《大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)》(第3版)分上下兩冊(cè),上冊(cè)內(nèi)容包括力學(xué)和熱學(xué)。力學(xué)篇講述經(jīng)典的質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、理想流體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律、剛體轉(zhuǎn)動(dòng)的基本內(nèi)容和狹義相對(duì)論基礎(chǔ)知識(shí)等。熱學(xué)篇著重在分子論的基礎(chǔ)上用統(tǒng)計(jì)概念說(shuō)明溫度、氣體的壓強(qiáng)以及麥克斯韋分布率。下冊(cè)內(nèi)容包括電磁學(xué)、波動(dòng)與光學(xué)、量子物理基礎(chǔ)。電磁學(xué)篇按傳統(tǒng)體系講述了電場(chǎng)、電勢(shì)、磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)和電磁波的基本概念和規(guī)律,還說(shuō)明了電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相對(duì)性。波動(dòng)與光學(xué)篇介紹了振動(dòng)與波的基本特征和光的干涉、衍射和偏振的基本規(guī)律。量子物理基礎(chǔ)篇介紹了波粒二象性、概率波、不確定關(guān)系和能量量子化等基本概念以及原子和固體中電子的狀態(tài)和分布的規(guī)律,*后還介紹了原子核的結(jié)合能、放射性衰變和核反應(yīng)等基本知識(shí)。今日物理趣聞欄目介紹了一些現(xiàn)代物理理論發(fā)展及其應(yīng)用的前沿課題。本書(shū)還編寫(xiě)了大量來(lái)自生活、實(shí)用技術(shù)以及自然現(xiàn)象等方面的例題和習(xí)題。
本書(shū)上下冊(cè)內(nèi)容概括了大學(xué)物理學(xué)教學(xué)的基本要求,可作為高等院校物理課程的教材,也可作為中學(xué)物理教師或其他讀者的自學(xué)參考書(shū)。
與本書(shū)配套的《大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)學(xué)習(xí)輔導(dǎo)與習(xí)題解答(第3版)》、電子教案、教師用書(shū)(電子版)均由清華大學(xué)出版社出版。本書(shū)封面貼有清華大學(xué)出版社防偽標(biāo)簽, 無(wú)標(biāo)簽者不得銷售。
本書(shū)選編了大量聯(lián)系實(shí)際的例題和習(xí)題,從光盤(pán)到打印機(jī),從跳水到蹦極,從火箭到對(duì)撞機(jī),從人造衛(wèi)星到行星、星云等等都有涉及。其中還特別注意選用了我國(guó)古老文明與現(xiàn)代科技的資料,如王充論力,蘇東坡的回文詩(shī),神舟飛船的升空,熱核反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)等。對(duì)這些例題和習(xí)題的分析與求解能使學(xué)生更實(shí)在又深刻地理解物理概念和規(guī)律,了解物理基礎(chǔ)知識(shí)的重要的實(shí)際意義,同時(shí)也有助于培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng),增強(qiáng)民族自信心。為了便于理解,本書(shū)取材力求少而精,論述力求簡(jiǎn)而明。
大學(xué)物理課程在高等學(xué)校理工科專業(yè)類人才培養(yǎng)中具有其他課程所不能替代的重要作用。大學(xué)物理教學(xué)不僅教給學(xué)生一些必要的物理基礎(chǔ)知識(shí),更重要的是引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中,逐漸形成正確的科學(xué)觀,掌握科學(xué)方法,樹(shù)立科學(xué)精神。物理學(xué)還可以開(kāi)拓學(xué)生視野,提高創(chuàng)新意識(shí)!洞髮W(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)》(第3版)是在《大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)》(第2版)(清華大學(xué)出版社,2006年)的基礎(chǔ)上,根據(jù)教育部高等學(xué)校物理基礎(chǔ)課程教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)于2011年2月出版的《理工科類大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》的精神,結(jié)合不同類型高校、不同層次教學(xué)實(shí)踐的需要,并聽(tīng)取近些年高等院校師生的反饋信息修訂而成的。其中阮東負(fù)責(zé)第二、四、五篇;安宇負(fù)責(zé)第一、三篇。本次修訂保持了第2版整體結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、精煉,講述簡(jiǎn)明、流暢,便于教學(xué)的特點(diǎn)。主要修改了第2版中的一些文字表述,更換了部分圖表,訂正了排版錯(cuò)誤?紤]到當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)使用的便捷和海量資源共享,我們只保留了部分與書(shū)中教學(xué)內(nèi)容關(guān)聯(lián)緊密的、有趣的課外閱讀材料,以激發(fā)學(xué)習(xí)興趣,豐富學(xué)生的知識(shí)面。
阮東安宇2016年12月于清華園
大學(xué)物理課程是大學(xué)階段一門(mén)重要的基礎(chǔ)課,它將在高中物理的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高學(xué)生的現(xiàn)代科學(xué)素質(zhì)。為此,物理課程應(yīng)提供內(nèi)容更廣泛更深入的系統(tǒng)的現(xiàn)代物理學(xué)知識(shí),并在介紹這些知識(shí)的同時(shí)進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想、方法和態(tài)度并引發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力。根據(jù)上述對(duì)大學(xué)物理課程任務(wù)的理解,本書(shū)在高中物理的基礎(chǔ)上系統(tǒng)而又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刂v述了基本的物理原理。內(nèi)容的安排總體上是按傳統(tǒng)的力、熱、電、光、量子物理的順序。所以固守此傳統(tǒng),是因?yàn)榈侥壳盀橹,物理學(xué)的發(fā)展并沒(méi)有達(dá)到可能和必要在基礎(chǔ)物理教學(xué)上改變這一總體系的程度。書(shū)中具體內(nèi)容主要是經(jīng)典物理基本知識(shí),但同時(shí)也包含了許多現(xiàn)代物理,乃至一些物理學(xué)前沿的理論和實(shí)驗(yàn)以及它們?cè)诂F(xiàn)代技術(shù)中應(yīng)用的知識(shí)。本書(shū)還開(kāi)辟了今日物理趣聞專欄,簡(jiǎn)要地介紹了如奇妙的對(duì)稱性、宇宙發(fā)展、全息等課題,以開(kāi)闊學(xué)生視野,激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣,并啟迪其創(chuàng)造性。本書(shū)選編了大量聯(lián)系實(shí)際的例題和習(xí)題,從光盤(pán)到打印機(jī),從跳水到蹦極,從火箭到對(duì)撞機(jī),從人造衛(wèi)星到行星、星云等等都有涉及。其中還特別注意選用了我國(guó)古老文明與現(xiàn)代科技的資料,如王充論力,蘇東坡的回文詩(shī),神舟飛船的升空,熱核反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)等。對(duì)這些例題和習(xí)題的分析與求解能使學(xué)生更實(shí)在又深刻地理解物理概念和規(guī)律,了解物理基礎(chǔ)知識(shí)的重要的實(shí)際意義,同時(shí)也有助于培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實(shí)際的學(xué)風(fēng),增強(qiáng)民族自信心。為了便于理解,本書(shū)取材力求少而精,論述力求簡(jiǎn)而明。本書(shū)是在第1版(清華大學(xué)出版社2003)的基礎(chǔ)上,參考老師和學(xué)生的意見(jiàn)和建議,并融入了筆者對(duì)教學(xué)內(nèi)容的新體會(huì)重新修改而成。本書(shū)分上下兩冊(cè),共包括五篇: 力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)、波動(dòng)與光學(xué)、量子物理簡(jiǎn)介。力學(xué)篇完全按傳統(tǒng)體系講述。以牛頓定律為基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn),引入動(dòng)量、角動(dòng)量和能量概念,導(dǎo)出動(dòng)量、角動(dòng)量和機(jī)械能等的守恒定律,最后將它們都推廣到普遍的形式。守恒定律在物理思想和方法上講固然是重要的,但在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)經(jīng)典的動(dòng)力學(xué)概念與規(guī)律也常是不可或缺的。本書(shū)對(duì)后者也作了較詳細(xì)的講解。力學(xué)篇還強(qiáng)調(diào)了參考系的概念,說(shuō)明了守恒定律的意義,并注意到物理概念和理論的衍生和發(fā)展。熱學(xué)篇除了對(duì)系統(tǒng)特別是氣體的宏觀性質(zhì)及其變化規(guī)律作了清晰的介紹外,大大加強(qiáng)了在分子理論基礎(chǔ)上的統(tǒng)計(jì)概念和規(guī)律的講解。除了在第7章溫度和氣體動(dòng)理論中著重介紹了統(tǒng)計(jì)規(guī)律外,在其他各章對(duì)功、熱的實(shí)質(zhì)、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律以及熵的微觀意義和宏觀表示式等都結(jié)合統(tǒng)計(jì)概念作了許多獨(dú)特而清晰的講解。電磁學(xué)篇以庫(kù)侖定律、畢奧薩伐爾定律和法拉第定律為基礎(chǔ)展開(kāi),直至麥克斯韋方程組。在分析方法上,本篇強(qiáng)調(diào)了對(duì)稱性的分析,如在求電場(chǎng)和磁場(chǎng)的分布時(shí),都應(yīng)用了空間對(duì)稱性的概念。波動(dòng)與光學(xué)篇主要著眼于清晰地講解波、光的干涉和衍射的基本現(xiàn)象和規(guī)律。量子物理基礎(chǔ)篇的重點(diǎn)放在最基本的量子力學(xué)概念方面,如波粒二象性、不確定關(guān)系等,至于薛定諤方程及其應(yīng)用、原子中電子運(yùn)動(dòng)的規(guī)律、固體物理等只作了很簡(jiǎn)要的陳述。本書(shū)內(nèi)容概括了大學(xué)物理學(xué)教學(xué)的最基本要求。為了幫助學(xué)生掌握各篇內(nèi)容的體系結(jié)構(gòu)與脈絡(luò),每篇開(kāi)始都編制了該篇內(nèi)容及基本知識(shí)系統(tǒng)圖。本書(shū)還簡(jiǎn)述了若干位科學(xué)家的生平、品德與貢獻(xiàn),用以提高學(xué)生素養(yǎng),鼓勵(lì)成才。書(shū)末附有物理學(xué)常用數(shù)據(jù)的最新公認(rèn)取值的數(shù)值表,便于學(xué)生查閱和應(yīng)用。誠(chéng)摯地歡迎各位讀者對(duì)本書(shū)的各種意見(jiàn)和建議。
張三慧2006年11月于清華園
第3篇電磁學(xué)第10章靜電場(chǎng)4
10.1電荷4
10.2電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度5
10.3庫(kù)侖定律與靜電場(chǎng)的計(jì)算7
10.4電場(chǎng)線和電通量11
10.5高斯定律13
10.6利用高斯定律求靜電場(chǎng)的分布15
10.7導(dǎo)體的靜電平衡19
10.8電場(chǎng)對(duì)電荷的作用力22
提要23
思考題24
習(xí)題25
第11章電勢(shì)28
11.1靜電場(chǎng)的保守性28
11.2電勢(shì)差和電勢(shì)30
11.3電勢(shì)疊加原理32
11.4等勢(shì)面34
11.5電勢(shì)梯度36
11.6點(diǎn)電荷在外電場(chǎng)中的靜電勢(shì)能38
*11.7電荷系的靜電能39
11.8靜電場(chǎng)的能量40
提要42
思考題43
習(xí)題43目錄大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)(第3版)下第12章電容器和電介質(zhì)46
12.1電容器及其電容46
12.2電容器的聯(lián)接48
12.3電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響50
12.4電介質(zhì)的極化51
12.5D矢量及其高斯定律54
12.6電容器的能量54
12.7電介質(zhì)中電場(chǎng)的能量55
提要56
思考題57
習(xí)題57
第13章電流和磁場(chǎng)60
13.1電流和電流密度60
13.2電流的一種經(jīng)典微觀圖像歐姆定律62
13.3磁力與電荷的運(yùn)動(dòng)64
13.4磁場(chǎng)與磁感應(yīng)強(qiáng)度65
13.5畢奧薩伐爾定律67
*13.6勻速運(yùn)動(dòng)點(diǎn)電荷的磁場(chǎng)72
13.7安培環(huán)路定理73
13.8利用安培環(huán)路定理求磁場(chǎng)的分布76
13.9與變化電場(chǎng)相聯(lián)系的磁場(chǎng)78
提要81
思考題82
習(xí)題83
第14章磁力85
14.1帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)85
14.2霍爾效應(yīng)87
14.3載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受的磁力89
14.4載流線圈在均勻磁場(chǎng)中受的磁力矩90
14.5平行載流導(dǎo)線間的相互作用力92
提要95
思考題95
習(xí)題96
第15章物質(zhì)的磁性99
15.1物質(zhì)對(duì)磁場(chǎng)的影響99
15.2原子的磁矩100
15.3物質(zhì)的磁化102
15.4H矢量及其環(huán)路定理103
15.5鐵磁質(zhì)104
15.6簡(jiǎn)單磁路108
提要109
思考題109
習(xí)題110
第16章電磁感應(yīng)和電磁波113
16.1法拉第電磁感應(yīng)定律113
16.2動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)115
16.3感生電動(dòng)勢(shì)和感生電場(chǎng)118
16.4互感120
16.5自感121
16.6磁場(chǎng)的能量123
16.7麥克斯韋方程組125
16.8電磁波125
*16.9電磁波的動(dòng)量128
提要130
思考題131
習(xí)題132
第4篇波動(dòng)與光學(xué)第17章振動(dòng)138
17.1簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的描述138
17.2簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)141
17.3簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的能量143
17.4阻尼振動(dòng)144
17.5受迫振動(dòng)共振145
17.6同一直線上同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的合成147
17.7同一直線上不同頻率的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的合成148
*17.8諧振分析149
*17.9兩個(gè)相互垂直的簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的合成152
提要153
思考題154
習(xí)題154
第18章波動(dòng)158
18.1行波158
18.2簡(jiǎn)諧波的形成過(guò)程159
18.3簡(jiǎn)諧波的波函數(shù)波長(zhǎng)161
18.4物體的彈性形變164
18.5彈性介質(zhì)中的波速166
18.6波的能量168
18.7惠更斯原理與波的反射和折射170
18.8波的疊加駐波172
18.9聲波175
18.10多普勒效應(yīng)178
*18.11行波的疊加和群速度182
提要184
思考題186
習(xí)題187
第19章光的干涉191
19.1楊氏雙縫干涉191
19.2相干光194
19.3光程197
19.4薄膜干涉198
19.5邁克耳孫干涉儀200
提要201
思考題202
習(xí)題203
第20章光的衍射206
20.1光的衍射和惠更斯\|菲涅耳原理206
20.2單縫的夫瑯禾費(fèi)衍射207
20.3光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)212
20.4細(xì)絲和細(xì)粒的衍射214
20.5光柵衍射216
20.6X射線衍射220
提要223
思考題223
習(xí)題224
今日物理趣聞C全息照相C.1全息照片的拍攝227
C.2全息圖像的觀察229
C.3全息的應(yīng)用230
第21章光的偏振232
21.1自然光和偏振光232
21.2由介質(zhì)吸收引起的光的偏振233
21.3由反射引起的光的偏振235
21.4由雙折射引起的光的偏振236
*21.5由散射引起的光的偏振238
*21.6旋光現(xiàn)象239
提要240
思考題241
習(xí)題242
第5篇量子物理基礎(chǔ)第22章量子物理的基本概念245
22.1量子概念的誕生245
22.2光的粒子性的提出247
22.3康普頓散射250
22.4粒子的波動(dòng)性252
22.5概率波與概率幅255
22.6不確定關(guān)系258
22.7薛定諤方程262
22.8無(wú)限深方勢(shì)阱中的粒子263
22.9勢(shì)壘穿透266
*22.10諧振子269
提要271
思考題272
習(xí)題273
第23章原子中的電子275
23.1氫原子275
23.2電子的自旋與自旋軌道耦合280
23.3各種原子中電子的排布285
*23.4X射線譜289
23.5激光291
*23.6分子的振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)294
提要297
思考題299
習(xí)題299
第24章固體中的電子301
24.1自由電子按能量的分布301
24.2金屬導(dǎo)電的量子論解釋304
24.3能帶導(dǎo)體和絕緣體305
24.4半導(dǎo)體307
24.5PN結(jié)309
24.6半導(dǎo)體器件310
提要312
思考題313
習(xí)題313
今日物理趣聞D新奇的納米科技D.1什么是納米科技315
D.2納米材料316
D.3納米器件317
第25章核物理319
25.1核的一般性質(zhì)319
25.2核力322
25.3核的結(jié)合能323
*25.4核的液滴模型325
25.5放射性和衰變定律328
25.6三種射線331
25.7核反應(yīng)334
提要336
思考題337
習(xí)題337
元素周期表339
數(shù)值表340
習(xí)題答案342
索引351
參考文獻(xiàn)362