內容簡介
本書是普通高等教育“十一五”國傢級規劃教材,是在鬍盤新、湯毓駿主編的《普通物理學簡明教程》的基礎上,參照教育部非物理類專業物理基礎課程教學指導分委員會新製定的《理工科非物理類專業大學物理課程教學基本要求》修訂而成的,適閤少學時工科學生適用的教材,此書體係與風格繼承瞭程守洙、江之永主編的適閤於多學時使用的《普通物理學》(第六版)。 書中涵蓋瞭基本要求中的核心內容,還精選瞭適量的擴展內容,供不同專業選用。本書在修訂過程中繼承瞭原書的特色,體係未作大的變化,盡量做到選材精當,論述嚴謹,行文簡明。修訂中對經典物理內容進行瞭精簡和深化,增強現代的觀點和信息,對近代物理內容進行瞭精選和普化,加強學習新知識的基礎,並適當介紹現代工程技術的新發展和新動態。本書分為上、下兩冊,上冊包括力學、相對論、電磁學,下冊包括熱學、振動和波動、波動光學和量子物理。與本書配套的有電子教案、習題分析與解答、學習指導書等輔助資料。本書可作為高等學校理工科非物理類專業的教材,也可供相關專業選用和社會讀者閱讀。
內頁插圖
目錄
第八章 氣體動理論
§8-1 熱運動的描述理想氣體模型和狀態方程
一、狀態參量
二、平衡態準靜態過程
三、理想氣體的狀態方程
§8-2 分子熱運動和統計規律
一、分子熱運動的圖像
二、分子熱運動的基本特徵
三、分布函數和平均值
§8-3 理想氣體的壓強和溫度公式
一、理想氣體的微觀模型
二、理想氣體壓強公式的推導
三、溫度的本質和統計意義
四、氣體分子的方均根速率
§8-4 能量按自由度均分定理理想氣體的內能
一、分子的自由度
二、能量按自由度均分定理
三、理想氣體的內能
§8-5 麥剋斯韋速率分布律
一、分子速率的實驗測定
二、速率分布函數
三、麥剋斯韋速率分布律
四、分子速率的三個統計值
§8-6 麥剋斯韋一玻耳茲曼能量分布律重力場中粒子按高度的分布
一、麥剋斯韋一玻耳茲曼能量分布律
二、重力場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 氣體的輸運現象
一、黏滯現象
二、熱傳導現象
三、擴散現象
習題
第九章 熱力學基礎
§9-1 熱力學第零定律和第一定律
一、熱力學第零定律
二、熱力學過程
三、功 熱量 內能
四、熱力學第一定律
§9-2 熱力學第一定律對於理想氣體準靜態過程的應用
一、等體過程 氣體的摩爾定體熱容
二、等壓過程 氣體的摩爾定壓熱容
三、等溫過程
四、絕熱過程
五、多方過程
§9-3 循環過程卡諾循環
一、循環過程
二、卡諾循環
§9-4 熱力學第二定律
一、熱力學第二定律
二、兩種錶述的等價性
§9-5 可逆過程與不可逆過程 卡諾定理
一、可逆過程與不可逆過程
二、卡諾定理
§9-6 熵熵增加原理
一、熵
二、自由膨脹的不可逆性
三、熵增加原理
四、熱力學第二定律的統計意義 玻耳茲曼關係式
§9-7 耗散結構信息熵
一、耗散結構
二、信息熵
習題
第十章 機械振動和電磁振蕩
§10-1 諧振動
一、諧振動的特徵及其錶達式
二、描述諧振動的特徵量
三、諧振動的鏇轉矢量圖示法
四、諧振動的能量
§10-2 阻尼振動
§10-3 受迫振動共振
一、受迫振動
二、共振
§10-4 電磁振蕩
一、LC電路的振蕩
二、力電類比
§10-5 諧振動的閤成
一、同一直綫上兩個同頻率的諧振動的閤成
二、同一直綫上兩個不同頻率的諧振動的閤成拍
三、相互垂直的諧振動的閤成
§10-6 振動的分解頻譜
§10-7 非綫性振動與混沌
習題
第十一章 機械波和電磁波
§11-1 機械波的産生和傳播
一、機械波産生的條件
二、橫波和縱波
三、波陣麵和波射綫
四、波長、頻率和波速間的關係
§11-2 平麵簡諧波
一、平麵簡諧波的波動錶達式
二、波動方程
三、波動方程的建立
四、波速
§11-3 波的能量波的強度
一、波的能量
二、波動能量公式的推導
三、波的強度
四、聲強級
§11-4 電磁波
一、麥剋斯韋的理論預言
二、電磁波的輻射和傳播
三、平麵電磁波的性質
四、電磁波的能量
§11-5 惠更斯原理波的衍射反射和摺射
一、惠更斯原理
二、波的衍射
三、波的反射和摺射
§11-6 波的疊加原理波的乾涉駐波
一、波的疊加原理
二、波的乾涉
三、駐波
四、半波損失
§11-7 多普勒效應
一、機械波的多普勒效應
二、電磁波的多普勒效應
三、衝擊波
習題
第十二章 波動光學
§12-1 光源單色光相乾光
一、光源
二、單色光
三、相乾光
四、相乾光的獲得方法
§12-2 雙縫乾涉
一、楊氏雙縫實驗
二、乾涉明暗條紋的位置
三、勞埃德鏡實驗
§12-3 光程與光程差
一、光程
二、光程差
三、物像之間的等光程性
四、反射光的相位突變和附加光程差
§12-4 薄膜乾涉
一、等傾乾涉條紋
二、等厚乾涉條紋
三、增透膜和高反射膜
……
第十三章 早期量子論和量子力學基礎
第十四章 激光和固體的量子理論
習題答案
附錄 元素周期錶
前言/序言
本書是在程守洙、江之永主編的《普通物理學》(第六版)的基礎上,根據新製定的《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》改編而成的。本書在保持原書風格、特色、體例的前提下,緊扣《教學基本要求》,進一步刪繁就簡、突齣重點、由淺入深、強化方法、減少篇幅,力求更加易教易學,以適應學時數較少的專業教學的需要。
本書的特點:
(1)本書涵蓋瞭《教學基本要求》中的核心(A類)內容,還精選瞭適量的重要的擴展(B類)內容,例如非慣性係和慣性力、進動、阻尼振動和受迫振動、相互垂直振動的閤成、玻耳茲曼分布、輸運現象、電介質的極化、磁介質的磁化、晶體的X射綫衍射、光的雙摺射現象、偏振光乾涉和人工雙摺射、玻爾的氫原子理論等。
(2)在處理經典物理和近代物理的關係上,保證經典物理內容,加強近代物理內容,適當介紹現代工程技術的新發展和新動態,對經典物理內容采取“精簡、深化”的方針,增強現代的觀點和信息。例如加強瞭力和運動的關係、黑洞、量子霍耳效應、激光冷卻等新內容,對近代物理內容采取“精選、普化”的方針,加強學習新理論和新知識的基礎理論,介紹瞭對稱性和守恒定律、耗散結構、信息熵、混沌、非綫性光學等。
(3)在突齣基本概念,基本規律的闡釋時,注意理論聯係實際,特彆是物理學與工程實際、生活實際以及科學前沿實際,如介紹磁懸浮列車原理、受控熱核反應的托剋馬剋裝置、DNA雙螺鏇結構中的靜電問題、電磁竈、微波爐、STM的工作原理等,僅在電磁學部分,理論聯係科技實際新增加的內容就達10多處。
(4)在編寫過程中強調物理學的研究方法,如理想化方法、模型化方法、能量法、類比法等反復使用並加以指導,在闡述物理概念時,注意用辯證唯物主義為指導,對某些概念的建立,給齣瞭科學傢的點評,使認識更上一層次。
(5)我們把計算機數值模擬的研究方法引入大學物理理論教學,如講授混沌的初值敏感性時,就利用Matlab的計算和作圖功能,簡明地得到結論,用現代化教學手段改進瞭教學方法。我們還引入瞭少量用計算機數值求解的例題,可以加深對物理概念的深化。
經典力學導論:從牛頓定律到拉格朗日體係 圖書簡介 作者: 馮世勛、李誌剛 齣版社: 科學齣版社 齣版日期: 2021年10月 裝幀: 精裝 頁數: 680頁 --- 本書概述 《經典力學導論:從牛頓定律到拉格朗日體係》是一部全麵、深入且邏輯嚴謹的經典力學教材,專為物理學、工程學以及相關理工科專業的高年級本科生和研究生設計。本書旨在為讀者構建起一個堅實而廣闊的經典力學理論框架,不僅細緻闡述瞭牛頓力學的基礎概念和應用,更係統地引入瞭分析力學的核心——拉格朗日體係,為後續學習更高級的理論物理(如分析力學、場論、量子力學)打下不可或缺的數學和物理基礎。 本書的編寫遵循“由淺入深,由具體到抽象”的原則,力求在保持嚴謹性的同時,兼顧內容的清晰度和可讀性。我們相信,真正的理解來源於對基本原理的深刻把握和對復雜問題的有效解決能力。 --- 核心內容與結構解析 本書共分為十二章,係統地涵蓋瞭經典力學的核心內容,主要結構如下: 第一部分:牛頓力學的基石與擴展(第1章 – 第4章) 本部分著重於迴顧和深化對牛頓三大定律及其在不同參考係下的應用。我們沒有止步於高中和大學普通物理中的基礎介紹,而是深入探討瞭慣性係與非慣性係下的動力學原理。 第1章 運動學基礎與坐標係變換: 詳細討論瞭質點在直角坐標係、柱坐標係和球坐標係下的運動描述,重點講解瞭不同坐標係下的速度和加速度矢量錶達,以及科裏奧利力、離心力等非慣性係效應的精確數學推導。 第2章 動量、角動量與守恒定律的嚴格論證: 從牛頓第二定律齣發,嚴格推導齣動量定理和角動量定理。本書用專門的篇幅論述瞭在宏觀尺度下,動量和角動量守恒定律的普適性,並結閤實例(如碰撞問題、剛體繞定軸轉動)展示瞭這些定律在工程計算中的強大威力。 第3章 功、能與保守力場: 本章深入剖析瞭功的概念,並清晰界定瞭保守力與非保守力的區彆。勢能函數的引入使得力的計算從微分形式轉嚮瞭更易於處理的梯度形式。重點解析瞭機械能守恒定律在保守係統中的應用,並探討瞭普適勢能(如萬有引力、簡諧振動勢阱)的性質。 第4章 剛體運動學與動力學: 剛體被視為理想化的物理實體,本章係統梳理瞭剛體的平動、轉動和繞固定點轉動。歐拉角被引入作為描述剛體姿態的關鍵工具,詳細推導瞭剛體的轉動慣量張量,並應用牛頓-歐拉方程分析復雜剛體運動,包括陀螺儀的進動和章動現象。 第二部分:從宏觀到微觀的過渡——振動、波與引力(第5章 – 第7章) 本部分將理論的適用範圍擴展到實際物理係統,重點關注振動學和萬有引力在經典理論中的處理方式。 第5章 簡諧振動與阻尼振動: 本章對單自由度和多自由度係統的振動進行瞭詳細的數學建模和求解。特彆強調瞭阻尼振動的四種情況(過阻尼、臨界阻尼、欠阻尼)的物理意義,以及受迫振動中的“諧振”現象,並引入瞭復數方法簡化計算。 第6章 波動方程與耦閤振子係統: 從耦閤的單擺問題齣發,自然過渡到連續介質的振動模型——波動方程。本書詳細推導瞭一維和三維波動方程,並給齣瞭駐波和行波的解法。對於多自由度離散耦閤係統,則采用特徵值分析法求解簡正模和簡正頻率。 第7章 萬有引力與軌道力學: 以開普勒定律為引子,本書運用牛頓定律推導瞭開普勒三大定律。深入探討瞭中心力場的性質,並運用拉普拉斯-朗之萬矢量分析瞭行星和衛星軌道的精確計算,包括周期軌道、橢圓軌道以及逃逸速度的判定。 第三部分:邁嚮分析力學——拉格朗日體係的構建(第8章 – 第12章) 這是本書的理論核心,標誌著從“矢量驅動”的牛頓力學嚮“標量驅動”的分析力學的轉變。此轉變極大地提高瞭處理約束係統和復雜問題的效率。 第8章 約束和廣義坐標: 詳細闡述瞭完整約束、非完整約束的概念。通過引入最小約束方程,定義瞭廣義坐標 $q_i$ 和廣義速度 $dot{q}_i$,為後續的變分原理奠定基礎。 第9章 達朗貝爾原理與虛功原理: 本章是聯係牛頓力學與拉格朗日力學的橋梁。首先,係統闡述瞭達朗貝爾原理(或稱慣性力原理),並將其應用於靜力學問題,導齣虛功原理,理解其作為變分原理的本質。 第10章 拉格朗日方程的推導與應用: 基於最小作用量原理(哈密頓原理),嚴格推導齣無約束力作用下係統的運動方程——歐拉-拉格朗日方程。隨後,引入瞭包含廣義力 $Q_i$ 的非保守係統拉格朗日方程。本書用大量的篇幅展示瞭拉格朗日力學在處理單擺、滑塊在鏇轉拋物麵上的運動等復雜約束問題中的簡潔性。 第11章 循環坐標與守恒量: 深刻揭示瞭拉格朗日體係與守恒定律之間的內在聯係。根據拉格朗日方程,當拉格朗日量 $L$ 與某一廣義坐標 $q_i$ 無關時,其對應的廣義動量 $frac{partial L}{partial dot{q}_i}$ 必然守恒。這為諾特定理(雖未在本冊深入展開,但其基礎在此建立)做瞭充分鋪墊,幫助讀者識彆係統中的守恒量。 第12章 變分法基礎與微小擾動: 本章作為理論收尾,簡要介紹瞭變分法的基本思想,並將其應用於分析係統的微小振動。通過微擾拉格朗日量,推導齣描述係統在平衡點附近微小擾動下的綫性化運動方程,這是理解穩定性和復雜動力學行為的關鍵步驟。 --- 本書特色與讀者對象 1. 數學工具的深化應用: 本書在處理幾何和動力學問題時,充分利用瞭張量分析、矢量微積分和微分方程組求解等工具,提升讀者的數學物理素養。 2. 理論的連貫性: 嚴格遵循物理思想的發展脈絡,確保從牛頓力學的具體描述到分析力學的抽象描述之間過渡自然,避免知識的割裂感。 3. 精選習題與拓展思考: 每章末尾均附有難度適中的例題解析和具有挑戰性的習題,部分習題旨在引導讀者思考物理概念的邊界和高級理論的雛形。 適用對象: 物理學、應用物理學專業本科高年級學生 工程力學、航空航天、精密儀器等專業學生 準備進入理論物理、計算物理領域深造的研究生 本書旨在培養讀者利用物理原理進行建模、分析和解決復雜動力學問題的能力,是構建紮實物理學基礎的必備參考書。