大学物理

本套书为“十三五”国家重点出版物出版规划项目（世界名校名家基础教育系列），是以教育部高等学校物理基础课程教学指导分委会于2010年颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》的基本精神为依据而编写的，其中不仅吸收了国内外同类教材的优点，而且还融入了作者在多年教学经历中所积累的成功经验。全套书分上、下两册，本书为上册，内容包括质点运动学、牛顿运动定律、功和能、动量与角动量、刚体的转动、静电场、稳恒磁场、变化的电磁场等内容。全书适合96～128学时教学，可供高等学校理工科各专业学生使用。

李元成，中国石油大学（华东）教授，博士生导师，大学物理精品课程负责人。

钟寿仙，中国石油大学（北京）教授，物理研究所所长，著有《大学物理解题方法》等著作多部。

张静，长江大学副教授，博士，从事大学物理教学工作，具有丰富的教学经验。

前言
第一篇力学1
第1章质点运动学2
引言2
1.1质点参考系坐标系3
1.1.1质点3
1.1.2参考系和坐标系3
1.2描述质点运动的物理量4
1.2.1位置矢量和运动方程4
1.2.2位移与路程5
1.2.3速度6
1.2.4加速度7
1.3曲线运动12
1.3.1抛体运动12
1.3.2圆周运动14
1.3.3一般平面曲线运动18
1.4相对运动18
本章提要21
思考题121
基础训练习题122
综合能力和知识拓展与应用训练题25
阅读材料—北斗卫星导航系统和质点运动学26
第2章牛顿运动定律28
引言28
2.1牛顿运动定律29
2.1.1牛顿第一定律29
2.1.2牛顿第二定律30
2.1.3牛顿第三定律31
2.1.4牛顿运动定律的适用范围31
2.2相互作用力31
2.2.1基本的自然力31
2.2.2力学中常见的几种力33
2.3牛顿运动定律的应用35
2.4惯性系和非惯性系39
2.4.1惯性系与非惯性系39
2.4.2非惯性系中的力学规律40
2.5伽利略变换力学的相对性原理43
2.5.1伽利略变换43
2.5.2力学的相对性原理44
2.5.3经典力学的时空观45
本章提要46
思考题246
基础训练习题247
综合能力和知识拓展与应用训练题48
阅读材料—傅科摆51
第3章功和能53
引言53
3.1功和功率54
3.1.1功54
3.1.2功率57
3.2动能动能定理57
3.2.1动能57
3.2.2质点的动能定理57
3.2.3质点系的动能定理58
3.3保守力与非保守力势能60
3.3.1保守力与非保守力60
3.3.2势能61
3.3.3保守力和势能梯度63
3.3.4势能曲线64
3.4功能原理机械能守恒定律64
3.4.1功能原理64
3.4.2机械能守恒定律65
3.4.3能量守恒定律65
本章提要68
思考题368
基础训练习题369
综合能力和知识拓展与应用训练题71
阅读材料72
第4章动量和角动量74
引言74
4.1动量动量定理75
4.1.1动量75
4.1.2质点的动量定理75
4.1.3质点系的动量定理76
4.2动量守恒定律78
4.3质心质心运动定理82
4.3.1质心82
4.3.2质心运动定理83
4.4火箭飞行原理84
4.5角动量角动量定理86
4.5.1角动量86
4.5.2力矩87
4.5.3质点的角动量定理88
4.5.4质点系的角动量定理89
4.6角动量守恒定律90
4.6.1质点的角动量守恒定律90
4.6.2质点系的角动量守恒定律92
4.7碰撞94
4.7.1正碰95
4.7.2斜碰97
4.8对称性原理与守恒定律99
4.8.1对称性与守恒定律99
4.8.2时空对称性与三大守恒定律101
本章提要103
思考题4103
基础训练习题4104
综合能力和知识拓展与应用训练题108
阅读材料—动量传递概述109
第5章刚体力学基础110
引言110
5.1刚体运动学111
5.1.1刚体的平动和转动111
5.1.2刚体定轴转动的角量描述112
5.2刚体定轴转动定律114
5.2.1力矩114
5.2.2刚体定轴转动定律116
5.2.3转动惯量119
5.3刚体定轴转动中的功和能123
5.3.1力矩的功123
5.3.2刚体定轴转动的动能及动能定理124
5.3.3刚体的重力势能125
5.4刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒
定律127
5.4.1刚体定轴转动的角动量127
5.4.2刚体定轴转动的角动量定理128
5.4.3刚体定轴转动的角动量守恒定律128
5.5进动131
本章提要133
思考题5133
基础训练习题5134
综合能力和知识拓展与应用训练题138
阅读材料—岁差和章动139
第二篇电磁学141
第6章静电场142
引言142
6.1库仑定律143
6.1.1电荷143
6.1.2库仑定律145
6.1.3静电力的叠加原理146
6.2电场电场强度148
6.2.1电场148
6.2.2电场强度电场强度的叠加原理149
6.2.3电场强度的计算151
6.2.4电荷在电场中所受的力155
6.3高斯定理156
6.3.1电场线156
6.3.2电通量157
6.3.3高斯定理158
6.3.4高斯定理的应用161
6.4静电场的环路定理电势165
6.4.1静电场的环路定理165
6.4.2电势能167
6.4.3电势电势差167
6.4.4电势的计算169
6.5等势面电场强度与电势的微分关系173
6.5.1等势面173
6.5.2电场强度与电势的微分关系174
6.6静电场中的导体177
6.6.1导体的静电平衡条件177
6.6.2静电平衡时导体上的电荷分布179
6.6.3静电屏蔽183
6.7静电场中的电介质185
6.7.1电介质的极化185
6.7.2有介质时的高斯定理188
6.8电容和电容器192
6.8.1孤立导体的电容192
6.8.2电容器的电容193
6.8.3电容器电容的计算195
6.8.4电容器的串联和并联199
6.9静电场的能量200
本章提要203
思考题6204
基础训练习题6206
综合能力和知识拓展与应用训练题211
阅读材料—石油行业防静电措施213
第7章稳恒磁场215
引言215
7.1稳恒电流电流密度216
7.1.1稳恒电流216
7.1.2电流密度216
7.2磁场磁感应强度217
7.2.1磁的基本现象217
7.2.2磁场和磁感应强度218
7.3毕奥—萨伐尔定律219
7.3.1毕奥—萨伐尔定律219
7.3.2毕奥—萨伐尔定律的应用220
7.3.3运动电荷的磁场223
7.4磁感应线磁通量磁场的高斯定理224
7.4.1磁感应线磁通量224
7.4.2磁场的高斯定理225
7.5安培环路定理226
7.5.1安培环路定理226
7.5.2安培环路定理的应用227
7.6洛伦兹力230
7.6.1洛伦兹力230
7.6.2带电粒子在磁场中的运动230
7.6.3霍尔效应232
7.7安培力234
7.7.1安培力234
7.7.2载流线圈在磁场中所受的磁力矩236
7.8磁场中的磁介质237
7.8.1磁介质237
7.8.2磁介质的磁化238
7.8.3磁介质中的安培环路定理241
7.8.4铁磁质242
本章提要244
思考题7245
基础训练习题7246
综合能力和知识拓展与应用训练题248
阅读材料—核磁共振成像249
第8章变化的电磁场251
引言251
8.1电磁感应的基本规律253
8.1.1电磁感应现象253
8.1.2电动势255
8.1.3法拉第电磁感应定律256
8.1.4楞次定律261
8.2动生电动势262
8.2.1动生电动势的产生262
8.2.2洛伦兹力的做功263
8.2.3动生电动势的计算264
8.3感生电动势266
8.3.1感生电动势的产生266
8.3.2感生电场与静电场267
8.3.3感生电动势的计算268
8.3.4电子感应加速器270
8.3.5涡电流271
8.4自感和互感272
8.4.1自感272
8.4.2互感275
8.5磁场的能量277
8.6位移电流280
8.7麦克斯韦方程组283
8.8电磁场的能量285
本章提要286
思考题8287
基础训练习题8288
综合能力和知识拓展与应用训练题293
阅读材料—电磁感应法勘探295
专题选讲：流体力学297
附录
附录A常用基本物理量301
附录B国际单位制301
附录C希腊字母303
附录D物理量及其单位的名称和符号303
参考文献307