《大學物理簡明教程》著眼于物理內容的闡述和物理本質的揭示,從現象出發(fā),從實驗出發(fā)。《普通高等教育“十一五”精品課程建設教材:大學物理簡明教程》分12章對流體力學、液體的表面性質、氣體動理論、熱力學基礎、靜電場、恒定磁場、電磁感應與麥克斯韋方程組等作出了詳細的闡述。
物理學研究自然界各種最基本的運動形態(tài),它為自然界中的物質結構、物質的相互作用和運動規(guī)律提供了一幅豐富多彩、結構嚴謹的圖畫。人類自古至今的科學發(fā)展史雄辯地說明,物理學是一切自然科學、技術科學、生命科學乃至某些社會科學的基礎,歷史上的一些重要技術革命,社會生產力的每一次飛躍提高,無不以物理學的進展為先導。當前科學技術發(fā)展越來越呈現出各學科交叉與結合的特征,在這種學科交叉的大趨勢中,最廣泛和最具影響力的乃是與物理各學科的交叉與融合,而在生命科學日益成為科研熱點的今天,物理學及其技術在農學的科研和技術發(fā)展中起著越來越重要的作用。
如何給非物理專業(yè)的學生,尤其是農科的學生講授大學基礎物理的課程,在農業(yè)院校中有不同的看法。一種看法是,既然講授的對象是農學(和生物)的學生,講授的內容乃至教材要與他們的專業(yè)相結合,簡言之,物理課要為專業(yè)服務。另一種看法是,物理學是一切自然科學的基礎,農科專業(yè)和理工科專業(yè)的學生一樣,需要具備有關物理學知識的扎實基礎;物理學中的一套最全面、最有效的科學方法以及物理學課程對學生科學素質所起的作用是其他課程無法替代的,這才是物理課程的主要目的。我們持后一種看法。實際上作為大學基礎物理課程及其教材也是難以直接服務于專業(yè)的。一則我們的教師不夠熟悉農學專業(yè);二則即使對某一專業(yè)的某些方面有所了解,如果對此作較詳細的介紹,也會喧賓奪主,沖淡大學基礎物理的教學目的;三則農科有數十個專業(yè),數十學時的物理課程及其教材何能做到都為它們服務,這是根本辦不到的事情。當然,我們也主張在大學物理課程及其教材中,在可能的情況下舉些物理學及其技術在農學中的應用實例,以此說明物理學也是農學的基礎和提高學生學習物理學的興趣,這對物理學教學無疑是有益的。
此外,學校的一些研究生和教師經常向我們物理教師請教他們在工作中遇到的一些問題。我們發(fā)現,這些問題并不涉及高深的物理學知識或物理學前沿問題,而往往是些物理學基礎知識。這從一個側面告訴我們,加強大學基礎物理學教學是很重要的。
為了適應許多農、林院校物理學課程學時較少的狀況,在本書編寫過程中舍棄了大學基礎物理學中的力學內容,對熱學、電磁學、光學和量子物理基礎中較深的內容也作了適當的刪減。
緒論
第1章 流體力學
1.1 流體靜力學
1.1.1 靜止流體內應力的特點壓強
1.1.2 靜止流體內兩點的壓強差
1.2 理想流體的定常流動
1.2.1 理想流體
1.2.2 定常流動流線和流管
1.2.3 連續(xù)性方程
1.2.4 伯努利方程
1.2.5 伯努利方程的應用
1.3 黏滯流體的運動
1.3.1 層流的黏滯定律
1.3.2 泊肅葉公式
1.3.3 湍流雷諾數
1.3.4 黏滯流體中運動物體受到的阻力
習題
第2章 液體的表面性質
2.1 液體的表面張力
2.2 彎曲液面的附加壓強
2.3 毛細現象
2.3.1 接觸角
2.3.2 毛細現象
習題
第3章 氣體動理論
3.1 理想氣體狀態(tài)方程
3.1.1 宏觀描述與微觀描述
3.1.2 平衡態(tài)和非平衡態(tài)熱力學平衡
3.1.3 理想氣體狀態(tài)方程
3.2 麥克斯韋氣體分子速率分布律
3.2.1 麥克斯韋氣體分子速率分布律
3.2.2 麥克斯韋3種統(tǒng)計分子速率
3.3 玻耳茲曼分布
3.3.1 玻耳茲曼能量分布
3.3.2 大氣分子分布
3.4 能量均分定理
3.4.1 理想氣體的壓強公式
3.4.2 理想氣體的溫度公式
3.4.3 能量均分定理
3.4.4 理想氣體的內能
3.5 分子的平均碰撞頻率和平均自由程
3.5.1 分子的平均碰撞頻率
3.5.2 分子的平均自由程
3.6 輸運現象的氣體動理論
3.6.1 氣體的黏滯性
3.6.2 熱傳導
3.6.3 擴散
習題
第4章 熱力學基礎
4.1 熱力學第一定律
4.1.1 系統(tǒng)的內能、功和熱量
4.1.2 熱力學第一定律
4.1.3 平衡過程中的熱力學第一定律
4.1.4 熱力學第一定律對理想氣體過程的應用
4.1.5 循環(huán)過程卡諾循環(huán)
4.2 熱力學第二定律
4.2.1 熱力學第二定律的兩種表述
4.2.2 熱力學第二定律的微觀意義
4.2.3 卡諾定理
4.3 熵熵增加原理
4.3.1 克勞修斯公式
4.3.2 態(tài)函數熵
4.3.3 熵增加原理
習題
第5章 靜電場
5.1 電荷庫侖定律
5.1.l電荷
5.1.2 庫侖定律
5.2 電場電場強度
5.2.1 電場強度
5.2.2 電場強度的疊加原理
5.2.3 電場對帶電體的作用
5.3 靜電場的高斯定理
5.3.1 電場線
5.3.2 電通量
5.3.3 高斯定理
5.4 靜電場環(huán)路定理電勢
5.4.l電場力的功靜電場環(huán)路定理
5.4.2 電勢
5.4.3 電勢疊加原理
5.4.4 等勢面場強與電勢的關系
5.5 靜電場中的導體
5.5.1 導體的靜電平衡條件
5.5.2 導體表面的電荷分布
5.6 電容電容器
5.6.1 孤立導體的電容
5.6.2 電容器及其電容
5.6.3 電容器的串聯、并聯
5.7 電介質
5.7.1 電介質的極化
5.7.2 電極化強度
5.7.3 有電介質時的高斯定理
5.8 靜電場的能量
習題
第6章 恒定磁場
6.1 恒定電流
6.1.1電流密度矢量
6.1.2 恒定電流
6.1.3 歐姆定律的微分形式
6.2 電動勢
6.2.1 電源電動勢
6.2.2 含源電路的歐姆定律
6.3 磁現象與磁場
6.3.l基本磁現象
6.3.2 磁現象的電本質
6.3.3 磁場磁感應強度
6.4 畢奧-薩伐爾定律
6.4.1 畢奧-薩伐爾定律
6.4.2 畢奧-薩伐爾定律應用舉例
6.4.3 運動電荷的磁場
6.5 恒定磁場的性質
6.5.1 磁場的高斯定理
6.5.2 安培環(huán)路定理
6.6 磁場對運動電荷的作用
6.6.1 洛侖茲力
6.6.2 帶電粒子在均勻磁場中的運動
6.6.3 質譜儀
6.6.4 霍爾效應
6.7 磁場對載流導線的作用
6.7.1 安培定律
6.7.2 均勻磁場對載流線圈的作用
6.8 磁介質
6.8.1 磁介質及其磁化
6.8.2 有磁介質時的安培環(huán)路定理
6.8.3 鐵磁質
習題
第7章 電磁感應與麥克斯韋方程組
第8章 振動與波
第9章 光波
第10章 波粒二象性
第11章 原子的量子理論
第12章 專題選讀
附錄
第1章 流體力學
1.1 流體靜力學
流體力學主要研究在各種力的作用下,流體本身的狀態(tài)以及流體和固體壁面、流體和流體之間的相互作用的力學分支。按研究對象的運動方式分為流體靜力學和流體動力學。
流體的運動取決于組成流體的每個分子的運動。由于分子運動的復雜性,不可能求解每個分子的運動,事實上也沒有必要這樣做。從宏觀角度來看,流體是由無數流體元連續(xù)組成的。所謂流體元,指的是這樣的一小塊流體,它的大小與放置在流體中的實物相比較是微不足道的,但比分子的平均自由程卻要大得多;它包含足夠多的分子,能施行統(tǒng)計平均求出宏觀參量,少數分子出入于流體元不會影響穩(wěn)定的平均值。流體分子的物理量(質量、速度、動量和能量)經過統(tǒng)計平均后變成了流體元的質量、速度、壓力和溫度等宏觀物理量;分子質量、動量和能量等輸運過程,經過統(tǒng)計平均后表現為擴散、黏滯性等宏觀性質。將流體看成是連續(xù)的假設稱為連續(xù)介質假設。有了此假設才能把一個微觀問題轉化成宏觀問題,且數學上容易處理。實驗表明在一般情況下這個假設總是成立的。
流體力學在水利工程學、空氣動力學、氣象學、氣體和液體輸運、動物血液循環(huán)和植物液汁輸運等科研技術領域有著廣泛的應用。