大学物理学 第一卷（第5版） 下载 mobi epub pdf 电子书 2024

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内容简介

　　本书根据教育部世行贷款教学改革项目的成果和教育部新颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》编写而成。全书共两卷，本书为第一卷，主要内容有力学、场物理学、波动学和热学。本书的一大特色，也是新的尝试是，除在叙述上力求接近学生、概念准确，并以大量实例使内容更加生动、有趣外，还在讲述基本概念、基本原理和基本理论的同时，凸显教学内容中应用的物理学研究方法。特别是，本书在每章编写一节“物理学方法简述”，进一步介绍相关物理学的研究方法，提示读者应用这些研究方法的要点，同时挑选几种方法，要求学生自己通过归纳、总结和应用这些研究方法，达到既掌握知识，又提高能力的教学目的。本书与配套的《大学物理题解思路、方法与技巧》一书一并提供学生使用。本书为高等院校理工科非物理专业大学物理基础课教材，也可作为高校物理教师、学生和相关技术人员的教学参考书。

目录

第5版前言
第4版前言
第3版前言
绪论1
第一部分力学3
第一章质点力学4
第一节质点运动学4
一、位置矢量4
二、运动学方程5
三、位移矢量5
四、速度矢量7
五、加速度矢量8
六、笛卡儿直角坐标系的运用10
七、运动学的两类问题11
第二节牛顿运动定律11
一、牛顿运动定律的内容12
二、牛顿运动定律的应用16
第三节质点的基本运动
定理18
一、质点动量定理18
二、质点动能定理21
三、质点角动量(动量矩)
定理25
第四节物理学方法简述29
一、数学方法29
二、理想模型方法30
三、逻辑推理方法31
四、物理过程的整体化32
第二章质点系统的守恒定律33
第一节动量守恒定律33
一、质点系动量定理34
二、质心概念简介35
三、质点系动量守恒定律36
四、火箭飞行原理简介38
第二节机械能守恒定律39
一、质点系动能定理39
二、质点系内力做的功40
三、质点系统的内势能41
四、机械能守恒定律的表述44
第三节质点系角动量守恒
定律45
一、质点系角动量46
二、质点系角动量定理46
三、质点系角动量守恒条件47
�乘摹⒂泄厥睾愣�律的补充说明48
第四节物理学方法简述49
一、整体（系统）方法49
二、变换参考系的方法50
三、找守恒量的方法50
第三章连续体力学51
第一节刚体定轴转动52
一、刚体运动的类型52
二、刚体定轴转动运动学53
三、定轴转动动力学56
四、定轴转动刚体的角动量守恒
定律60
第二节固体的形变和弹性62
一、弹性体中的应变和应力62
二、胡克定律65
三、弹性体中的波速69
第三节理想流体及其运动73
一、理想流体的定常流动74
二、流体运动的描述方法75
三、连续性方程80
四、伯努利方程82
第四节物理学方法简述85
一、类比方法85
二、数学模型方法86
三、场的研究方法87
第二部分场物理学基础88
第四章真空中的静电场89
第一节库仑定律89
一、电荷89
二、库仑定律的内容92
三、静电力叠加原理94
第二节电场电场强度95
一、静电场95
二、电场强度矢量96
三、点电荷电场的电场强度97
四、点电荷系电场的电场强度98
五、连续分布电荷电场的电场
强度99
第三节高斯定理102
一、电场线102
二、电通量103
三、高斯定理的内容105
四、高斯定理的物理意义107
五、高斯定理的应用109
第四节静电场的环路定
理电势111
一、静电场是保守力场111
二、静电场的环路定理113
三、电势能、电势差和电势114
四、静电场的能量117
五、电势的计算117
第五节物理学方法简述119
一、分析与综合方法119
二、电场与流场的类比120
第五章真空中的稳恒磁场121
第一节磁现象121
一、电流的磁效应121
二、磁力122
第二节磁场磁感应强度124
第三节磁场对运动电荷的
作用126
一、洛伦兹力126
二、带电粒子在电场和磁场中的
运动130
三、霍尔效应131
第四节磁场对载流导线的
作用135
一、安培定律135
二、磁场对载流平面线圈的
作用138
第五节毕奥�踩�伐尔定律140
一、毕奥�踩�伐尔定律的内容141
二、运动电荷的磁场143
第六节磁场的高斯定理145
一、磁场的几何描述145
二、磁通量146
三、磁场高斯定理的内容147
第七节安培环路定理148
第八节物理学方法简述154
一、实验方法154
二、分类比较方法155
第六章变化的电磁场156
第一节电磁感应定律156
一、电磁感应现象的发现156
二、法拉第电磁感应定律157
三、楞次定律160
四、涡电流现象162
第二节电路中的电磁感
应互感与自感164
一、互感164
二、自感166
三、磁场能量167
第三节动生电动势168
一、电源电动势169
二、动生电动势的产生及计算170
三、动生电动势产生过程中的
能量转换173
第四节感生电动势涡旋
电场174
一、涡旋电场174
二、感生电动势175
三、感生电动势与动生电动势177
四、涡旋电场的计算179
第五节位移电流182
一、电流场183
二、电流连续性方程185
三、电流恒定条件186
四、电容器的充、放电187
五、位移电流假设190
第六节麦克斯韦电磁场
方程组191
第七节物理学方法简述193
假说方法概念193
第七章引力场简介195
第一节牛顿万有引力定律195
第二节引力场强197
第三节保守力场的图示
——势能曲线198
第四节物理学方法简述201
势能的数学描述方法201
第八章标量场203
第一节势函数与场强度203
一、等势面204
二、电势梯度205
第二节物理学方法简述208
一、等值面与等值线208
二、梯度矢量208
第三部分波动学基础210
第九章机械振动211
第一节简谐振动211
一、质点振动系统211
二、简谐势212
三、简谐振动的运动方程213
四、描述简谐振动的特征量214
五、简谐振动的几何描述216
六、简谐振动的能量220
第二节简谐振动的叠加221
一、同一直线上两个同频率简谐
振动的叠加221
二、多个同方向、同频率简谐振
动的叠加224
三、二维振动的叠加226
*第三节阻尼振动与受迫振动
简介228
一、阻尼振动228
二、受迫振动230
第四节物理学方法简述232
一、谐振动研究方法232
二、数学变换方法（化归法）232
第十章机械波234
第一节机械波的形成与
描述234
一、弹性介质

前言/序言

随着我国大众创业、万众创新时代的到来，大学物理教学改革进入“深水区”，要求教材与时俱进，特别是我们在近几年试点“翻转课堂”的教学改革中，强化了学生课前预习与课堂讨论的教学环节，提出“自主学习、积极思考、敢于质疑”的要求。为此，一本适应学生课前预习与参与课堂讨论的教材，一定程度上成为持续推进教学改革的关键，本次修订的指导思想就在于此。按这一指导思想本书在保持前几版特点的基础上做了以下几点修订：
一、新添疑问句94个爱因斯坦说过：“应当把发展独立思考和独立创新的能力始终放在首位，而不应把知识放在首位。”李政道先生也告诫青年学子：要创新，需学问，只学答，非学问；要创新，需学问，问愈透，创更新。我们在教改实践中曾采取各种措施号召、引导和鼓励学生提问，多年来有记载的学生提出的问题已达8万多个。说明学生在学习大学物理时是有问题要问的，如学生问：能否从实验上显示大块导体中的电流线?信息是随能量传递还是随相位传递?能否用引力场使光子减速?氢原子跃迁时能量以光的形式释放，那么它自身的质量应该会减少吧?等等。为此，我们从学生需求中反向思维来设计教材叙述方式，在部分修订第4版中300多个由黑体字凸显各种问题的基础上，新添了94个疑问句，尽可能“把知识‘冰冷美丽’的学术形态转化为教育形态，使学生能高效率地进行思考。”思考问题是为了使学生从重学轻思向学思结合转变，思考问题是为了从传承中学习物理方法和物理思想，思考问题是为了开展探究式学习，思考问题是为了解决问题。因此，94个问题的提问方式，按教学内容的逻辑结构尽可能与学生的思维习惯相结合，有的问题是为了引出知识点，有的问题是为了明确物理意义，有的问题是为了突出重点，有的问题是为了破解难点，有的问题是为了体现理性思辨、学习方法、人格精神和文化传承等。目标是使学生夯实基础、锻炼独立思考的能力、激发自主学习的兴趣、树立正确的价值观和培养批判性思维等。19世纪德国教育家第斯多惠说过“教学的艺术不在于传授知识，而在于激励、唤醒和鼓舞。”叶圣陶也说过“教师之为教，不在全盘授予，而在相机诱导，必令学生运其才智，勤其练习，领悟之源广开，纯熟之功弥深，乃为善教者也。”教材内容的组织与编写何尝不是这样。本次修订中新添94个疑问句，就是本次修订的一大任务。
二、新添理解与运用数学公式的练习161个数学有时被叫作科学的“女皇”，有时被叫作科学的“侍女”，这是因为教学是自然科学的基本语言，更是现代工业技术和工程必不可少的工具。若从物理学发展的历史来考查物理学与数学的关系的话，我们就会发现，数学的概念渗入到了物理学的每一部分，在每一种物理理论的形成过程中，数学均起了十分重要的推动和促进作用，物理学的思维方式与数学的方法运用有无法割断的血缘关系。一本大学物理教材作为一个系统，是物理知识与数学表述相互联系、互相补充、彼此配合、不可分割的整体。本书第一卷第4版中有编号的公式有1495个，不少学生在第一次翻阅大学物理教材时，看到书中大量的高等数学符号，就不由得对大学物理课程心存怯懦，于是，在学习中涉及数学符号、公式的知识就跳过去。目前，学生在学习中遇到的很多困难均来自这种态度与想法，这在很大程度上影响着他们的学习。
在本次修订中我们坚持以学生为本，努力增强学生的自学意识，培养学生主动思考的能力，使学生自觉地去获取知识，并争取实现自己的发展。本书的目的就是，引导学生掌握学习方法，增强获取知识，拓展知识和独立思考的能力；指导学生保持严谨求实的态度、刻苦钻研的作风、追求真理的勇气；帮助学生抓主要矛盾和矛盾的主要方面，分析解决实际问题；培养学生的科学观察能力和批判性思维，激发他们的求知欲，提高他们的探索精神、创新欲望和敢于向旧观念挑战的科学素养。为达此目的，在第5版中有意穿插设置了161个对数学公式的“练习”，在强调定性分析、突出物理思想与物理方法的同时，聚焦定量分析的数学公式，让学生在亲自对数学公式写一写、想一想、导一导、推一推的“练习”中，认识各种数学符号、方法、公式在表述物理知识与解决问题中的作用，让不同层次的学生都能达到学习要求。
本书由王建邦担任主编，刘兴来担任副主编。参加本书修订工作的有：赵瑞娟(第一、二、三章)、侯利洁(第四、五、六章)、王建邦(第七、八章)、闫仕农(第九、十章)、张永梅(第十一、十二、十三章)、魏天杰(第十四、十五章)、刘兴来(第十六、十七章)。
编者第4版前言为适应社会经济发展的需要和人的全面发展，以人为本、照顾个性的教育理念为本次修订提供了新的思路。作为一部适用的教材，应当使读者在“知识、能力、素质”协调发展中得到帮助。在知识、能力与素质三要素中，传授知识是基础，培养能力是关键，提高素质是根本。为此，本书在基本保持前几版特点的基础上做了以下几点修订：
一是将前几版中每章开头的“学习本章要求掌握”改为“本章核心内容”，并配一相应的图片。这一改动在教学内容基本要求上并无原则性差别，但更加细化与醒目，“细化”表现在与每次课（72学时进度）的教学内容安排吻合，有利于“教”与“学”；“醒目”意在使每位读者阅读教材时做到心中有数。
二是本书经过十多年的使用，已经形成了较稳定的经典物理基础与近代物理基础并重的知识结构和呈现方式。在此基础上，本次修订不仅注重传授知识，更为学生的探究学习提供探究的方法和可以探究的内容。为此，在文字叙述上采用了“是不是”“为什么”“怎么做”“怎么用”的潜台词，为学生的学、思结合留下足够的空间，引导学生在阅读教材时自主、积极地思考，培养学生质疑问难的意识和能力。著名物理学家李政道先生也告诫青年学子：“要创新，需学问，只学答，非学问；要创新，需学问，问愈透，创更新。” 当前，学生缺少的就是发现问题、分析问题和研究问题的能力。怎样让学生具备这种能力呢？如果一本教材能够为学生创造一个宽松的质疑、提问的氛围，就能更好地激发学生的联想能力、发散思维能力、发现问题的能力。在本次修订中，在一些知识点上，我们有意识地设情造景，通过意象与读者对话；在一些知识点上，我们有意识地留有余地，点到为止；在一些知识点上，我们特意以问代答，逐步引入。在个别知识点上，我们有意识地做点遗漏，让读者自己参与补上，给他们提供一种机会与挑战。
三是注重物理学方法论的介绍与应用。“工欲善其事，必先利其器”，任何一门科学都有其方法论基础。在物理学的产生与发展过程中，形成了丰富的物理学方法。这些科学方法的总结、提炼和运用又促进着物理学这个大系统的发展，在此过程中理论与方法始终相生相伴。实际上，物理学理论本身就具有方法论功能，物理学中由文字、符号、图像、公式等组成的表象，是人类对客观规律的正确反映，因此，它是人类改造客观世界的工具。我们在第4版中结合知识点凸显了几种物理学方法，如观察方法、实验方法、假说方法、数学方法、理想化方法、类比与模拟方法、归纳与演绎方法、分析与综合方法、整体方法、场论方法等。
第4版前言四是希望使用了本教材的读者能在以下几个方面不同程度地提升物理素质：①具有用物理学知识去观察、分析和思考各种物理现象是什么、为什么的物理意识；②具有运用物理概念、理论以及几何、代数、分析的数学语言去求解问题的思路；③具有物理规律都要以微分形式表示、实际问题采用积分计算的观点；④具有从微观机理（制）追踪宏观物理现象本质的视角；⑤具有从物质的不同层次的相互作用、运动与结构中去认识事物的境界；⑥具有在任何复杂的物理过程中都蕴含着为数不多的几个基本物理规律的思想。
本书由王建邦担任主编。参加本卷第4版修订工作的有：张旭峰（第一~三章）、刘兴来（第四~六章）、王建邦（第七、八章）、闫仕农（第九、十章）、杨军（第十一~十三章）、魏天杰（第十四~十七章）。
编者第3版前言前言第3版前言教材是体现教学理念、课程内容、教学要求、教学模式的知识载体，又是指导学生获取知识的方法和渠道。本书为适应大学本科非物理类专业对物理教学的基本要求，针对地方高校学生层次与认知规律，按集成“知识�材芰Κ菜刂省庇谝惶宓闹傅妓枷耄�在多年教学改革实践及前两版的基础上，着眼于学生智慧和能力的培养来进行修订。同时，为激发学生自主学习和引导学生思考，本书适度改变了前两版的撰写风格，力求在中学物理基础上、在有利学生阅读的同时，营造一种探索与创新氛围。
为了加强大学物理的基础地位，走出“一遇教学改革，物理教育就成为被削弱的对象”的怪圈，本书将大学物理分为“经典物理基础”与“近代物理基础”两卷，两卷各成体系，又相互呼应，并分两学期使用。按因材施教的个性化教育原则，本书有少部分内容适度超出教学基本要求，有少部分内容适度超出课堂教学所需，有少部分内容适度超出多数学生的接受能力。
本科专业教育教学计划是由相互作用、相互依赖的若干部分(要素)结合而成的、具有特定功能的系统。服务于人才培养的大学物理课程是构成专业教育教学计划的一个“要素”，本书一方面注意了传承大学物理教材知识结构的纵向关系，另一方面又考虑了大学物理与本科专业教育教学计划中相关课程交叉、渗透的横向关系。按系统论观点，本书部分地调整了传统大学物理知识结构单元，突出作为自然科学基本规律、能长时期发挥作用的基础性内容；突出通过渗透、融合可伸向理工科类院校非物理类专业或工程技术学科与课程的基础性内容。
例如，在“路论”与“场论”的关系中，“路论”是电类课程的核心，即“以电路分析为基础、以电路设计为主导、以电路应用为背景”。“场论”作为能量流、物质流及信息流的物理基础，在本书中予以彰显。第一卷在介绍质点�仓实阆氮擦�续体力学后，以流速场承前启后，以真空电磁场为主，以电流场、能流场、标量场、引力场等为辅，开出场物理学，强调在不同物理问题中，场可以是一种方法、可以是一个函数、可以是一种物质。
教学内容现代化一直是大学物理课程教学内容改革的一个热点。以目前我国21个工科大类、69个专业为例，在485门主要课程中，有101门(含同名相近课程)或多或少涉及物理学原理与方法的延伸、拓展、“物化”与应用，其中依托近代物理基本原理的教学内容在不断增加，但专门介绍近代物理基本原理的课程不多，本书第二卷在大学物理层面上选编相对论、量子、激光、固体、原子核等基础内容，意在加强近代物理向“材料、能源、信息”相关专业与课程的渗透。
为了帮助学生更好地掌握大学物理的基本内容，理论联系实际，增强个性化学习，调动学习主动性，反复加强练习，加强能力培养，本次修订中在部分章节“学习本章要求掌握”的栏目中，适当增加了方法论的要求，并将大部分例题与全部习题从两卷中剥离，单独编写《大学物理解题思路、方法与技巧》一书，作为教材一并提供学生使用，力求使物理概念、原理与例题、习题密切联系与衔接，使教学内容与学生实际有机结合。
按128学时的教学时数，建议第一卷安排72学时，第二卷安排56学时，具体把握可根据学校情况而定。
清华大学张三慧教授审阅了本书第一卷(第1版)，并认真修改，同时对全书的取材与布局提出了宝贵意见；中国科学技术大学张永德教授与太原理工大学冷叔棪教授分别审阅了第二卷(第1版)第五、第六部分，提出了宝贵意见，使我们受益匪浅，在此对三位老先生一并表示衷心感谢。
本书由王建邦担任主编。参加第3版修订工作的有：张旭峰(第一～三章)、刘兴来(第四～六章)、杨军(第十一～十三章)、闫仕农(第九、十章)、魏天杰(第十四～十七章)、王建邦(第七、八章)。
编者
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