《大學(xué)物理學(xué)簡程》內(nèi)容共分5篇。力學(xué)篇講述經(jīng)典的質(zhì)點力學(xué)、理想流體的運動、剛體的轉(zhuǎn)動和狹義相對論基礎(chǔ)知識。電磁學(xué)篇按傳統(tǒng)體系講述了電場、磁場、電磁感應(yīng)和電磁波的基本概念和規(guī)律。熱學(xué)篇講述氣體動理論和熱力學(xué)定理,用統(tǒng)計概念說明溫度、氣體的壓強以及麥克斯韋分布率。波動與光學(xué)篇介紹了振動與波的基本特征和光的干涉、衍射、偏振和幾何光學(xué)的基本規(guī)律。量子物理基礎(chǔ)篇介紹了波粒二象性、概率波、不確定關(guān)系和能量量子化等基本概念以及原子和固體中電子的狀態(tài)和分布的規(guī)律,其后介紹核物理的基本知識。最后淺顯地介紹了基本粒子和宇宙爆炸的基本知識。
本書內(nèi)容涵蓋了大學(xué)非物理專業(yè)物理學(xué)教學(xué)的基本要求,可作為高等院校物理課程的教材,也可作為中學(xué)物理教師或其他讀者的自學(xué)參考書。
本書是根據(jù)當(dāng)前我國大學(xué)教育的情勢和物理課程的需要,基于拙作《大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)》(第2版)而進行編寫的,刪減了一些講解繁難的章節(jié)(如鐵磁體、實際氣體等溫線)、公式推導(dǎo)(如單縫衍射、質(zhì)速關(guān)系)和例題,簡化了一些概念原理的講解(如電勢、介電質(zhì)和愛因斯坦兩個基本假設(shè)),增加了一些基礎(chǔ)性的習(xí)題。在延續(xù)了《大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)》(第2版)的基本體系、講述風(fēng)格和特色的同時,本書篇幅更加精練,對難度進行了適當(dāng)調(diào)整,使之更適合中等學(xué)時大學(xué)物理學(xué)的教學(xué)。
力學(xué)篇完全按傳統(tǒng)體系講述。以牛頓定律為基礎(chǔ)和出發(fā)點,引入動量、角動量和能量概念,導(dǎo)出動量、角動量和機械能等的守恒定律,最后將它們都推廣到普遍的形式。守恒定律在物理思想和方法上講固然是重要的,但在解決實際問題時經(jīng)典的動力學(xué)概念與規(guī)律也常是不可或缺的。本書對后者也作了較詳細(xì)的講解。力學(xué)篇還強調(diào)了參考系的概念,說明了守恒定律的意義,并注意到物理概念和理論的衍生和發(fā)展。
電磁學(xué)篇以庫侖定律、畢奧-薩伐爾定律和法拉第定律為基礎(chǔ)展開,直至麥克斯韋方程組。在分析方法上,本篇強調(diào)了對稱性的分析,如在求電場和磁場的分布時,都應(yīng)用了空間對稱性的概念。
熱學(xué)篇除了對系統(tǒng)--特別是氣體--的宏觀性質(zhì)及其變化規(guī)律作了清晰的介紹外,大大加強了在分子理論基礎(chǔ)上的統(tǒng)計概念和規(guī)律的講解。除了在溫度和氣體動理論中著重介紹了統(tǒng)計規(guī)律外,在其他各章對功、熱的實質(zhì)、熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律以及熵的微觀意義和宏觀表示式等都結(jié)合統(tǒng)計概念作了許多獨特而清晰的講解。
波動與光學(xué)篇主要著眼于清晰地講解波、光的干涉和衍射的基本現(xiàn)象和規(guī)律,最后,根據(jù)光電波動性在特定條件下的近似特征--直接傳播,講述了幾何光學(xué)的基本定律及反射鏡和透鏡的成像原理。
量子物理基礎(chǔ)篇的重點放在最基本的量子力學(xué)概念方面,如波粒二象性、不確定關(guān)系等,至于薛定諤方程及其應(yīng)用、原子中電子運動的規(guī)律、固體物理等只作了簡要的陳述。基本粒子和宇宙學(xué)的基本知識屬于教學(xué)要求中的擴展內(nèi)容,也簡單加以介紹。
大學(xué)物理課程是大學(xué)階段一門重要的基礎(chǔ)課,它將在高中物理的基礎(chǔ)上進一步提高學(xué)生的現(xiàn)代科學(xué)素質(zhì)。為此,物理課程應(yīng)提供內(nèi)容更廣泛、更深入的系統(tǒng)的現(xiàn)代物理學(xué)知識,并在介紹這些知識的同時進一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想、方法和態(tài)度,激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力。
根據(jù)上述對大學(xué)物理課程任務(wù)的理解,本書在高中物理的基礎(chǔ)上系統(tǒng)而又嚴(yán)謹(jǐn)?shù)刂v述了基本的物理原理。書中具體內(nèi)容主要是經(jīng)典物理基本知識,但同時也包含了許多現(xiàn)代物理,乃至一些物理學(xué)前沿的理論和實驗以及它們在現(xiàn)代技術(shù)中應(yīng)用的知識。
本書選編了大量聯(lián)系實際的例題和習(xí)題,從光盤到打印機,從跳水到蹦極,從火箭到對撞機,從人造衛(wèi)星到行星、星云等都有涉及。其中還特別注意選用了我國古老文明與現(xiàn)代科技的資料,如王充論力,蘇東坡的回文詩,神舟飛船的升空,熱核反應(yīng)的實驗等。對這些例題和習(xí)題的分析與求解能使學(xué)生更實在又深刻地理解物理概念和規(guī)律,了解物理基礎(chǔ)知識的重要的實際意義,同時也有助于培養(yǎng)學(xué)生聯(lián)系實際的學(xué)風(fēng),增強民族自信心。
本書內(nèi)容涵蓋了大學(xué)物理學(xué)教學(xué)的基本要求。為了幫助學(xué)生掌握各篇內(nèi)容,每篇開始都綜述了該篇內(nèi)容,每章末都總結(jié)了各章提要。在習(xí)題的選編上分了3個層次: 自測簡題、思考題和習(xí)題。其中自測簡題主要考查學(xué)生對基本原理和概念的理解,答案可經(jīng)過簡單直接計算獲得,或需要對原理論敘述的正確性分析后得出。
本書還簡述了若干位科學(xué)家的生平、品德與貢獻,用以提高學(xué)生素養(yǎng),鼓勵成才。書末附有物理學(xué)常用數(shù)據(jù)的最新公認(rèn)取值的“數(shù)值表”,便于學(xué)生查閱和應(yīng)用。
本書的編寫是作者在耄耋之年腦病康復(fù)期間著筆的,錯誤缺點必然不少,請各位老師、同學(xué)批評指正。
張三慧2009年10月于清華園
第1篇力學(xué)
第1章質(zhì)點運動學(xué)
1.1參考系
1.2質(zhì)點的位矢、位移和速度
1.3加速度
1.4勻加速運動
1.5拋體運動
1.6圓周運動
1.7相對運動
提要
自測簡題
思考題
習(xí)題
第2章牛頓運動定律
2.1牛頓三定律
2.2常見的幾種力
2.3應(yīng)用牛頓定律解題
2.4流體的穩(wěn)定流動
2.5伯努利方程
提要
自測簡題
思考題
習(xí)題
第3章動量與角動量
3.1沖量與動量定理
3.2動量守恒定律
3.3火箭飛行原理
3.4質(zhì)心
3.5質(zhì)心運動定理
3.6質(zhì)點的角動量和角動量定理
3.7角動量守恒定律
提要
自測簡題
思考題
習(xí)題
第4章功和能
4.1功
4.2動能定理
4.3勢能
4.4引力勢能
4.5由勢能求保守力
4.6機械能守恒定律
4.7碰撞
提要
自測簡題
思考題
習(xí)題
第5章剛體的定軸轉(zhuǎn)動
5.1剛體轉(zhuǎn)動的描述
5.2轉(zhuǎn)動定律
5.3轉(zhuǎn)動慣量的計算
5.4剛體的角動量和角動量守恒
5.5轉(zhuǎn)動中的功和能
提要
自測簡題
思考題
習(xí)題
第6章相對論
……
第2篇電磁學(xué)
第7章靜電場
第8章電勢
第9章電容器和介電質(zhì)
第10章電流和磁場
第11章磁力
第12章物質(zhì)的磁性
第13章電磁感應(yīng)和電磁波
數(shù)值表
自測簡題答案
習(xí)題答案
索引