- 中国铁道出版社
- 9787113287399
- 1版
- 436914
- 47249083-8
- 16开
- 2022-02
- 284
- 理学
- 物理学
- 物理
- 本科
内容简介
本书依据教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会编制的《理工科类大学物理课程教学基本要求》(2010年版)的指导思想与教学要求,为96学时两学期的工科大学物理课程而编写。全书共16章,内容包括力学、热学、振动与波动、狭义相对论概述、电磁学、波动光学、量子物理简介等。全书注重体系的完整与论述的简洁,兼具教学性、实用性、科学性特色。
目录
第 1 章 质点运动学 1
1. 1 参考系和坐标系 质点 1
一、运动的绝对性和相对性 1
二、参考系和坐标系 1
三、质点 2
1. 2 运动状态的描述 2
一、位置矢量 运动方程 2
二、位移 3
三、速度 3
四、加速度 4
五、运动学中的两类问题 5
1. 3 曲线运动的描述 6
一、运动叠加原理 6
二、抛体运动 7
三、圆周运动的描述 7
四、任意的平面曲线运动 11
1. 4 相对运动 12
第 2 章 质点动力学 15
2. 1 牛顿运动定律 15
一、牛顿运动定律概述 15
二、几种常见力 17
三、牛顿运动定律的应用 18
2. 2 动量 动量守恒定律 20
一、质点的动量定理 21
二、质点系的动量定理 23
三、动量守恒定律 23
2. 3 功与能 25
一、功与功率 25
二、质点的动能定理 26
三、保守力的功和势能 26
2. 4 功能原理 机械能守恒定律 29
一、质点系的动能定理 29
二、质点系的功能原理和机械能守恒定律 29
第 3 章 刚体的转动 34
3. 1 刚体运动的描述 34
一、刚体的平动与转动 34
二、刚体绕定轴转动的角速度和角加速度 35
3. 2 力矩 转动定律 35
一、力矩 35
二、转动定律 36
三、转动定律应用举例 38
3. 3 角动量 角动量守恒定律 39
一、角动量 39
二、角动量定理 40
三、角动量守恒定律 40
3. 4 刚体绕定轴转动的动能定理 42
一、力矩的功 42
二、转动动能 42
三、刚体定轴转动的动能定理 43
第 4 章 气体动理论 48
4. 1 平衡态 理想气体状态方程 48
一、平衡态 48
二、状态参量 48
三、理想气体的状态方程 49
4. 2 理想气体的压强公式 50
一、理想气体的微观模型 50
二、理想气体压强公式 51
4. 3 理想气体的温度公式 52
一、理想气体状态方程的分子形式 52
二、温度的微观解释 52
三、气体分子的方均根速率 52
4. 4 能量均分定理 理想气体的内能 53
一、自由度 53
二、能量均分定理 54
三、理想气体内能 54
4. 5 麦克斯韦气体分子速率分布律 56
一、测定分子速率分布的实验 56
二、速率分布函数 57
三、麦克斯韦速率分布律 57
四、分子速率的三种统计平均值 58
4. 6 分子平均碰撞频率和平均自由程 60
第 5 章 热力学基础 63
5. 1 准静态过程 功 热量 内能 63
一、准静态过程 63
二、内能 63
三、热量 64
四、准静态过程中的功 64
5. 2 热力学第一定律及其应用 65
一、热力学第一定律 65
二、热力学第一定律的应用 65
5. 3 气体的摩尔热容 67
一、理想气体的等体摩尔热容 68
二、理想气体的等压摩尔热容 68
三、比热容比 69
5. 4 理想气体的绝热过程 ∗多方过程 69
一、绝热过程 69
∗二、多方过程 71
5. 5 循环过程 卡诺循环 73
一、循环过程 73
二、热机 73
三、制冷机 74
四、卡诺循环 74
5. 6 热力学第二定律 卡诺定理 76
一、热力学第二定律 77
二、可逆过程和不可逆过程 78
三、卡诺定理 78
5. 7 热力学第二定律的统计意义 熵 79
一、热力学第二定律的统计意义 79
∗二、熵增加原理 80
第 6 章 机械振动 84
6. 1 简谐振动 84
一、弹簧振子和简谐振动 84
二、常见的简谐振动模型 85
6. 2 简谐振动的描述 87
一、简谐振动的速度、加速度和图像描述 87
二、描述简谐振动的三个特征物理量 87
6. 3 简谐振动的旋转矢量图表示法 89
一、旋转矢量与简谐振动 89
二、旋转矢量图的应用 90
6. 4 简谐振动的能量 94
一、简谐振动的能量表示式 94
二、简谐振动的能量曲线 95
三、能量守恒与简谐振动 95
6. 5 简谐振动的合成 96
一、两个同方向同频率简谐振动的合成 96
二、两个同方向不同频率简谐振动的合成 98
∗三、两个相互垂直的同频率简谐振动的合成 99
∗四、两个相互垂直的不同频率简谐振动的合成 100
第 7 章 机械波 103
7. 1 机械波的基本概念 103
一、机械波的产生 103
二、波动的基本形式和传播特征 103
三、波速、波的频率和波长 104
四、波的几何描述 105
7. 2 平面简谐波的波动方程及其物理意义 106
一、平面简谐波的波动方程 106
二、波动方程的物理意义 107
∗7. 3 波的能量 111
一、波动能量的传播 111
二、波的能量密度和能流密度 111
7. 4 惠更斯原理和波的衍射 113
一、惠更斯原理 113
二、波的衍射 113
7. 5 波的叠加原理与波的干涉 114
一、波的叠加原理 114
二、波的干涉 114
∗7. 6 驻波和半波损失 117
一、驻波的产生 117
二、驻波方程 118
三、半波损失 120
∗第 8 章 狭义相对论概述 123
8. 1 伽利略变换 经典力学时空观 123
一、经典力学的相对性原理 123
二、伽利略变换 123
三、经典力学时空观 124
8. 2 洛伦兹变换 狭义相对论时空观 124
一、狭义相对论的基本假设 124
二、洛伦兹变换 125
三、狭义相对论时空观 125
四、狭义相对论动力学基础 127
第 9 章 真空中的静电场 129
9. 1 电荷 库仑定律 电场强度 129
一、电荷 129
二、库仑定律 129
三、电场强度 130
9. 2 高斯定理及其应用 136
一、电场线 136
二、电场强度通量 136
三、高斯定理 137
四、高斯定理的应用 139
9. 3 静电场的环路定理 电势能 143
一、静电场力做功 143
二、静电场的环路定理 144
三、电势能 144
9. 4 电势 等势面 电势梯度 145
一、电势 145
二、等势面 148
∗三、电势梯度 148
第 10 章 静电场中的导体 电容 154
10. 1 静电场中的导体概述 154
一、静电场中的导体与静电平衡 154
二、空腔导体和静电屏蔽 159
三、静电屏蔽 160
10. 2 电容 电容器 163
一、孤立导体的电容 163
二、电容器 164
三、电容器的并联和串联 166
∗10. 3 静电场的能量 167
第 11 章 电流与磁场 171
11. 1 电流 电动势 171
一、电流 电流密度 171
二、电源 电动势 173
11. 2 电流的磁场 174
一、电流的磁效应 174
二、磁场 磁感应强度 175
三、毕奥-萨伐尔定律 175
四、毕奥-萨伐尔定律的应用 176
∗五、运动电荷的磁场 178
11. 3 磁通量 磁场的高斯定理 179
一、磁感应线 179
二、磁通量 磁场的高斯定理 179
11. 4 安培环路定理 180
11. 5 磁场对载流导线的作用 185
一、安培定律 185
二、两平行长直载流导线间的相互作用 186
三、磁场对载流线圈作用的磁力矩 188
∗四、磁力的功 189
11. 6 带电粒子在磁场中的运动 189
一、洛伦兹力 189
二、带电粒子在匀强磁场中的运动 190
三、霍尔效应 191
第 12 章 电磁感应 199
12. 1 法拉第电磁感应定律 楞次定律 199
一、电磁感应现象 199
二、楞次定律 200
三、法拉第电磁感应定律 201
12. 2 动生电动势 203
一、动生电动势的产生机制 203
二、动生电动势的计算 204
三、洛伦兹力与动生电动势伴随的能量转换 205
12. 3 感生电动势 感生电场 206
一、感生电场 206
二、感生电场和感生电动势的计算 207
三、涡电流 208
12. 4 自感和互感 210
一、自感 210
二、互感 212
∗12. 5 磁场的能量 214
一、自感线圈的储能 214
二、磁场能量的计算 215
第 13 章 光的干涉 220
13. 1 光源 光的相干性 220
一、光源及发光机制 220
二、光的相干性 221
13. 2 杨氏双缝干涉实验及其他厂常见干涉实验装置 221
一、杨氏双缝干涉实验 221
二、菲涅耳双镜实验 223
三、劳埃德镜实验 223
13. 3 光程和光程差 224
一、光程和光程差的计算 224
二、透镜不引起附加光程差 225
三、反射光的附加光程差 226
13. 4 薄膜干涉 227
一、薄膜干涉的光程差 227
二、等倾干涉 229
13. 5 劈尖 牛顿环 迈克耳孙干涉仪 230
一、劈尖 230
∗二、牛顿环 232
∗三、迈克耳孙干涉仪 233
第 14 章 光的衍射 237
14. 1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 237
一、光的衍射现象 237
二、惠更斯-菲涅耳原理 237
三、衍射的分类 238
14. 2 单缝的夫琅禾费衍射 239
一、实验装置和衍射图样 239
二、菲涅耳半波带法和条纹分布规律 239
14. 3 光栅衍射 243
一、多缝衍射 243
二、光栅 244
三、光栅衍射的计算 244
四、光栅光谱 247
∗14. 4 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 249
一、圆孔衍射 249
二、光学仪器的分辨本领 249
第 15 章 光的偏振 254
15. 1 光的偏振状态 254
一、线偏振光 254
二、自然光 255
三、部分偏振光 255
∗四、圆偏振光和椭圆偏振光 256
15. 2 偏振片 起偏和检偏 马吕斯定律 256
一、偏振片 256
二、起偏和检偏 256
三、马吕斯定律 257
四、应用 258
15. 3 光在反射和折射时的偏振 259
∗第 16 章 量子物理简介 262
16. 1 黑体辐射 普朗克能量子假说 262
一、黑体辐射 262
二、普朗克能量子假说 263
16. 2 光电效应 光的波粒二象性 263
一、光电效应 263
二、光的波粒二象性 265
16. 3 巴耳末公式 氢原子的玻尔理论 265
一、巴耳末公式 265
二、氢原子的玻尔理论 265
16. 4 德布罗意波 不确定关系 267
一、德布罗意波 267
二、不确定关系 267
附录 教材内容与思政元素的融合 270
1. 1 参考系和坐标系 质点 1
一、运动的绝对性和相对性 1
二、参考系和坐标系 1
三、质点 2
1. 2 运动状态的描述 2
一、位置矢量 运动方程 2
二、位移 3
三、速度 3
四、加速度 4
五、运动学中的两类问题 5
1. 3 曲线运动的描述 6
一、运动叠加原理 6
二、抛体运动 7
三、圆周运动的描述 7
四、任意的平面曲线运动 11
1. 4 相对运动 12
第 2 章 质点动力学 15
2. 1 牛顿运动定律 15
一、牛顿运动定律概述 15
二、几种常见力 17
三、牛顿运动定律的应用 18
2. 2 动量 动量守恒定律 20
一、质点的动量定理 21
二、质点系的动量定理 23
三、动量守恒定律 23
2. 3 功与能 25
一、功与功率 25
二、质点的动能定理 26
三、保守力的功和势能 26
2. 4 功能原理 机械能守恒定律 29
一、质点系的动能定理 29
二、质点系的功能原理和机械能守恒定律 29
第 3 章 刚体的转动 34
3. 1 刚体运动的描述 34
一、刚体的平动与转动 34
二、刚体绕定轴转动的角速度和角加速度 35
3. 2 力矩 转动定律 35
一、力矩 35
二、转动定律 36
三、转动定律应用举例 38
3. 3 角动量 角动量守恒定律 39
一、角动量 39
二、角动量定理 40
三、角动量守恒定律 40
3. 4 刚体绕定轴转动的动能定理 42
一、力矩的功 42
二、转动动能 42
三、刚体定轴转动的动能定理 43
第 4 章 气体动理论 48
4. 1 平衡态 理想气体状态方程 48
一、平衡态 48
二、状态参量 48
三、理想气体的状态方程 49
4. 2 理想气体的压强公式 50
一、理想气体的微观模型 50
二、理想气体压强公式 51
4. 3 理想气体的温度公式 52
一、理想气体状态方程的分子形式 52
二、温度的微观解释 52
三、气体分子的方均根速率 52
4. 4 能量均分定理 理想气体的内能 53
一、自由度 53
二、能量均分定理 54
三、理想气体内能 54
4. 5 麦克斯韦气体分子速率分布律 56
一、测定分子速率分布的实验 56
二、速率分布函数 57
三、麦克斯韦速率分布律 57
四、分子速率的三种统计平均值 58
4. 6 分子平均碰撞频率和平均自由程 60
第 5 章 热力学基础 63
5. 1 准静态过程 功 热量 内能 63
一、准静态过程 63
二、内能 63
三、热量 64
四、准静态过程中的功 64
5. 2 热力学第一定律及其应用 65
一、热力学第一定律 65
二、热力学第一定律的应用 65
5. 3 气体的摩尔热容 67
一、理想气体的等体摩尔热容 68
二、理想气体的等压摩尔热容 68
三、比热容比 69
5. 4 理想气体的绝热过程 ∗多方过程 69
一、绝热过程 69
∗二、多方过程 71
5. 5 循环过程 卡诺循环 73
一、循环过程 73
二、热机 73
三、制冷机 74
四、卡诺循环 74
5. 6 热力学第二定律 卡诺定理 76
一、热力学第二定律 77
二、可逆过程和不可逆过程 78
三、卡诺定理 78
5. 7 热力学第二定律的统计意义 熵 79
一、热力学第二定律的统计意义 79
∗二、熵增加原理 80
第 6 章 机械振动 84
6. 1 简谐振动 84
一、弹簧振子和简谐振动 84
二、常见的简谐振动模型 85
6. 2 简谐振动的描述 87
一、简谐振动的速度、加速度和图像描述 87
二、描述简谐振动的三个特征物理量 87
6. 3 简谐振动的旋转矢量图表示法 89
一、旋转矢量与简谐振动 89
二、旋转矢量图的应用 90
6. 4 简谐振动的能量 94
一、简谐振动的能量表示式 94
二、简谐振动的能量曲线 95
三、能量守恒与简谐振动 95
6. 5 简谐振动的合成 96
一、两个同方向同频率简谐振动的合成 96
二、两个同方向不同频率简谐振动的合成 98
∗三、两个相互垂直的同频率简谐振动的合成 99
∗四、两个相互垂直的不同频率简谐振动的合成 100
第 7 章 机械波 103
7. 1 机械波的基本概念 103
一、机械波的产生 103
二、波动的基本形式和传播特征 103
三、波速、波的频率和波长 104
四、波的几何描述 105
7. 2 平面简谐波的波动方程及其物理意义 106
一、平面简谐波的波动方程 106
二、波动方程的物理意义 107
∗7. 3 波的能量 111
一、波动能量的传播 111
二、波的能量密度和能流密度 111
7. 4 惠更斯原理和波的衍射 113
一、惠更斯原理 113
二、波的衍射 113
7. 5 波的叠加原理与波的干涉 114
一、波的叠加原理 114
二、波的干涉 114
∗7. 6 驻波和半波损失 117
一、驻波的产生 117
二、驻波方程 118
三、半波损失 120
∗第 8 章 狭义相对论概述 123
8. 1 伽利略变换 经典力学时空观 123
一、经典力学的相对性原理 123
二、伽利略变换 123
三、经典力学时空观 124
8. 2 洛伦兹变换 狭义相对论时空观 124
一、狭义相对论的基本假设 124
二、洛伦兹变换 125
三、狭义相对论时空观 125
四、狭义相对论动力学基础 127
第 9 章 真空中的静电场 129
9. 1 电荷 库仑定律 电场强度 129
一、电荷 129
二、库仑定律 129
三、电场强度 130
9. 2 高斯定理及其应用 136
一、电场线 136
二、电场强度通量 136
三、高斯定理 137
四、高斯定理的应用 139
9. 3 静电场的环路定理 电势能 143
一、静电场力做功 143
二、静电场的环路定理 144
三、电势能 144
9. 4 电势 等势面 电势梯度 145
一、电势 145
二、等势面 148
∗三、电势梯度 148
第 10 章 静电场中的导体 电容 154
10. 1 静电场中的导体概述 154
一、静电场中的导体与静电平衡 154
二、空腔导体和静电屏蔽 159
三、静电屏蔽 160
10. 2 电容 电容器 163
一、孤立导体的电容 163
二、电容器 164
三、电容器的并联和串联 166
∗10. 3 静电场的能量 167
第 11 章 电流与磁场 171
11. 1 电流 电动势 171
一、电流 电流密度 171
二、电源 电动势 173
11. 2 电流的磁场 174
一、电流的磁效应 174
二、磁场 磁感应强度 175
三、毕奥-萨伐尔定律 175
四、毕奥-萨伐尔定律的应用 176
∗五、运动电荷的磁场 178
11. 3 磁通量 磁场的高斯定理 179
一、磁感应线 179
二、磁通量 磁场的高斯定理 179
11. 4 安培环路定理 180
11. 5 磁场对载流导线的作用 185
一、安培定律 185
二、两平行长直载流导线间的相互作用 186
三、磁场对载流线圈作用的磁力矩 188
∗四、磁力的功 189
11. 6 带电粒子在磁场中的运动 189
一、洛伦兹力 189
二、带电粒子在匀强磁场中的运动 190
三、霍尔效应 191
第 12 章 电磁感应 199
12. 1 法拉第电磁感应定律 楞次定律 199
一、电磁感应现象 199
二、楞次定律 200
三、法拉第电磁感应定律 201
12. 2 动生电动势 203
一、动生电动势的产生机制 203
二、动生电动势的计算 204
三、洛伦兹力与动生电动势伴随的能量转换 205
12. 3 感生电动势 感生电场 206
一、感生电场 206
二、感生电场和感生电动势的计算 207
三、涡电流 208
12. 4 自感和互感 210
一、自感 210
二、互感 212
∗12. 5 磁场的能量 214
一、自感线圈的储能 214
二、磁场能量的计算 215
第 13 章 光的干涉 220
13. 1 光源 光的相干性 220
一、光源及发光机制 220
二、光的相干性 221
13. 2 杨氏双缝干涉实验及其他厂常见干涉实验装置 221
一、杨氏双缝干涉实验 221
二、菲涅耳双镜实验 223
三、劳埃德镜实验 223
13. 3 光程和光程差 224
一、光程和光程差的计算 224
二、透镜不引起附加光程差 225
三、反射光的附加光程差 226
13. 4 薄膜干涉 227
一、薄膜干涉的光程差 227
二、等倾干涉 229
13. 5 劈尖 牛顿环 迈克耳孙干涉仪 230
一、劈尖 230
∗二、牛顿环 232
∗三、迈克耳孙干涉仪 233
第 14 章 光的衍射 237
14. 1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理 237
一、光的衍射现象 237
二、惠更斯-菲涅耳原理 237
三、衍射的分类 238
14. 2 单缝的夫琅禾费衍射 239
一、实验装置和衍射图样 239
二、菲涅耳半波带法和条纹分布规律 239
14. 3 光栅衍射 243
一、多缝衍射 243
二、光栅 244
三、光栅衍射的计算 244
四、光栅光谱 247
∗14. 4 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 249
一、圆孔衍射 249
二、光学仪器的分辨本领 249
第 15 章 光的偏振 254
15. 1 光的偏振状态 254
一、线偏振光 254
二、自然光 255
三、部分偏振光 255
∗四、圆偏振光和椭圆偏振光 256
15. 2 偏振片 起偏和检偏 马吕斯定律 256
一、偏振片 256
二、起偏和检偏 256
三、马吕斯定律 257
四、应用 258
15. 3 光在反射和折射时的偏振 259
∗第 16 章 量子物理简介 262
16. 1 黑体辐射 普朗克能量子假说 262
一、黑体辐射 262
二、普朗克能量子假说 263
16. 2 光电效应 光的波粒二象性 263
一、光电效应 263
二、光的波粒二象性 265
16. 3 巴耳末公式 氢原子的玻尔理论 265
一、巴耳末公式 265
二、氢原子的玻尔理论 265
16. 4 德布罗意波 不确定关系 267
一、德布罗意波 267
二、不确定关系 267
附录 教材内容与思政元素的融合 270
