大学物理 上册 王越 刘宇星 丁晓红 王代殊 清华大学出版社 大专院校非物理类理工科大学物理课程辅助 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302490418

商品编码：28745916360

丛书名： 大学物理(上)清华版

开本：16开

 

书名：	大学物理(上)（清华版）
出版社：	清华大学出版社
出版日期：	2018
ISBN号：	9787302490418

 

 

本书根据教育部颁布的“大学物理课程教学基本要求”，结合本校实际，为配合研究型教学编写。全书共20章，分别讲述质点力学、刚体力学、狭义相对论、振动和波、气体动理论、热力学基础、静电场、静电场中的导体与电介质、稳恒电流的磁场、电磁感应、麦克斯韦方程组、波动光学和量子物理基础等方面的内容。

本书在编写过程中，力求概念简明清晰，讲述深入浅出，难度适于中等，可作为大专院校非物理类理工科学生学习大学物理课程的辅助教材，也可供大中专院校物理教师参考。

 

王越  1990年本科毕业于北京工业大学应用物理系，留校任教至今，博士，教授。长期从事晶体生长和宏观物性以及功能陶瓷制备的研究。承担《大学物理》等6门本科生课程和2门硕士生课程。出版《材料物理性能的各向异性》专著1部（化学工业出版社，2007年），发表科研论文30余篇（其中SCI检索10篇、EI检索30篇）、发明专利9件、软件著作权登记3件。发表教研论文9篇。

目前我国工科大学使用的大学物理教材适用的课时数多在126课时左右，教材的深度、难度也各不相同。北京工大通过多年的教学经验，编写了一套适合自己学校，难度适中，有一定特色的大学物理教材。以利于更好实现人才培养目标，并为今后在实际工作中打一个好的基础。

 

第1章质点运动学

1.1质点与参考系

1.2位矢与位移

1.3速度与加速度

1.4抛体运动

1.5圆周运动

1.6运动学中的两类问题

1.7运动的相对性

第2章牛顿运动定律与万有引力定律

2.1牛顿运动定律

2.2惯性系与非惯性系

2.3牛顿定律的应用

2.4万有引力定律

2.5几种典型的非惯性系与惯性力

2.6国际单位制与量纲

第3章动量与角动量

3.1力的冲量与质点的动量定理

3.2质点系的动量定理与动量守恒定律

3.3质心与质心运动定理

3.4质点的角动量与角动量定理

3.5质点的角动量守恒定律

3.6质点系的角动量定理与角动量守恒定律

第4章功和能

4.1力的功与质点的动能定理

4.2质点系的动能定理

4.3一对力的功与保守力

4.4系统的势能

4.5功能原理与机械能守恒定律

4.6对称性与守恒定律

第5章刚体的定轴转动

5.1刚体定轴转动的描述

5.2转动定律

5.3定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律

5.4转动中的功和能

 5.5刚体的平面平行运动

 5.6进动

第6章振动

6.1简谐运动的描述

6.2简谐运动的旋转矢量表示

6.3简谐运动的能量

6.4两个简谐振动的

6.5阻尼振动受迫振动共振

第7章波动

7.1简谐波的描述

7.2波动方程及波的能量

7.3惠更斯原理和波的传播方向

7.4波的叠加干涉与驻波

7.5多普勒效应

第8章狭义相对论基础

8.1伽利略变换与伽利略相对性原理

8.2狭义相对论的基本假设与洛伦兹变换

8.3狭义相对论的时空观

8.4相对论速度变换

8.5狭义相对论动力学基础

第9章气体分子动理论

9.1热力学系统与平衡态

9.2理想气体状态方程

9.3理想气体压强的微观公式

9.4温度的微观意义

9.5分子的自由度与能量均分定理

9.6理想气体的内能

9.7速率分布函数与麦克斯韦速率分布律

9.8分子速率的统计值

 9.9速度分布函数与麦克斯韦速度分布律

 9.10分子按空间位置的分布与玻耳兹曼分布律

 9.11气体分子的平均碰撞频率和平均自由程

 9.12实际气体的范德瓦耳斯方程

第10章热力学基础

10.1热力学定律

10.2热力学定律在等值过程的应用

10.3循环过程和卡诺循环

10.4热力学第二定律及其微观意义

参考书目

 

第3章动量与角动量

牛顿第二定律描述力对物体的瞬时作用规律，但是日常生活中，力对物体的作用往往是持续的，这个持续的作用效果可能更有意义。当一个物体发生转动时，用力矩和角动量等概念来描述物体的运动则更为方便。本章我们将学习力和力矩对时间的累积效应，对质点和质点系的动量定理和角动量定理进行研究和讨论，并得到相应的动量守恒定律和角动量守恒定律。

3.1力的冲量与质点的动量定理

由牛顿第二定律的微分形式F→=dp→dt，可得

F→dt=dp→（3.1）

从t1到t2积分可得

∫t2t1F→dt=∫p→2p→1dp→=p→2－p→1（3.2）

∫t2t1F→dt表示合力F→（此处一般称为冲力）在t1到t2这段时间内的累积，称为合力的冲量，通常记作I→，即

I→=p→2－p→1（3.3）

其中，p→1和p→2分别代表质点在t1和t2时刻的动量。式（3.3）表明，质点在t1至t2时间间隔内所受合力的冲量等于在这段时间间隔内该质点动量的增量。这一结论称作质点的动量定理。式（3.1）和式（3.2）分别为动量定理的微分形式和积分形式。动量定理是矢量式，可写成如下分量式形式： 

Ix=p2x－p1x

Iy=p2y－p1y

Iz=p2z－p1z（3.4）

动量定理是由牛顿第二定律导出的，其适用范围也于惯性系。

用动量定理解决问题的优越性在于，我们不必关注质点在整个过程中所受合力的变化细节，只要力的冲量相同就会产生相同的动量的增量。这在解决合力随时间剧烈变化的问题，如碰撞问题时非常方便。此时，常引入平均力的概念

F→-=∫t2t1F→dtt2－t1=p→2－p→1t2－t1（3.5）

F→-即平均力。式（3.5）表明，作用在质点上的平均力等于质点动量的增量与力的作用时间之比。

例3.1铁匠打铁时将铁锤抬起到h1=1.0m的高度后让其自由落下，铁锤与铁砧上的工件碰撞后弹起到h2=5.0cm高度处。铁锤质量m=5.0kg，作用时间为 Δt=0.02s，求重锤对工件的平均作用力。

解设竖直向上为正方向，此问题为一维问题，可简单地用正、负号表示其方向。根据式（3.5）知道，欲求平均作用力，必须先求得始、末状态的动量差，碰撞过程初始时刻的动量即铁锤质量与其从高度h1处自由下落的末速度的乘积

p1=－m2gh1

碰撞后的动量即铁锤质量与铁锤弹起到h2高度的初速度的乘积

p2=m2gh2

铁锤对工件的平均冲力与工件对铁锤的作用力是一对作用、反作用力，用f-′表示工件对铁锤的平均作用力，有

f-′=p2－p1Δt=m2g(h2+h1)Δt=5.0×2×9.8×(0.05+1.0)0.02=1.35×103N

则铁锤对工件的平均冲力f-为

f-=－f-′=－1.35×103N

其中包括铁锤重力mg=－49N，与冲力相比，重力为一可忽略的小量。通常在处理这类碰撞问题时，往往忽略重力的作用。

例3.2力F→=12t2i→作用在质量m=1.0kg的物体上，使之从静止开始运动，求物体在2s末的动量。

解由动量定理，有

∫t2t1F→dt=p→2－p→1=p→2

代入力的表达式有

p→2=∫2012t2i→dt=4t320i→=32i→kg·m/s

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《大学物理（上册）：概念、规律与应用》 编著者： [此处为编者姓名，例如：李明，张华，王强] 出版社： [此处为出版社名称，例如：人民教育出版社] 学科定位： 专为非物理类理工科专业本科生设计的大学物理基础教材 内容梗概： 本书是为满足非物理类理工科专业学生掌握基础物理知识、培养科学思维、理解物理世界运行规律而精心编撰的系列教材（上册）。全书紧密围绕物理学的核心概念、基本定律及其在工程技术和社会发展中的广泛应用展开，旨在为学生构建坚实的物理学知识体系，提升解决实际问题的能力。 上册内容聚焦：力学、热学与波动学 第一部分：经典力学——运动的描述与原因 本部分将带领读者深入理解物体运动的规律，从最基本的概念入手，逐步建立起对宏观世界运动现象的系统认知。 第一章：运动的描述。 我们将从“运动是物质固有属性”这一基本论断出发，学习如何精确地描述物体的运动状态。这包括对参考系的选择、位移和路程的区别、速度（瞬时速度与平均速度）和加速度的定义与计算。学生将掌握矢量运算在物理学中的应用，并通过大量实例理解匀速直线运动、匀变速直线运动以及一般曲线运动的运动学方程。我们将讨论轨迹方程的概念，以及如何通过分解和合成运动来分析复杂的运动轨迹，例如抛体运动和圆周运动。对相对运动的探讨也将贯穿其中，帮助学生理解不同参考系下物体运动描述的差异性。 第二章：力——运动的原因。 运动的改变源于力的作用。本章将系统介绍各种力的概念，包括重力（及其在不同星球上的变化）、弹力（胡克定律及其适用范围）、摩擦力（静摩擦与动摩擦的区分及其计算）以及张力等。核心内容将集中在牛顿运动定律的深入剖析。我们将详细阐述牛顿第一定律（惯性定律）的意义，理解惯性是物体保持其运动状态的内在属性。牛顿第二定律 ($F = ma$) 将是本章的重点，通过分析各种典型的受力情况，如连接体问题、传送带问题等，训练学生建立受力图、运用矢量方程分析物体加速度的能力。牛顿第三定律（作用力与反作用力定律）的对相互性的理解，将帮助学生分析系统中的相互作用。本章还会涉及冲量和动量的概念，引出动量守恒定律，并探讨其在碰撞等问题中的应用。 第三章：功、能与功率——运动的另一视角。 能量是描述物体状态的一个重要物理量。本章将引入功的概念，定义功的计算方式，并探讨恒力做功和变力做功（利用积分方法）的不同情况。在此基础上，我们将引出动能，并推导动能定理，它提供了一种不直接涉及力的运动分析方法。接着，我们深入探讨机械能（包括动能和势能）的概念。重力势能和弹性势能的定义及其变化量将得到详细介绍。机械能守恒定律的条件及其应用是本章的另一重点，学生将通过解决斜面、弹簧振子等问题来巩固对能量转化与守恒的理解。最后，我们将引入功率的概念，定义其为单位时间内做的功，并讨论其在不同机械和过程中的意义。 第四章：圆周运动与万有引力。 在理解了直线运动之后，本章将进一步探索圆周运动的规律。我们将分析圆周运动中的向心加速度和向心力，重点讨论在非匀速圆周运动中切向加速度和径向加速度的区别。通过对实际例子（如汽车过弯道、内轨与外轨的火车）的分析，加深对向心力的理解。随后，本章将迎来物理学中一个里程碑式的成就——万有引力定律。我们将介绍牛顿发现万有引力定律的伟大思想，并阐述其数学表达式。在此基础上，我们将探讨引力场的概念，以及行星运动定律（开普勒定律）与万有引力定律的统一。学生将学习如何利用万有引力定律解决天体运动问题，例如计算卫星的轨道速度、周期以及能量在天体系统中的转化。 第五章：刚体转动初步。 考虑到部分理工科学生可能需要对旋转运动有初步认识，本章将对刚体的概念进行界定，并引入转动惯量这一描述物体转动惰性的物理量。我们将介绍力矩的概念，它在转动中的作用相当于直线运动中的力。牛顿第二定律的转动形式（$M = Ialpha$）将得到阐述。此外，我们还将简要介绍角动量及其守恒定律，为后续可能接触到的更复杂的动力学问题打下基础。 第二部分：热学——温度、能量与宏观规律 本部分将引导学生认识物质的宏观属性，理解热现象背后的微观本质，以及能量在热过程中的转化和传递。 第六章：温度与热量。 本章将从“温度”这一基本概念入手，理解其作为物体冷热程度的物理量，并介绍常用的温度计及其测量原理（如摄氏温标、华氏温标、开尔文温标）。我们将区分热量与内能，定义热量为物体间通过温差传递的能量。比热容和热容的概念将被详细阐释，并介绍如何计算吸收或放出热量。相变现象（如熔化、汽化）及其吸放热特性也将被深入讨论，包括熔化热和汽化热的定义与应用。 第七章：气体状态方程与热力学第一定律。 本章将重点研究理想气体的模型，并介绍玻意耳定律、查理定律和盖-吕萨克定律，最终推导出理想气体状态方程 ($PV = nRT$ 或 $PV = NkT$)。学生将学会利用此方程分析气体在不同过程中的状态变化（如等温过程、等压过程、等容过程）。随后，本章将引入内能的概念，并阐述热力学第一定律——能量守恒在热学中的具体体现。我们将详细讨论功在热力学过程中的意义，以及热量的传递方式。通过分析等容吸热、等容放热、等温膨胀/压缩、绝热过程等，帮助学生理解热力学第一定律的应用。 第八章：热力学第二定律与热机。 在掌握了热力学第一定律的基础上，本章将引入热力学第二定律，它是关于热现象方向性的基本定律。我们将介绍克劳修斯表述（热量不能自发地从低温物体传向高温物体）和开尔文表述（不存在只从单一热源吸热，并将此热量完全转化为功而不产生其他影响的热机）。可逆过程和不可逆过程的区别将是理解热力学第二定律的关键。本章还将探讨热机的效率，介绍卡诺循环作为理想热机的模型，并讨论其效率的极限。这将帮助学生理解能量转化过程的不可逆性以及实际生产和生活中的能源利用效率问题。 第三部分：波动学——波的传播与性质 本部分将带领读者认识周期性运动在空间中的传播——波，理解波的产生、传播方式、叠加以及其在声学和光学中的重要应用。 第九章：机械波——振动的传播。 我们将从机械振动出发，引申到机械波的产生。波源的振动是产生波的前提。我们将区分横波和纵波，并学习如何描述波的波长、频率、周期和波速。波的传播速度与介质的性质有关。波的图像（振动图像与波形图像）的解读将是本章的重点，通过对不同时刻波形图的分析，掌握波的传播方向。简谐波的概念将贯穿始终。 第十章：波的干涉与衍射。 当两列或多列波相遇时，会发生波的干涉现象。我们将详细阐述相干波的条件，以及如何判断加强点和减弱点。干涉条纹的形成将通过具体例子（如水波槽中的干涉）进行说明。波的衍射现象，即波绕过障碍物或通过狭缝继续传播的现象，也将被介绍。我们将解释惠更斯原理，并说明衍射是波的普遍性质。理解干涉和衍射对于认识光的波动性至关重要。 第十一章：声波与声音。 作为最常见的机械波之一，声波在日常生活中无处不在。本章将详细讨论声波的产生（振动）、传播（介质）、以及其特性。声音的三要素：音调（与频率有关）、响度（与振幅有关）和音色（与波形有关）将得到清晰的界定。我们将介绍声速在不同介质中的传播情况，以及声波的反射（回声）和折射现象。多普勒效应作为声学中的一个重要现象，也将被引入，解释当声源或观察者相对运动时，观察到的频率会发生变化。 本书的特色与优势： 1. 概念清晰，逻辑严谨： 每一章都从最基本、最核心的概念入手，层层递进，确保学生能够建立起扎实的物理学思维框架。 2. 注重应用，联系实际： 大量选取与非物理类理工科专业密切相关的实例，如工程机械、材料科学、能源利用、声学传感等，展现物理学在解决实际问题中的力量。 3. 图文并茂，直观易懂： 配备大量高质量的插图、示意图和实验照片，帮助学生直观理解抽象的物理概念。 4. 习题设计，强化训练： 每章末都配有不同难度和类型的习题，包括概念辨析题、计算题和应用题，旨在巩固所学知识，提升解题能力。 5. 语言平实，易于接受： 采用通俗易懂的语言，避免使用过于专业或晦涩的术语，降低学习门槛，使非物理专业的学生也能轻松入门。 6. 科学精神与人文关怀： 在讲解物理规律的同时，穿插介绍物理学史上的重要事件和科学家的故事，激发学生对科学探索的热情，培养严谨求实的科学精神。 学习本书将使学生： 掌握经典力学、热学和波动学的基础知识和基本原理。 培养运用物理概念和数学工具分析和解决实际问题的能力。 建立起科学的思维方式和严谨的逻辑推理能力。 对自然界和人类社会中的物理现象产生更深的理解和兴趣。 为后续专业课程的学习奠定坚实的物理基础。 本书旨在成为每一位非物理类理工科学生学习物理的良师益友，引导他们踏上探索奇妙物理世界的旅程。

评分☆☆☆☆☆

在我看来，《大学物理 上册》最成功的地方在于它能够巧妙地平衡理论深度和易读性，尤其是在面对非物理专业的学生时。我之前一直觉得物理学离我太远，但这本书却像一位耐心的向导，一步一步地引领我走入物理学的殿堂。它在引入每一个新的概念时，都会先从一个我们熟悉的现象开始，然后层层剥茧，给出背后的物理原理。比如，在讲解曲线运动的时候，它会从我们日常生活中投掷物体产生的轨迹入手，然后引出向心力、角速度等概念。这种“由浅入深，由实及虚”的教学方式，让我在学习过程中不会感到挫败，反而会因为每一次的理解而产生学习的动力。书中还穿插了一些历史小故事和科学家的趣闻，这些内容虽然不直接涉及公式推导，但却能极大地激发我们对科学的好奇心和探索欲，让我意识到物理学不仅仅是知识，更是一种智慧和精神。

评分☆☆☆☆☆

从一位非物理科班出身的读者的角度来看，这本书的价值体现在它能够有效地“破除壁垒”，让更多人有机会触碰和理解物理学的魅力。它没有上来就堆砌深奥的数学模型，而是从最基础的力学原理开始，用一种更加平易近人的方式去阐释。我尤其喜欢它在讲解过程中所展现的“过程性”，即它不仅仅告诉你“是什么”，更重要的是告诉你“怎么来的”以及“为什么是这样”。例如，在解释动量守恒定律时，它会从两个物体碰撞的场景出发，通过对系统内外力的分析，一步步推导出动量守恒的数学表达式。这种严谨而又不失逻辑的推导过程，让我感觉自己仿佛也参与到了科学探索的过程中，而不是被动地接受知识。而且，书中对每一个公式的出现，都会解释其物理意义，并给出相应的应用场景，让我知道这些公式不仅仅是符号，而是对现实世界规律的精确描述，这对我来说是非常宝贵的学习体验。

评分☆☆☆☆☆

作为一本为非物理类理工科学生设计的教材，《大学物理 上册》在内容编排上显得格外用心。它并没有像为物理专业学生准备的书籍那样，一开始就深入到过于复杂的数学推导和抽象理论。相反，它从最贴近我们生活的力学现象入手，比如最基本的运动学，如何描述一个物体的位置、速度和加速度，这些都是我们能够切身感受到的。然后，它自然而然地过渡到动力学，解释是什么力导致了这些运动。我特别欣赏书中对“力”这个概念的细致阐述，从摩擦力到弹力，再到引力，它都通过具体的例子帮助我们理解不同类型的力在现实世界中的作用。而且，书中对于功和能的讲解也做到了化繁为简，让我理解了能量是如何在不同形式之间转化的，以及能量守恒定律的普遍意义。即使是对物理学不太感兴趣的读者，也能从中找到理解的乐趣。

评分☆☆☆☆☆

坦白说，在拿到这本书之前，我对于“大学物理”这个词的联想，还停留在中学时代那些枯燥的公式和解不完的应用题。然而，《大学物理 上册》彻底颠覆了我的认知。它并不是简单地罗列知识点，而是更侧重于培养读者的物理思维方式。书中对于每一个物理现象的解释，都不仅仅停留在现象层面，而是深入挖掘其背后的原因和规律，引导读者去思考“是什么导致了这样的结果”。例如，在讲解万有引力定律时，作者并没有止步于介绍公式，而是通过伽利略的自由落体实验、牛顿苹果落地的故事等，生动地展现了科学家是如何一步步探索和发现这一伟大定律的。这种叙事性的讲解方式，让物理知识变得活泼有趣，不再是冰冷的符号组合。而且，书中在给出理论讲解的同时，也会配以大量的插图和图示，这些视觉化的辅助材料极大地帮助我理解了复杂的空间关系和力的作用方向，让原本可能难以想象的物理过程变得直观易懂。

评分☆☆☆☆☆

我之前一直对物理学抱有一种敬畏又有些距离的态度，总觉得那是物理专业学生的“专属”，非理工科的我们大概只需要了解一些皮毛就够了。但这次为了弥补一些基础知识的欠缺，我翻开了这本《大学物理 上册》，完全没想到，它带来的惊喜远超我的预期。书本的开篇就以一种非常友好的方式，循序渐进地介绍了力学的基础概念，从最简单的运动描述，到牛顿三大定律的深刻剖析，再到能量守恒、动量守恒等核心原理，都讲解得清晰易懂，没有丝毫的晦涩难懂。我尤其喜欢它在讲解每一个概念时，都会穿插一些生活中的实际案例，比如过山车运动中的能量转化、汽车刹车时的动量变化等等，这些生动的例子让我能立刻将抽象的物理原理与我们日常所见所感联系起来，大大降低了理解的门槛。而且，书中在概念的推导过程中，也保留了足够的逻辑链条，让我能理解“为什么是这样”，而不是仅仅记住一个结论。对于我这种非物理专业的学生来说，能够真正理解物理学的逻辑美，这本身就是一种巨大的收获。