本套書是按照《理工科類大學物理課程教學基本要求》編寫的,注重基礎(chǔ),精選內(nèi)容,廣度和深度適中,篇幅恰當。全套書分上下冊,內(nèi)容包括力學、電磁學、振動與波動、光學、量子物理。本套書可作高等院校非物理類專業(yè)的大學物理教材。
本教材在內(nèi)容設(shè)置上適當?shù)亟Y(jié)合了學科前沿以及發(fā)展趨勢,以達到與時俱進的目的。并且適當與高中物理教學要求相結(jié)合,以解決各地區(qū)高考規(guī)則不一,高中課程中物理教學內(nèi)容不一致所帶來的學生基礎(chǔ)不一的問題,盡可能幫助學生適應大學物理的學習。本課程的教學目標在于讓學生能夠牢固地掌握大學物理的基礎(chǔ)理論知識,培養(yǎng)學生運用這些知識去解決相關(guān)問題的能力,培養(yǎng)自我更新知識、獲取知識的能力,進而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。
本書依據(jù)《普通高等學校本科專業(yè)類教學質(zhì)量國家標準》對各專業(yè)大學物理課程的要求和教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會審定的《理工科類大學物理課程教學基本要求》(以下簡稱“基本要求”),結(jié)合編者多年的教學經(jīng)驗和教學實踐編寫而成。在編寫過程中充分吸收了多種優(yōu)秀教材的長處,同時兼顧了當前大學物理教育教學實際。本書具有以下主要特色:
1. 貫徹基本要求,力求簡潔、經(jīng)典。本書在基本要求的框架下對內(nèi)容進行遴選和編排,對基本要求中做不同要求的內(nèi)容進行了差異化處理。抓主要問題,有詳有略,突出對物理學中的重要物理概念、物理定理定律的理解、應用,以及所蘊含的物理思想和方法。本書旨在激發(fā)學生的學習興趣,在例題和習題的精選中注重科學性和規(guī)范性。
2. 以史為鑒,追求“真、善、美”。物理學的發(fā)展體現(xiàn)了人類探索自然、認識世界過程中呈現(xiàn)出的偉大魅力。在每一篇的開篇,我們在充分研讀討論的基礎(chǔ)上編寫了相關(guān)知識模塊的發(fā)展簡史,介紹了相關(guān)知識發(fā)展中的物理事件及相關(guān)物理學家的成長經(jīng)歷,期望引導學生樹立科學的世界觀,激發(fā)學生的求知熱情、探索精神、創(chuàng)新欲望以及敢于向舊觀念挑戰(zhàn)的精神。
3. 大中銜接,順承自然。在每一篇的開篇,緊隨發(fā)展簡史,我們簡要梳理了高中階段對物理學習的內(nèi)容及要求,引導學生對高中所學知識進行回顧,幫助他們在大學物理學習過程中有意識地進行知識體系的比較和再認識!皽毓手隆,使學生在大學物理學習過程中能對物理知識進行有效的知識架構(gòu),培養(yǎng)其自主學習能力。
4. 兼顧知識傳授與能力培養(yǎng)。在人類追求真理、探索未知世界的過程中,物理學呈現(xiàn)了一系列科學的世界觀和方法論。本書在編寫過程中以物理知識為載體培養(yǎng)學生獨立獲取知識的能力,發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力;也充分考慮培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新意識。
本書編寫的初衷期望幫助學生通過大學物理課程的學習能有效地理解和掌握物理學中的基本理論以及思想和方法,并為我所用。充分發(fā)揮大學物理課程學習的基礎(chǔ)性、必要性和重要性地位,提高自身的自主學習能力和創(chuàng)新能力,提升自身的科學素養(yǎng)。
本書分上下冊,共六篇,二十五章。上冊由郭龍、湯型正、羅中杰負責統(tǒng)稿,下冊由陳琦麗、張光勇負責統(tǒng)稿。參與編寫的人員還有:張自強、吳妍、鄭安壽、馬科、萬珍珠、韓艷玲、杜秋嬌、陳洪云、劉忠池、苑新喜等。
在編寫過程中,我們得到了來自同行們的許多很好的意見和建議,并得到了中國地質(zhì)大學(武漢)教務處、數(shù)理學院、大學物理教學部以及華中科技大學出版社的大力支持和幫助,在此一并表示真誠的感謝。
由于編者水平有限,錯誤和不妥之處在所難免,還請廣大師生和同行批評指正,以便今后逐步完善和提高,在此致以誠摯的謝意。
陳琦麗,女,1971年12月出生, 碩士生導師,博士學位。中國地質(zhì)大學數(shù)學與物理學院物理系副教授。2014年、2015年分別參加國家自然科學基金學部主任基金一項,國家自然科學基金面上項目一項,湖北省科研項目省基金重點項目,發(fā)表SCI論文十余篇。先后參加編寫了大學物理教材、大學物理實驗教材兩本、教輔1本。
第三篇熱學
第13章熱力學基礎(chǔ)(5)
13.1平衡態(tài)(5)
13.1.1熱力學系統(tǒng)(5)
13.1.2平衡態(tài)與熱動平衡(5)
13.1.3宏觀量與微觀量狀態(tài)參量(6)
13.1.4熱力學第零定律(熱平衡定律)(6)
13.2理想氣體的物態(tài)方程(7)
13.2.1物態(tài)方程(7)
13.2.2氣體的實驗定律(8)
13.2.3理想氣體理想氣體物態(tài)方程(9)
13.2.4混合理想氣體的物態(tài)方程(10)
13.3熱力學第一定律(11)
13.3.1準靜態(tài)過程(11)
13.3.2內(nèi)能、熱量和功熱力學第一定律(12)
13.3.3準靜態(tài)過程的功(13)
13.3.4熱量和熱容(14)
13.3.5功和熱量的聯(lián)系與差異能量守恒原理(14)
13.4理想氣體的內(nèi)能和熱容(15)
13.4.1焦耳實驗理想氣體的內(nèi)能(15)
13.4.2理想氣體的摩爾熱容邁耶公式(16)
13.5典型準靜態(tài)過程(18)
13.5.1等體、等壓和等溫過程(18)
13.5.2絕熱過程(20)
13.6循環(huán)過程卡諾循環(huán)(22)
13.6.1循環(huán)過程準靜態(tài)循環(huán)過程(22)
13.6.2熱機及效率(23)
13.6.3致冷機及致冷系數(shù)(25)
13.6.4卡諾循環(huán)(26)
13.7熱力學第二定律(28)
13.7.1熱力學第二定律的兩種表述(29)
13.7.2兩種表述的等效性(29)
13.7.3不可逆過程和可逆過程(30)
13.7.4熱力學第二定律的統(tǒng)計意義和熵(31)
思考題(34)
習題(35)
第14章氣體動理論(38)
14.1氣體分子熱運動與統(tǒng)計規(guī)律(38)
14.1.1對物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的基本認識(38)
14.1.2分子熱運動的統(tǒng)計規(guī)律(39)
14.2理想氣體的壓強和溫度(41)
14.2.1理想氣體的微觀模型(41)
14.2.2理想氣體的壓強(41)
14.2.3理想氣體的溫度(44)
14.3能量按自由度均分(45)
14.3.1分子運動的自由度(45)
14.3.2能量按自由度均分定理(46)
14.3.3理想氣體的內(nèi)能和摩爾熱容(47)
14.4麥克斯韋速率分布律(49)
14.4.1分布的概念和速率分布函數(shù)(49)
14.4.2麥克斯韋速率分布函數(shù)和分布曲線(51)
14.4.3三種統(tǒng)計速率(52)
14.4.4麥克斯韋速率分布律的實驗驗證(54)
14.4.5麥克斯韋速度分布律和速率分布律(55)
14.5玻爾茲曼分布(57)
14.5.1玻爾茲曼分布律(57)
14.5.2重力場中粒子按高度的分布(58)
14.6氣體分子的平均自由程(60)
14.6.1平均碰撞頻率(60)
14.6.2平均自由程(61)
思考題(61)
習題(62)
第四篇振動和波動
第15章簡諧振動及其描述(70)
15.1簡諧振動的運動學描述(70)
15.2簡諧振動的旋轉(zhuǎn)矢量表示法(73)
15.3簡諧振動的動力學規(guī)律(75)
15.4簡諧振動的能量(78)
15.5簡諧振動的合成(80)
15.6阻尼振動受迫振動共振(85)
思考題(87)
習題(87)
第16章波動學基礎(chǔ)(90)
16.1機械波的產(chǎn)生和傳播(90)
16.2平面簡諧波的波函數(shù)(93)
16.3波的能量(96)
16.4惠更斯原理(98)
16.5波的干涉及駐波(98)
16.6聲波(103)
16.7多普勒效應(104)
思考題(105)
習題(106)
第五篇波 動 光 學
第17章光的干涉(114)
17.1光的相干性(114)
17.1.1光的電磁理論(114)
17.1.2普通光源發(fā)光特點(115)
17.1.3光的相干條件(116)
17.1.4相干光的獲得(116)
17.2光的相干疊加和非相干疊加(117)
17.3光程和光程差(119)
17.4分波陣面干涉——楊氏雙縫干涉(121)
17.4.1楊氏雙縫干涉實驗(121)
17.4.2洛埃鏡實驗(124)
17.5分振幅干涉等厚干涉(124)
17.5.1劈尖干涉(125)
17.5.2牛頓環(huán)干涉(127)
17.6分振幅干涉等傾干涉(129)
17.6.1等傾干涉(129)
17.6.2增透膜與增反膜(132)
17.7邁克爾遜干涉儀(133)
思考題(135)
習題(135)
第18章光的衍射(137)
18.1光的衍射現(xiàn)象惠更斯菲涅耳原理(137)
18.1.1光的衍射現(xiàn)象(137)
18.1.2惠更斯菲涅爾原理(138)
18.2單縫的夫瑯禾費衍射(139)
18.2.1實驗裝置及衍射圖樣(139)
18.2.2菲涅耳半波帶理論及明暗條件(139)
18.2.3條紋寬度(141)
18.2.4振幅矢量法(143)
18.3光學儀器的分辨本領(lǐng)(145)
18.4光柵衍射(147)
18.4.1光柵及其衍射圖樣(147)
18.4.2光柵方程缺級現(xiàn)象(148)
18.4.3光柵衍射光強分布公式(151)
18.4.4光柵光譜(152)
18.5X射線衍射(154)
思考題(155)
習題(156)
第19章光的偏振(158)
19.1光的偏振狀態(tài)(158)
19.1.1光的偏振現(xiàn)象(158)
19.1.2光的偏振態(tài)(159)
19.2起偏與檢偏馬呂斯定律(161)
19.2.1偏振片起偏與檢偏(161)
19.2.2馬呂斯定律(162)
19.3布儒斯特定律及其應用(163)
19.3.1布儒斯特定律(163)
19.3.2布儒斯特定律的應用——玻璃堆(164)
19.4雙折射現(xiàn)象(165)
19.4.1尋常光和非尋常光(165)
19.4.2單軸晶體中o光和e光的波面(167)
19.4.3惠更斯原理在雙折射現(xiàn)象中的應用(168)
19.4.4波片(169)
19.5橢圓偏振光和圓偏振光(170)
19.5.1圓偏振光和橢圓偏振光的描述(170)
19.5.2橢圓偏振光和圓偏振光的獲得(170)
19.6偏振光的干涉(171)
19.7人工雙折射(173)
19.7.1應力雙折射(173)
19.7.2電光效應(174)
19.8旋光現(xiàn)象(175)
19.8.1旋光現(xiàn)象(175)
19.8.2法拉第效應(176)
思考題(178)
習題(178)
第六篇近現(xiàn)代物理學基礎(chǔ)
第20章早期量子論(185)
20.1黑體輻射和普朗克能量子假設(shè)(185)
20.1.1熱輻射(185)
20.1.2黑體輻射(186)
20.1.3普朗克量子假設(shè)(188)
20.2光電效應愛因斯坦的光子理論(189)
20.2.1光電效應及其實驗規(guī)律(189)
20.2.2愛因斯坦光子理論(包含光的波粒二象性)(191)
20.3康普頓散射(193)
20.3.1康普頓散射及其實驗規(guī)律(193)
20.3.2康普頓散射的理論解釋(195)
20.4氫原子光譜玻爾氫原子理論(196)
20.4.1氫原子光譜(196)
20.4.2α粒子散射實驗(198)
20.4.3玻爾氫原子理論(199)
思考題(202)
習題(202)
第21章量子力學初步(204)
21.1德布羅意波微觀粒子的波粒二象性(204)
21.1.1德布羅意波(204)
21.1.2德布羅意假設(shè)的實驗驗證微觀粒子的波粒二象性(205)
21.2不確定關(guān)系(207)
21.3波函數(shù)及其統(tǒng)計解釋(210)
21.4薛定諤方程(212)
21.5一維定態(tài)薛定諤方程的應用(214)
21.5.1一維無限深勢阱中的粒子(214)
21.5.2一維勢壘中的粒子(217)
21.6一維諧振子(218)
思考題(219)
習題(220)
第22章原子中的電子(221)
22.1氫原子的量子理論(221)
22.1.1氫原子的薛定諤方程(221)
22.1.2量子化條件和量子數(shù)(222)
22.1.3電子在核外空間的概率分布(224)
22.2電子自旋(225)
22.3原子的殼層結(jié)構(gòu)(228)
思考題(230)
習題(230)
第23章固體中的電子(231)
23.1固體的能帶結(jié)構(gòu)(231)
23.2導體絕緣體半導體(234)
23.3半導體(235)
23.3.1半導體的導電機制(235)
23.3.2本征半導體和雜質(zhì)半導體(236)
思考題(238)
計算題(239)