作者在多年的教學(xué)試點(diǎn)和文科類教學(xué)的實(shí)踐基礎(chǔ)上編寫(xiě)了本教材。作者認(rèn)為,不論授課對(duì)象是何專業(yè)的學(xué)生,教材都必須展示物理學(xué)的體系和內(nèi)容,即物理學(xué)揭示的物質(zhì)世界的基本規(guī)律、分析問(wèn)題的基本思路、解決問(wèn)題的基本方法,必須使學(xué)生體會(huì)物理學(xué)的全貌和體系。物理課必須詮釋物理,只不過(guò)授課對(duì)象不同,教學(xué)要求不同而已!段锢韺W(xué)概論》按運(yùn)動(dòng)形式分類安排內(nèi)容,包括概述篇、力學(xué)篇、波動(dòng)篇、電磁篇和統(tǒng)計(jì)量子篇5篇共10章。
由于本教材包括了大學(xué)物理中的基本內(nèi)容,故也可作為非物理類的其他學(xué)科的物理教材或參考書(shū),也可供教師參考。
本教材具有以下特點(diǎn):第一,結(jié)構(gòu)緊湊,用較少的篇幅展示了物理學(xué)的核心內(nèi)容。第二.針對(duì)文科類學(xué)生的基礎(chǔ)和專業(yè)需要,在習(xí)題的選取上以基本概念題目為主,輔以少許靈活應(yīng)用的題目;并推薦一些課外讀物,以擴(kuò)大學(xué)生的視野,同時(shí)也可檢驗(yàn)文科學(xué)生閱讀科技書(shū)籍的能力。第三,本教材在耗散結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出若以耗散結(jié)構(gòu)為基本物理模型,可以將西方文明和東方文化結(jié)合起來(lái).這可能是實(shí)現(xiàn)自然科學(xué)和人文科學(xué)的統(tǒng)一的極好途徑。這一章是郭繼華教授近10年的研究結(jié)果,首次引入物理教材,以期逐漸發(fā)展和完善。
本教材的概述篇為讀者展示物理學(xué)的全貌及物理學(xué)研究問(wèn)題的共同思路,力圖激發(fā)學(xué)生的興趣,提高學(xué)生的視點(diǎn),使其感覺(jué)到物理學(xué)的脈絡(luò),縱覽物理學(xué)。
力學(xué)篇以運(yùn)動(dòng)和時(shí)空關(guān)系為線索展開(kāi)運(yùn)動(dòng)學(xué);動(dòng)力學(xué)則以對(duì)稱性與守恒定律的關(guān)系展開(kāi)。波動(dòng)篇以機(jī)械波為切入點(diǎn)闡明波的普遍性質(zhì);以應(yīng)用說(shuō)明光的波動(dòng)性。電磁篇以靜電場(chǎng)為例說(shuō)明研究場(chǎng)的一般方法,通過(guò)相對(duì)論關(guān)系完整地展示電磁學(xué)的美。統(tǒng)計(jì)量子篇中以氣體分子動(dòng)理論為載體介紹統(tǒng)計(jì)物理的基本思想,從經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難引入量子概念,以量子力學(xué)的幾個(gè)重要假設(shè)為基礎(chǔ)介紹量子力學(xué)的基本原理和處理問(wèn)題的基本思路,并給出量子力學(xué)的重要結(jié)果。最后,我們首次嘗試在大學(xué)物理教程中探討實(shí)現(xiàn)自然科學(xué)和人文科學(xué)統(tǒng)一的途徑。本書(shū)加*部分為選講內(nèi)容。
本教材具有以下特點(diǎn):第一,結(jié)構(gòu)緊湊,用較少的篇幅展示了物理學(xué)的核心內(nèi)容。第二,針對(duì)文科類學(xué)生的基礎(chǔ)和專業(yè)需要,在習(xí)題的選取上以基本概念題目為主,輔以少許靈活應(yīng)用的題目;并推薦一些課外讀物,以擴(kuò)大學(xué)生的視野,同時(shí)也可檢驗(yàn)文科學(xué)生閱讀科技書(shū)籍的能力。第三,本教材在耗散結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出若以耗散結(jié)構(gòu)為基本物理模型,可以探討實(shí)現(xiàn)自然科學(xué)和人文科學(xué)統(tǒng)一的途徑。這一章是郭繼華教授近10年的研究結(jié)果,首次引入物理教材,以期逐漸發(fā)展和完善。
第1~7章是在劉鳳英、陳惟蓉編寫(xiě)的力學(xué)、波動(dòng)和電磁學(xué)講義的基礎(chǔ)上由劉鳳英執(zhí)筆修改,第8、9章由劉鳳英執(zhí)筆,第10章由郭繼華執(zhí)筆。清華大學(xué)物理系2006博士生潘江陵給出了部分習(xí)題解答。該教材2009年2-6月在清華大學(xué)經(jīng)管7、社科8、新聞8、法律8大班(134人)運(yùn)用,效果良好,并聽(tīng)取他們的意見(jiàn)做了補(bǔ)充和修改。全書(shū)由劉鳳英統(tǒng)稿,由戴松濤進(jìn)行了總校對(duì)。由于編者學(xué)識(shí)有限,不當(dāng)之處和錯(cuò)誤懇請(qǐng)讀者指正。
大學(xué)物理課程是理工科類高等教育中重要的基礎(chǔ)課。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,各學(xué)科的格局正在發(fā)生變化,新興學(xué)科、交叉學(xué)科不斷出現(xiàn),從而對(duì)高等教育中物理學(xué)的教育提出了新的各種層次的需求;近年來(lái)非理工類的學(xué)科也意識(shí)到物理學(xué)思想方法的重要性,于是逐步形成了適應(yīng)不同類別學(xué)科需求、不同學(xué)時(shí)、不同要求層次的多類型的系列課程。教材建設(shè)是課程建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急,其中,文科類及工科少學(xué)時(shí)的大學(xué)物理課程對(duì)教材的要求尤為迫切。作者在多年的教學(xué)試點(diǎn)和文科類教學(xué)的實(shí)踐基礎(chǔ)上為文科類學(xué)生編寫(xiě)了這套大學(xué)物理教程。本書(shū)力圖用最佳的教學(xué)體系、最精練的語(yǔ)言、最短的篇幅向這類學(xué)生展示物理學(xué)的精髓。
作者認(rèn)為,不論授課對(duì)象是哪類學(xué)生,教材都必須展示物理學(xué)的體系和內(nèi)容,即物理學(xué)揭示的物質(zhì)世界的基本規(guī)律、分析問(wèn)題的基本思路和基本原理、解決問(wèn)題的基本方法,必須使學(xué)生體會(huì)物理學(xué)的全貌和體系。物理課必須詮釋物理,只不過(guò),授課對(duì)象不同,教學(xué)要求不同而已。本書(shū)采用按運(yùn)動(dòng)形式分類按排內(nèi)容的方式。本書(shū)包括概述篇、力學(xué)篇、波動(dòng)篇、電磁篇、統(tǒng)計(jì)量子篇共五篇11章。
概述篇展示物理學(xué)的全貌及物理學(xué)研究問(wèn)題的共同思路,使學(xué)生站得高,將來(lái)才能看得遠(yuǎn)。
力學(xué)篇以運(yùn)動(dòng)和時(shí)空關(guān)系為線索展開(kāi)運(yùn)動(dòng)學(xué);動(dòng)力學(xué)則以對(duì)稱性與守恒定律的關(guān)系展開(kāi)。從而使學(xué)生在中學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步認(rèn)識(shí)物理學(xué)。有理工基礎(chǔ)的大學(xué)生可以在中學(xué)的基礎(chǔ)上總結(jié)歸納提高;無(wú)理工基礎(chǔ)的大學(xué)生也可以盡快進(jìn)入角色,摸到物理學(xué)的脈搏。
波動(dòng)篇以機(jī)械波為切入點(diǎn)闡明波的普遍性質(zhì);以應(yīng)用說(shuō)明光的波動(dòng)性。
電磁篇以靜電場(chǎng)為例說(shuō)明研究場(chǎng)的一般方法,然后擴(kuò)展到其他原因的場(chǎng),如穩(wěn)恒電流的電場(chǎng)和磁場(chǎng);感生電場(chǎng)、感生磁場(chǎng)。通過(guò)場(chǎng)量的相對(duì)論關(guān)系完整地展示電磁學(xué)的美。
統(tǒng)計(jì)量子篇中以氣體分子動(dòng)理論為載體介紹統(tǒng)計(jì)物理的基本思想,從經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難開(kāi)始引入量子概念,以量子力學(xué)的幾個(gè)重要假設(shè)為基礎(chǔ)介紹量子力學(xué)的基本原理和處理問(wèn)題的基本思路,最后給出量子力學(xué)的重要結(jié)果。在耗散結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出若以耗散結(jié)構(gòu)為基本物理模型,可以將西方文明和東方文化結(jié)合起來(lái),從而達(dá)到自然科學(xué)和人文科學(xué)的統(tǒng)一。這一章是郭繼華教授近10年的研究結(jié)果,第一次引入物理教材,以期逐漸發(fā)展完善。
考慮到文科類和工科少學(xué)時(shí)學(xué)生的實(shí)際,習(xí)題選取的原則是以基本概念題目為主,輔以少許靈活應(yīng)用的題目;并推薦一些課外讀物,以擴(kuò)大學(xué)生的視野,也可檢驗(yàn)文科學(xué)生閱讀科技書(shū)籍的能力。
物理學(xué)概論 編者的話 本教程也可作為非物理類的其他學(xué)科的物理教材或參考書(shū),也可供教師參考。
本教程除第10章由郭繼華教授撰寫(xiě)外,其余均由劉鳳英統(tǒng)稿完成。由于作者學(xué)識(shí)有限,不當(dāng)之處和錯(cuò)誤懇請(qǐng)讀者指正。
概述篇
第0章概述物理學(xué)
0.1物理學(xué)和物質(zhì)世界
0.1.1物質(zhì)世界
0.1.2關(guān)于兩個(gè)前沿的基本理論
0.1.3物理學(xué)使人們深刻認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界
0.2物理學(xué)與科學(xué)思維
0.2.1物理學(xué)的研究方法
0.2.2物理學(xué)家的科學(xué)態(tài)度
0.3物理學(xué)與其他的學(xué)科發(fā)展
0.3.1物理學(xué)為其他學(xué)科創(chuàng)立原理和技術(shù)
0.3.2物理學(xué)為一切學(xué)科提供了基本的實(shí)驗(yàn)手段和基本研究方法
0.3.3物理知識(shí)是促進(jìn)各學(xué)科發(fā)展的重要基礎(chǔ)知識(shí)
0.4物理學(xué)中的基本研究思路
0.4.1物理學(xué)的分支
0.4.2物理學(xué)研究問(wèn)題的共同思路
力學(xué)篇
第1章牛頓運(yùn)動(dòng)定律
1.1理想模型自由度
1.1.1質(zhì)點(diǎn)剛體
1.1.2機(jī)械運(yùn)動(dòng)的基本形式自由度
1.2質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述
1.2.1描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的物理量
1.2.2運(yùn)動(dòng)的坐標(biāo)表述
1.3質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)問(wèn)題舉例
1.3.1直線運(yùn)動(dòng)
1.3.2拋體運(yùn)動(dòng)
1.3.3圓周運(yùn)動(dòng)
1.4牛頓運(yùn)動(dòng)定律
1.4.1牛頓運(yùn)動(dòng)定律
1.4.2牛頓運(yùn)動(dòng)定律與慣性參考系
1.5牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)用舉例
1.6非慣性系中的慣性力
1.6.1加速平動(dòng)參考系中的慣性力
1.6.2均勻轉(zhuǎn)動(dòng)參考系中的慣性力——慣性離心力、科里奧利力
1.6.3地球因公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)引起的力學(xué)現(xiàn)象
習(xí)題
教學(xué)參考1-1矢量的基本運(yùn)算和單位矢量的變化率
教學(xué)參考1-2常見(jiàn)力
教學(xué)參考1-3科里奧利力
第2章運(yùn)動(dòng)與時(shí)空
2.1相對(duì)性原理和變換
2.1.1力學(xué)相對(duì)性原理和伽利略變換
2.1.2狹義相對(duì)論的基本原理
2.1.3愛(ài)因斯坦一洛倫茲變換
2.2狹義相對(duì)論的運(yùn)動(dòng)學(xué)效應(yīng)
2.2.1時(shí)間膨脹(運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘變慢)
2.2.2長(zhǎng)度縮短(運(yùn)動(dòng)尺度收縮)
2.2.3時(shí)空不變量
2.3相對(duì)論速度變換
2.4狹義相對(duì)論質(zhì)量和動(dòng)量
2.4.1相對(duì)論性質(zhì)量和動(dòng)量
2.4.2狹義相對(duì)論運(yùn)動(dòng)方程
2.4.3相對(duì)論性動(dòng)能和能量
2.4.4相對(duì)論動(dòng)量能量關(guān)系
2.5廣義相對(duì)論簡(jiǎn)介
2.5.1等效原理
2.5.2廣義相對(duì)性原理
2.5.3史瓦西場(chǎng)中固有時(shí)與真實(shí)距離
2.5.4史瓦西半徑和黑洞
2.5.5廣義相對(duì)論的可觀測(cè)效應(yīng)
習(xí)題
教學(xué)參考2-1洛倫茲變換的導(dǎo)出
第3章對(duì)稱性與守恒定律
3.1動(dòng)量定理和動(dòng)量守恒定律
3.1.1質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)量定理
3.1.2質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)量定理
3.1.3動(dòng)量守恒定律
3.2角動(dòng)量定理和角動(dòng)量守恒定律
3.2.1質(zhì)點(diǎn)對(duì)定點(diǎn)的角動(dòng)量
3.2.2質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量定理和質(zhì)點(diǎn)的角動(dòng)量守恒
3.2.3質(zhì)點(diǎn)系的角動(dòng)量定理和角動(dòng)量守恒定律
3.3動(dòng)能定理和機(jī)械能守恒定律
3.3.1功和功率
3.3.2質(zhì)點(diǎn)的動(dòng)能定理
3.3.3質(zhì)點(diǎn)系的動(dòng)能定理
3.3.4一對(duì)內(nèi)力的功
3.3.5保守力
3.3.6勢(shì)能
3.3.7機(jī)械能守恒定律
3.4對(duì)稱性與守恒定律
3.4.1對(duì)稱性和對(duì)稱操作(變換)
3.4.2對(duì)稱性和因果律——對(duì)稱性原理
3.4.3對(duì)稱性與守恒定律
3.5質(zhì)心和質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理
3.5.1質(zhì)心
3.5.2質(zhì)心的速度
3.5.3質(zhì)心運(yùn)動(dòng)定理
3.6質(zhì)心參考系
3.6.1質(zhì)心參考系
3.6.2質(zhì)心系中的動(dòng)力學(xué)規(guī)律
3.7剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)
3.7.1剛體的定軸轉(zhuǎn)動(dòng)
3.7.2定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的基本方程
3.7.3轉(zhuǎn)動(dòng)慣量及其計(jì)算
3.7.4轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能和力矩的功
3.7.5剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角動(dòng)量守恒
3.8牛頓力學(xué)的內(nèi)在隨機(jī)性
習(xí)題
教學(xué)參考3-1定軸轉(zhuǎn)動(dòng)定律和力矩的功
教學(xué)參考3-2旋進(jìn)
波動(dòng)篇
第4章振動(dòng)
第5章波動(dòng)
電磁篇
第6章恒定電廠和恒定磁場(chǎng)
第7章電磁場(chǎng)的統(tǒng)一性和相對(duì)性
統(tǒng)計(jì)量子篇
第8章熱學(xué)基礎(chǔ)概念
第9章量子物理基礎(chǔ)
第10章耗散結(jié)構(gòu)和社會(huì)科學(xué)
附錄