物體結構復雜，大小形狀各異，但在一定條件下，可以把它們簡化為質點進行研究. 圖1.1 質點的位置矢量 為判斷一個質點是否運動，需假定一個或一群物體處于靜止狀態，這些被假定不動的物體稱為參考踿.對于質點運動的描述總是對某參考系而言的.通常取地面參考系. 為了定量描述質點運動規律，需要在參考系上建立固定的坐踿系.*常用的是笛卡兒直角坐標系. 1.位置矢量 位移 質點在空間的位置可以用一矢量簡捷清楚地表示出來. 如圖1.1所示，質點在t時刻的位置在P點，我們從坐標原點O向此點引一有向線段QP，并記作矢量r，把r的位置矢量，簡稱位矢.質點運動時，它的位矢是隨時間變化，即r是t的函數，記作 r=r(t)(1-1) 這就是質點的運動方程. 在直角坐標矢中，有 (1-2) 位移是描寫質點位置變動的大小和方向的物理量.質點在一段時間內位置的改變，稱為它在這段時間內位移圖1所示位設質點在t和z+△時刻分別通過A點和B點，其位矢分別為rA和rB，則由A引到B的矢量表示位矢的增量，即 (1-3) 這一位矢的增量就是質點在△t時間內的位移. 位移是矢量，既有大小，又有方向，它與質點所經過的路程不同.路程△，是指△時間內質點沿軌道所經過的路程.如圖1.2所示，它只有大小沒有方向，路程是標量. 圖1.2 質點的位移 2.速度 速度是描寫質點位置變動快慢和方向的物理量.我們把位移矢和發生這段位移所經歷的時間矢矢的.比稱為質點在這一段時間內的平均速度.以V表示平均速度，則有 平均速度也是矢量，它的方向就是位移方向.當t趨于零時，上式的極限，即位移矢量對時間的變化率，稱為質點在t時刻的瞬時速度，簡稱速度.以表示速度，則有 (1-4) 速度的方向，就是時，Ar的方向，即質點在t時刻的速度方向就是該時刻質點所在處沿運動軌道的切線且指向運動前方的方向. 速度的大小稱為速率，以w表示速率，則有 由于時，則有 (1-5) 這就是說速率又等于質點所走過的路程對時間的變化率. 將（1-2)式代人（1-4)式，有 (1-6) 其中vx、vy、vz分別為v沿三個坐標軸的分量，顯然有 速度大小，即速率為 (1-7) 在國際單位制（SI制）中速度的單位是m/s. 3.加速度 加速度是描寫質點運動速度變化快慢和方向的物理量.如圖1.3所示，在t時刻，質點位于A點速度為;在t+At時刻，質點位于B點，速度為vB，則Av=vB-vA是At時間內質點速度的增量.則Av與At之比稱為質點在這段時間內的平均加速度，以a表示平均加速度，則有 當Ar趨于零時，上式的極限，即速度對時間的變化率，稱為質點在t時刻的瞬時加速度，簡稱加速度，以a表示加速度，則有 (1-8) 加速度也是矢量.不管是速度大小發生變化還是速度方向發生變化，都有加速度.將 (1-6)式代人（1-8)式，有 (1-9) 式中分別為a沿三個坐標軸的分量，顯然有
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