内容简介
本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材,是在胡盘新、汤毓骏主编的《普通物理学简明教程》的基础上,参照教育部非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会新制定的《理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求》修订而成的,适合少学时工科学生适用的教材,此书体系与风格继承了程守洙、江之永主编的适合于多学时使用的《普通物理学》(第六版)。 书中涵盖了基本要求中的核心内容,还精选了适量的扩展内容,供不同专业选用。本书在修订过程中继承了原书的特色,体系未作大的变化,尽量做到选材精当,论述严谨,行文简明。修订中对经典物理内容进行了精简和深化,增强现代的观点和信息,对近代物理内容进行了精选和普化,加强学习新知识的基础,并适当介绍现代工程技术的新发展和新动态。本书分为上、下两册,上册包括力学、相对论、电磁学,下册包括热学、振动和波动、波动光学和量子物理。与本书配套的有电子教案、习题分析与解答、学习指导书等辅助资料。本书可作为高等学校理工科非物理类专业的教材,也可供相关专业选用和社会读者阅读。
内页插图
目录
第八章 气体动理论
§8-1 热运动的描述理想气体模型和状态方程
一、状态参量
二、平衡态准静态过程
三、理想气体的状态方程
§8-2 分子热运动和统计规律
一、分子热运动的图像
二、分子热运动的基本特征
三、分布函数和平均值
§8-3 理想气体的压强和温度公式
一、理想气体的微观模型
二、理想气体压强公式的推导
三、温度的本质和统计意义
四、气体分子的方均根速率
§8-4 能量按自由度均分定理理想气体的内能
一、分子的自由度
二、能量按自由度均分定理
三、理想气体的内能
§8-5 麦克斯韦速率分布律
一、分子速率的实验测定
二、速率分布函数
三、麦克斯韦速率分布律
四、分子速率的三个统计值
§8-6 麦克斯韦一玻耳兹曼能量分布律重力场中粒子按高度的分布
一、麦克斯韦一玻耳兹曼能量分布律
二、重力场中粒子按高度的分布
§8-7 分子碰撞和平均自由程
一、分子碰撞的研究
二、平均自由程公式
§8-8 气体的输运现象
一、黏滞现象
二、热传导现象
三、扩散现象
习题
第九章 热力学基础
§9-1 热力学第零定律和第一定律
一、热力学第零定律
二、热力学过程
三、功 热量 内能
四、热力学第一定律
§9-2 热力学第一定律对于理想气体准静态过程的应用
一、等体过程 气体的摩尔定体热容
二、等压过程 气体的摩尔定压热容
三、等温过程
四、绝热过程
五、多方过程
§9-3 循环过程卡诺循环
一、循环过程
二、卡诺循环
§9-4 热力学第二定律
一、热力学第二定律
二、两种表述的等价性
§9-5 可逆过程与不可逆过程 卡诺定理
一、可逆过程与不可逆过程
二、卡诺定理
§9-6 熵熵增加原理
一、熵
二、自由膨胀的不可逆性
三、熵增加原理
四、热力学第二定律的统计意义 玻耳兹曼关系式
§9-7 耗散结构信息熵
一、耗散结构
二、信息熵
习题
第十章 机械振动和电磁振荡
§10-1 谐振动
一、谐振动的特征及其表达式
二、描述谐振动的特征量
三、谐振动的旋转矢量图示法
四、谐振动的能量
§10-2 阻尼振动
§10-3 受迫振动共振
一、受迫振动
二、共振
§10-4 电磁振荡
一、LC电路的振荡
二、力电类比
§10-5 谐振动的合成
一、同一直线上两个同频率的谐振动的合成
二、同一直线上两个不同频率的谐振动的合成拍
三、相互垂直的谐振动的合成
§10-6 振动的分解频谱
§10-7 非线性振动与混沌
习题
第十一章 机械波和电磁波
§11-1 机械波的产生和传播
一、机械波产生的条件
二、横波和纵波
三、波阵面和波射线
四、波长、频率和波速间的关系
§11-2 平面简谐波
一、平面简谐波的波动表达式
二、波动方程
三、波动方程的建立
四、波速
§11-3 波的能量波的强度
一、波的能量
二、波动能量公式的推导
三、波的强度
四、声强级
§11-4 电磁波
一、麦克斯韦的理论预言
二、电磁波的辐射和传播
三、平面电磁波的性质
四、电磁波的能量
§11-5 惠更斯原理波的衍射反射和折射
一、惠更斯原理
二、波的衍射
三、波的反射和折射
§11-6 波的叠加原理波的干涉驻波
一、波的叠加原理
二、波的干涉
三、驻波
四、半波损失
§11-7 多普勒效应
一、机械波的多普勒效应
二、电磁波的多普勒效应
三、冲击波
习题
第十二章 波动光学
§12-1 光源单色光相干光
一、光源
二、单色光
三、相干光
四、相干光的获得方法
§12-2 双缝干涉
一、杨氏双缝实验
二、干涉明暗条纹的位置
三、劳埃德镜实验
§12-3 光程与光程差
一、光程
二、光程差
三、物像之间的等光程性
四、反射光的相位突变和附加光程差
§12-4 薄膜干涉
一、等倾干涉条纹
二、等厚干涉条纹
三、增透膜和高反射膜
……
第十三章 早期量子论和量子力学基础
第十四章 激光和固体的量子理论
习题答案
附录 元素周期表
前言/序言
本书是在程守洙、江之永主编的《普通物理学》(第六版)的基础上,根据新制定的《非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求》改编而成的。本书在保持原书风格、特色、体例的前提下,紧扣《教学基本要求》,进一步删繁就简、突出重点、由浅入深、强化方法、减少篇幅,力求更加易教易学,以适应学时数较少的专业教学的需要。
本书的特点:
(1)本书涵盖了《教学基本要求》中的核心(A类)内容,还精选了适量的重要的扩展(B类)内容,例如非惯性系和惯性力、进动、阻尼振动和受迫振动、相互垂直振动的合成、玻耳兹曼分布、输运现象、电介质的极化、磁介质的磁化、晶体的X射线衍射、光的双折射现象、偏振光干涉和人工双折射、玻尔的氢原子理论等。
(2)在处理经典物理和近代物理的关系上,保证经典物理内容,加强近代物理内容,适当介绍现代工程技术的新发展和新动态,对经典物理内容采取“精简、深化”的方针,增强现代的观点和信息。例如加强了力和运动的关系、黑洞、量子霍耳效应、激光冷却等新内容,对近代物理内容采取“精选、普化”的方针,加强学习新理论和新知识的基础理论,介绍了对称性和守恒定律、耗散结构、信息熵、混沌、非线性光学等。
(3)在突出基本概念,基本规律的阐释时,注意理论联系实际,特别是物理学与工程实际、生活实际以及科学前沿实际,如介绍磁悬浮列车原理、受控热核反应的托克马克装置、DNA双螺旋结构中的静电问题、电磁灶、微波炉、STM的工作原理等,仅在电磁学部分,理论联系科技实际新增加的内容就达10多处。
(4)在编写过程中强调物理学的研究方法,如理想化方法、模型化方法、能量法、类比法等反复使用并加以指导,在阐述物理概念时,注意用辩证唯物主义为指导,对某些概念的建立,给出了科学家的点评,使认识更上一层次。
(5)我们把计算机数值模拟的研究方法引入大学物理理论教学,如讲授混沌的初值敏感性时,就利用Matlab的计算和作图功能,简明地得到结论,用现代化教学手段改进了教学方法。我们还引入了少量用计算机数值求解的例题,可以加深对物理概念的深化。
经典力学导论:从牛顿定律到拉格朗日体系 图书简介 作者: 冯世勋、李志刚 出版社: 科学出版社 出版日期: 2021年10月 装帧: 精装 页数: 680页 --- 本书概述 《经典力学导论:从牛顿定律到拉格朗日体系》是一部全面、深入且逻辑严谨的经典力学教材,专为物理学、工程学以及相关理工科专业的高年级本科生和研究生设计。本书旨在为读者构建起一个坚实而广阔的经典力学理论框架,不仅细致阐述了牛顿力学的基础概念和应用,更系统地引入了分析力学的核心——拉格朗日体系,为后续学习更高级的理论物理(如分析力学、场论、量子力学)打下不可或缺的数学和物理基础。 本书的编写遵循“由浅入深,由具体到抽象”的原则,力求在保持严谨性的同时,兼顾内容的清晰度和可读性。我们相信,真正的理解来源于对基本原理的深刻把握和对复杂问题的有效解决能力。 --- 核心内容与结构解析 本书共分为十二章,系统地涵盖了经典力学的核心内容,主要结构如下: 第一部分:牛顿力学的基石与扩展(第1章 – 第4章) 本部分着重于回顾和深化对牛顿三大定律及其在不同参考系下的应用。我们没有止步于高中和大学普通物理中的基础介绍,而是深入探讨了惯性系与非惯性系下的动力学原理。 第1章 运动学基础与坐标系变换: 详细讨论了质点在直角坐标系、柱坐标系和球坐标系下的运动描述,重点讲解了不同坐标系下的速度和加速度矢量表达,以及科里奥利力、离心力等非惯性系效应的精确数学推导。 第2章 动量、角动量与守恒定律的严格论证: 从牛顿第二定律出发,严格推导出动量定理和角动量定理。本书用专门的篇幅论述了在宏观尺度下,动量和角动量守恒定律的普适性,并结合实例(如碰撞问题、刚体绕定轴转动)展示了这些定律在工程计算中的强大威力。 第3章 功、能与保守力场: 本章深入剖析了功的概念,并清晰界定了保守力与非保守力的区别。势能函数的引入使得力的计算从微分形式转向了更易于处理的梯度形式。重点解析了机械能守恒定律在保守系统中的应用,并探讨了普适势能(如万有引力、简谐振动势阱)的性质。 第4章 刚体运动学与动力学: 刚体被视为理想化的物理实体,本章系统梳理了刚体的平动、转动和绕固定点转动。欧拉角被引入作为描述刚体姿态的关键工具,详细推导了刚体的转动惯量张量,并应用牛顿-欧拉方程分析复杂刚体运动,包括陀螺仪的进动和章动现象。 第二部分:从宏观到微观的过渡——振动、波与引力(第5章 – 第7章) 本部分将理论的适用范围扩展到实际物理系统,重点关注振动学和万有引力在经典理论中的处理方式。 第5章 简谐振动与阻尼振动: 本章对单自由度和多自由度系统的振动进行了详细的数学建模和求解。特别强调了阻尼振动的四种情况(过阻尼、临界阻尼、欠阻尼)的物理意义,以及受迫振动中的“谐振”现象,并引入了复数方法简化计算。 第6章 波动方程与耦合振子系统: 从耦合的单摆问题出发,自然过渡到连续介质的振动模型——波动方程。本书详细推导了一维和三维波动方程,并给出了驻波和行波的解法。对于多自由度离散耦合系统,则采用特征值分析法求解简正模和简正频率。 第7章 万有引力与轨道力学: 以开普勒定律为引子,本书运用牛顿定律推导了开普勒三大定律。深入探讨了中心力场的性质,并运用拉普拉斯-朗之万矢量分析了行星和卫星轨道的精确计算,包括周期轨道、椭圆轨道以及逃逸速度的判定。 第三部分:迈向分析力学——拉格朗日体系的构建(第8章 – 第12章) 这是本书的理论核心,标志着从“矢量驱动”的牛顿力学向“标量驱动”的分析力学的转变。此转变极大地提高了处理约束系统和复杂问题的效率。 第8章 约束和广义坐标: 详细阐述了完整约束、非完整约束的概念。通过引入最小约束方程,定义了广义坐标 $q_i$ 和广义速度 $dot{q}_i$,为后续的变分原理奠定基础。 第9章 达朗贝尔原理与虚功原理: 本章是联系牛顿力学与拉格朗日力学的桥梁。首先,系统阐述了达朗贝尔原理(或称惯性力原理),并将其应用于静力学问题,导出虚功原理,理解其作为变分原理的本质。 第10章 拉格朗日方程的推导与应用: 基于最小作用量原理(哈密顿原理),严格推导出无约束力作用下系统的运动方程——欧拉-拉格朗日方程。随后,引入了包含广义力 $Q_i$ 的非保守系统拉格朗日方程。本书用大量的篇幅展示了拉格朗日力学在处理单摆、滑块在旋转抛物面上的运动等复杂约束问题中的简洁性。 第11章 循环坐标与守恒量: 深刻揭示了拉格朗日体系与守恒定律之间的内在联系。根据拉格朗日方程,当拉格朗日量 $L$ 与某一广义坐标 $q_i$ 无关时,其对应的广义动量 $frac{partial L}{partial dot{q}_i}$ 必然守恒。这为诺特定理(虽未在本册深入展开,但其基础在此建立)做了充分铺垫,帮助读者识别系统中的守恒量。 第12章 变分法基础与微小扰动: 本章作为理论收尾,简要介绍了变分法的基本思想,并将其应用于分析系统的微小振动。通过微扰拉格朗日量,推导出描述系统在平衡点附近微小扰动下的线性化运动方程,这是理解稳定性和复杂动力学行为的关键步骤。 --- 本书特色与读者对象 1. 数学工具的深化应用: 本书在处理几何和动力学问题时,充分利用了张量分析、矢量微积分和微分方程组求解等工具,提升读者的数学物理素养。 2. 理论的连贯性: 严格遵循物理思想的发展脉络,确保从牛顿力学的具体描述到分析力学的抽象描述之间过渡自然,避免知识的割裂感。 3. 精选习题与拓展思考: 每章末尾均附有难度适中的例题解析和具有挑战性的习题,部分习题旨在引导读者思考物理概念的边界和高级理论的雏形。 适用对象: 物理学、应用物理学专业本科高年级学生 工程力学、航空航天、精密仪器等专业学生 准备进入理论物理、计算物理领域深造的研究生 本书旨在培养读者利用物理原理进行建模、分析和解决复杂动力学问题的能力,是构建扎实物理学基础的必备参考书。