《普通物理教程》(上、下册)是根据教育部新修订的“高等学校理工科非物理类专业大学物理课程基本要求”和国内工科物理教材改革动态,并结合编者多年从事工科物理教学的经验编写而成的。其中上册为力学篇和电磁学篇,下册为热学篇,振动与波动篇,波动光学篇,量子物理基础篇及专题选讲篇,全书共计7篇15章内容。每章由教学基本内容、例题、章节要点、习题四部分组成,书后附有习题答案。本书可作为高等学校非物理专业学生物理课程的基础教材,也可作为高校物理教师、学生和相关技术人员的参考书。
物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式及其相互作用和转化规律的科学。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域,广泛应用于生产技术,是自然科学和工程技术的基础。大学物理课程是高等学校理工科各专业学生一门重要的必修基础课。它是为提高学生的现代科学素质服务的,在培养学生科学的自然观、宇宙观和辩证唯物主义世界观,培养学生的探索、创新精神,培养学生的科学思维能力、掌握科学方法等方面,都具有其他课程不可替代的重要作用。
本书在内容上遵循教育部最新修订的“高等学校理工科非物理类专业大学物理课程基本要求”,在编写中力求使读者掌握物理学的基本概念和规律,建立较完整的物理思想,同时渗透人文社会科学知识,让读者活用所学知识,加强应用能力,实现知识、能力与素质协调发展。全书共分7篇:力学、电磁学、热学、振动与波动、波动光学、量子物理基础及专题选讲,分上、下两册出版。为了帮助学生掌握各篇内容的体系结构与脉络,每章均编有章节重点并附有部分习题。书中最后附有物理学常用数据、常用数学公式以及习题答案,以方便学生查阅和使用。书中还选有少量的阅读材料以开阔学生视野,拓展知识面,激发学生的学习兴趣,并启迪学生的创造性。全书讲授约需120学时。
本书由魏京花、黄伟、余丽芳、苏欣纺、聂传辉、王俊平、马黎君、宫瑞婷和陈蕾9位教师共同编写完成。全书分为7篇15章,其中第1章、第9章和第10章由魏京花编写,第2章由王俊平编写,第3章由马黎君编写,第4章由黄伟编写,第5章、第6章由苏欣纺编写,第7章由聂传辉编写, 第8章、第11~13章由余丽芳编写,第14章、第15章由陈蕾编写,专题选讲部分由宫瑞婷编写,全书由魏京花负责统稿,黄伟教授主审并定稿。
本教材第1版于2012年9月出版,经过北京建筑大学和部分院校使用3年,基本体现了编者的初衷:难度合适、深入浅出、篇幅不大、易教易学。根据使用者反映的情况和编者在这几年使用本书授课的经验,保留原有教材框架,对原书的部分内容进行了增补修订,调整了部分习题,出版了第2版。
本书在编写过程中参考了近年来出版的部分优秀大学物理教材(见参考文献),同时得到北京市优秀教学团队——北京建筑大学大学物理教学团队全体教师的大力支持和帮助,在此一并表示衷心感谢。
由于编者水平有限,修订后书中仍不免存在错误和疏漏,恳请使用本教材的读者随时提出批评指正。
编者2015年9月
第1篇力学
第1章质点运动学3
1.1位置矢量和位移3
1.1.1参考系与坐标系3
1.1.2位置矢量(即运动方程)4
1.1.3位移矢量5
1.2速度与加速度6
1.2.1速度6
1.2.2加速度7
1.3直线运动9
1.4平面曲线运动11
1.4.1抛体运动11
1.4.2圆周运动12
1.5相对运动16
阅读材料1物理学方法简述17
本章要点19
习题120
第2章质点动力学24
2.1牛顿运动定律24
2.1.1牛顿第一运动定律24
2.1.2牛顿第二运动定律24
2.1.3牛顿第三运动定律25
2.2几种常见的力26
2.3牛顿运动定律的应用28
2.4动量动量守恒定律31
2.4.1质点的冲量及动量定理31
2.4.2质点系的动量定理32
2.4.3动量守恒定律及其意义34
2.5角动量定理角动量守恒定律37
2.5.1质点的角动量定理37
2.5.2质点系的角动量定理39
2.5.3角动量守恒定律40
2.6动能动能定理41
2.6.1功41
2.6.2功率43
2.6.3质点的动能定理43
2.6.4质点组的动能定理44
2.7保守力势能46
2.7.1保守力及保守力的功46
2.7.2势能48
2.8功能原理机械能转化和守恒定律49
2.8.1功能原理49
2.8.2机械能转化和守恒定律50
2.8.3能量转化和能量守恒定律50
阅读材料2火箭与宇宙速度52
本章要点56
习题257
第3章刚体的定轴转动62
3.1刚体定轴转动的运动学62
3.2刚体定轴转动的动力学64
3.2.1刚体定轴转动的转动定律64
3.2.2刚体定轴转动的动能定理70
3.2.3刚体定轴转动的角动量守恒定律72
阅读材料3行星与人造地球卫星75
本章要点78
习题379
第4章狭义相对论81
4.1伽利略变换经典力学的时空观81
4.1.1伽利略相对性原理伽利略变换81
4.1.2经典力学的时空观82
4.2狭义相对论基本原理洛伦兹变换83
4.2.1伽利略变换的失效83
4.2.2狭义相对论的基本原理83
4.2.3洛伦兹变换84
4.2.4洛伦兹速度变换85
4.3狭义相对论时空观86
4.3.1同时性的相对性86
4.3.2时间膨胀87
4.3.3长度收缩89
4.3.4狭义相对论时空观90
4.4狭义相对论动力学基础91
4.4.1相对论质量91
4.4.2相对论动量91
4.4.3相对论动能92
4.4.4相对论能量质能关系93
4.4.5相对论的动量和能量关系93
阅读材料4广义相对论简介94
本章要点97
习题498
第2篇电磁场
第5章静电场103
5.1电现象的基本概念103
5.2库仑定律电场强度104
5.2.1库仑定律104
5.2.2电场 105
5.2.3电场强度105
5.2.4电场强度的计算106
5.3电场强度通量高斯定理111
5.3.1电场线111
5.3.2电场强度通量112
5.3.3高斯定理113
5.4静电场的环路定理电势能 119
5.5电势等势面121
5.5.1电势电势差121
5.5.2电势的计算121
5.5.3等势面125
5.5.4电场强度与电势梯度126
本章要点128
习题5130
第6章静电场中的导体和电介质139
6.1静电场中的导体139
6.1.1导体的静电平衡139
6.1.2静电平衡时导体上的电荷分布140
6.1.3静电屏蔽142
6.2静电场中的电介质有电介质时的高斯定理147
6.2.1电介质的分类147
6.2.2电介质的极化147
6.2.3电介质对电场的影响148
6.2.4电介质中的高斯定理149
6.3电容电容器 151
6.3.1孤立导体的电容151
6.3.2电容器的电容151
6.3.3电容的计算152
6.3.4电容的串、并联156
6.4静电场的能量158
6.4.1电容器的电能158
6.4.2静电场的能量能量密度159
阅读材料5等电势与高压带电作业160
阅读材料6心脏除颤器161
本章要点161
习题6162
第7章稳恒磁场169
7.1磁场磁感应强度169
7.1.1磁场169
7.1.2磁感应强度170
7.2毕奥萨伐尔定律171
7.2.1磁场叠加原理171
7.2.2毕奥萨伐尔定律171
7.2.3毕奥萨伐尔定律应用举例172
7.3磁场的高斯定理175
7.3.1磁感应线175
7.3.2磁通量磁场的高斯定理176
7.4安培环路定理177
7.4.1安培环路定理177
7.4.2安培环路定理的应用举例178
7.5磁场对运动电荷的作用180
7.5.1洛伦兹力带电粒子在磁场中的运动180
7.5.2带电粒子在磁场和电场中运动举例182
7.6磁场对载流导线的作用184
7.6.1安培定律184
7.6.2两平行长直电流之间的相互作用电流单位“安培”的定义186
7.6.3均匀磁场对载流线圈的作用187
7.7介质中的磁场188
7.7.1磁介质的分类188
7.7.2磁介质中的安培环路定理190
7.7.3铁磁质191
本章要点194
习题7196
第8章电磁感应电磁场202
8.1电磁感应现象楞次定律202
8.1.1电磁感应现象202
8.1.2楞次定律203
8.2电动势法拉第电磁感应定律204
8.2.1电源的电动势204
8.2.2法拉第电磁感应定律 205
8.2.3感应电动势的方向205
8.3动生电动势感生电动势207
8.3.1动生电动势207
8.3.2感生电动势208
8.4自感和互感210
8.4.1自感210
8.4.2互感212
8.5磁场的能量213
8.6位移电流麦克斯韦方程组215
8.6.1位移电流215
8.6.2麦克斯韦方程组的积分形式217
阅读材料7电磁感应定律在生活中的实际应用218
本章要点220
习题8221
附录227
附录A量纲227
附录B国际单位制(SI)的基本单位和辅助单位228
附录C希腊字母228
附录D物理量的名称、符号和单位(SI)229
附录E基本物理常数表(2006年国际推荐值)232
附录F常用数学公式232
习题答案235
索引243
参考文献250