大学物理 上册

本书参照教育部现行的《理工科类大学物理课程教学基本要求》，根据当前各高校大学物理课程的教学需求编写而成，涵盖了该教学基本要求的A类内容，并择要介绍了一些B类扩展性内容。本书的主要特点是：在体系结构上，设有“章前问题”“学习要点”“思维拓展”“思考题”“章前问题解答”以及突出“课程思政”特点的“章后感悟”“科学家轶事”“应用拓展”等模块；在内容安排上，将物理知识与生产、生活和科技发展紧密联系；在内容结构上，突出了新形态教材的特点，即传统教材与网络教育的有机结合；在叙述上，力求开门见山、直击主题、深入浅出，并努力做到简明易懂，通顺流畅。本书主要内容为经典力学、狭义相对论和电磁学，共9章。本书为全日制普通高等学校理工科类大学物理教材(120～150学时)，也可作为成人教育、网络教育、高等教育自学考试的教材或参考书。

第0章绪论1
章前问题1
学习要点1
0.1物理学1
0.2物理学的重要性2
0.2.1物理学是一切自然科学和
技术科学的基础2
0.2.2物理学是现代技术革命的先导3
0.2.3物理学是现代物质文明的基础4
0.3如何学习物理学5
第1章质点运动学6
章前问题6
学习要点6
1.1参考系坐标系7
1.2描述质点运动的物理量8
1.2.1位矢8
1.2.2位移10
1.2.3速度11
1.2.4加速度15
1.3直线运动19
1.4抛体运动22
1.5圆周运动24
1.5.1自然坐标系变速圆周运动24
1.5.2圆周运动的角量描述28
章后感悟30
习题130
科学家轶事伽利略——不畏强权，坚信科学32
应用拓展我国的高速铁路33
第2章牛顿运动定律34
章前问题34
学习要点34
2.1牛顿运动定律的内容34
2.1.1牛顿第一定律34
2.1.2牛顿第二定律36
2.1.3牛顿第三定律38
2.2力学中常见的力39
2.2.1万有引力重力39
2.2.2弹性力41
2.2.3摩擦力43
2.3牛顿运动定律应用示例44
2.4非惯性参考系惯性力50
2.4.1加速平动参考系中的惯性力50
2.4.2转动参考系中的惯性力51
2.5宇宙速度53
2.5.1第一宇宙速度53
2.5.2第二宇宙速度54
2.5.3第三宇宙速度55
章后感悟55
习题255
科学家轶事牛顿——不怕失败，勤奋专研57
应用拓展大国崛起，重器先行58
第3章力学中的守恒定律60
章前问题60
学习要点60
3.1功动能定理61
3.1.1功功率61
3.1.2质点的动能定理63
3.1.3系统的动能定理64
3.2保守力系统的势能67
3.2.1保守力做功的特点67
3.2.2势能69
3.2.3由势能求保守力71
3.3机械能守恒定律能量守恒定律72
3.3.1功能原理72
3.3.2机械能守恒定律73
3.3.3能量守恒定律76
3.4动量与冲量质点的动量定理77
3.5系统的动量定理动量守恒定律80
3.5.1系统的动量定理80
3.5.2系统的动量守恒定律81
3.5.3火箭的飞行原理83
3.6质心质心运动定理84
3.6.1质心84
3.6.2质心运动定理86
3.7碰撞88
3.7.1弹性碰撞88
3.7.2接近非弹性碰撞89
3.8角动量力矩质点的角动量守恒定律91
3.8.1质点的角动量91
3.8.2力矩91
3.8.3质点的角动量定理92
3.8.4质点的角动量守恒定律93
3.9系统的角动量守恒定律94
章后感悟96
习题396
科学家轶事钱学森——满腔热血，一心为国101
应用拓展记住这些高光时刻102
第4章刚体与流体104
章前问题104
学习要点104
4.1刚体的基本运动形式105
4.1.1刚体的平动105
4.1.2刚体的定轴转动106
4.2刚体定轴转动的转动动能转动惯量109
4.2.1刚体定轴转动的转动动能109
4.2.2刚体的转动惯量109
4.3力矩的功 刚体定轴转动的动能定理112
4.3.1力矩112
4.3.2力矩的功113
4.3.3刚体定轴转动的动能定理114
4.4刚体定轴转动定律117
4.5刚体定轴转动的角动量定理角动量
守恒定律121
4.5.1角动量冲量矩角动量定理121
4.5.2角动量守恒定律122
4.6刚体的进动124
4.7理想流体力学简介125
4.7.1静止流体的压强125
4.7.2理想流体的连续性方程127
4.7.3理想流体的伯努利方程128
章后感悟130
习题4130
科学家轶事钱伟长——“我没有专业，祖国的需要就是我的专业”134
应用拓展我国的北斗卫星导航系统135
第5章狭义相对论136
章前问题136
学习要点136
5.1经典力学的相对性原理伽利略变换137
5.2狭义相对论的基本原理洛伦兹变换139
5.2.1狭义相对论的基本原理139
5.2.2洛伦兹变换140
5.2.3洛伦兹速度变换公式142
5.3相对论的时空观143
5.3.1同时的相对性143
5.3.2长度收缩145
5.3.3时间延缓147
5.4狭义相对论的动力学基础149
5.4.1质量与速率的关系149
5.4.2质量与能量的关系150
5.4.3能量与动量的关系153
章后感悟153
习题5154
科学家轶事钱三强——和平年代的英雄154
应用拓展我国的核能发展155
第6章静电场157
章前问题157
学习要点157
6.1电荷库仑定律158
6.1.1电荷电荷守恒定律158
6.1.2库仑定律静电力叠加原理159
6.2电场电场强度162
6.2.1电场162
6.2.2电场强度电场强度叠加原理162
6.3电场强度和电场力的计算164
6.3.1点电荷电场中的电场强度164
6.3.2点电荷系电场中的电场强度164
6.3.3连续分布电荷的电场强度165
6.4电通量真空中的高斯定理172
6.4.1电场线172
6.4.2电通量173
6.4.3高斯定理及其应用174
6.5静电场的环路定理电势178
6.5.1静电力的功178
6.5.2静电场的环路定理179
6.5.3电势能180
6.5.4电势电势差181
6.5.5电势的计算182
6.6等势面电场强度与电势的关系184
6.6.1等势面184
6.6.2电场强度与电势的关系185
6.7静电场中的金属导体187
6.7.1金属导体的电结构187
6.7.2导体的静电平衡条件187
6.7.3静电平衡时导体上的电荷分布189
6.7.4静电屏蔽190
6.8静电场中的电介质193
6.8.1电介质的电结构193
6.8.2电介质在外电场中的极化现象194
6.8.3电极化强度194
6.8.4有电介质时的静电场195
6.8.5有电介质时的高斯定理电位移矢量196
6.8.6有电介质时静电场高斯定理的应用198
6.9电容电容器200
6.9.1孤立导体的电容200
6.9.2电容器的电容201
6.9.3电容器的串联和并联205
6.10电场的能量207
6.10.1点电荷系的电能207
6.10.2电容器的能量208
章后感悟210
习题6210
科学家轶事居里夫人——世界在变，但我始终如一214
应用拓展柔性超级电容器214
第7章稳恒磁场216
章前问题216
学习要点216
7.1电流电流密度矢量电动势216
7.1.1电流216
7.1.2电流密度矢量217
7.1.3电流的连续性方程稳恒电场218
7.1.4欧姆定律219
7.1.5焦耳定律219
7.1.6电源电动势220
7.2磁场磁感应强度222
7.2.1磁的基本现象222
7.2.2磁场223
7.2.3磁感应强度224
7.3电流和运动电荷的磁场225
7.3.1毕奥-萨伐尔定律及其应用225
7.3.2运动电荷的磁场230
7.4磁感应线真空中磁场的高斯定理231
7.4.1磁感应线231
7.4.2磁通量真空中磁场的高斯定理232
7.5安培环路定理及其应用233
7.6磁场对载流导线的作用安培定律238
7.6.1安培定律238
7.6.2均匀磁场中载流线圈所受的力矩240
7.7带电粒子在电场和磁场中的运动243
7.7.1磁场对运动电荷的作用力——洛伦兹力243
7.7.2带电粒子在电场和磁场中的运动246
7.8磁场中的磁介质250
7.8.1磁介质在外磁场中的磁化现象250
7.8.2抗磁质和顺磁质的磁化机理251
7.8.3磁化强度252
7.8.4磁介质的磁导率253
7.8.5有磁介质时磁场的安培环路定理253
7.9铁磁质255
7.9.1铁磁质的磁化特性磁滞回线255
7.9.2铁磁性的磁畴理论257
章后感悟258
习题7258
科学家轶事赵忠尧——巨流无声赤子情怀262
应用拓展激光尾波加速263
第8章电磁感应和电磁波264
章前问题264
学习要点264
8.1电磁感应及其基本规律265
8.1.1电磁感应现象265
8.1.2楞次定律266
8.1.3法拉第电磁感应定律及其应用267
8.2动生电动势272
8.2.1动生电动势的由来272
8.2.2动生电动势的表达式273
8.3感生电动势感生电场及其应用277
8.3.1感生电动势与感生电场277
8.3.2电子感应加速器279
8.3.3涡旋电流及其在工业中的应用279
8.4自感与互感280
8.4.1自感280
8.4.2互感283
8.5磁场的能量286
8.5.1自感磁能286
8.5.2互感磁能286
8.5.3磁场的能量磁能密度287
8.6位移电流288
8.6.1位移电流的概念288
8.6.2全电流安培环路定理290
8.7麦克斯韦电磁场理论291
8.7.1电场291
8.7.2磁场292
8.7.3电磁场的麦克斯韦方程组292
8.8电磁波294
8.8.1电磁振荡294
8.8.2电磁波的产生296
8.8.3电磁波的性质298
8.8.4电磁波的能量299
8.8.5电磁波谱300
章后感悟302
习题8302
科学家轶事刘永坦——一辈子坚守初心305
应用拓展磁悬浮列车305
附录307
附录A一些物理常量307
附录B数学公式307
B.1级数展开式307
B.2二次方程ax2+bx+c＝0(a≠0)的根308
B.3勾股定理x2+y2=r2308
B.4三角恒等式308
B.5对数308
B.6导数公式308
B.7积分公式309
参考文献310