新工科大学物理（上册）

本书是为适应当前教学改革的需要，根据教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会制定的“非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求”，结合编者多年的教学实践和教改经验编写而成的。 全书分为上、下两册。上册包括力学、热学；下册包括电磁学、波动光学和近代物理。本书除了介绍理工科普通物理教学大纲要求的基本内容外，还穿插介绍了物理学理论的发展历史和物理知识点在工程技术中的应用，并选编了将物理知识向当今科学前沿延伸的阅读材料，同时将课程思政元素融入物理知识的学习中。 本书可作为高等院校理工科非物理类专业以及经管类、文科相关专业的大学物理教材，也可作为物理爱好者的自学参考书。

第一篇 力 学 第1章 质点运动学 2 1.1 质点、参考系与坐标系 2 1.1.1 质点与质点系 2 1.1.2 参考系与坐标系 3 1.2 描述质点运动的物理量 4 1.2.1 位置矢量 4 1.2.2 位移 5 1.2.3 速度 6 1.2.4 加速度 6 1.2.5 运动学的基本问题 7 1.2.6 质点运动学在工程技术中的应用 9 1.3 自然坐标系中的平面曲线运动 10 1.4 圆周运动的角量描述 12 1.4.1 角位移 12 1.4.2 角速度和角加速度 12 1.4.3 圆周运动角量与线量的关系 12 1.5 相对运动 13 科学家简介 伽利略 15 延伸阅读 基本单位“米”“秒”概念的发展历史 16 思考题 17 练习题 17 提升题 18 第2章 质点动力学 20 2.1 牛顿定律 20 2.1.1 牛顿第一定律 20 2.1.2 牛顿第二定律 20 2.1.3 牛顿第三定律 21 2.2 力学中几种常见的力 22 2.2.1 万有引力与重力 22 2.2.2 弹性力 23 2.2.3 摩擦力 24 2.2.4 万有引力在工程技术中的应用 25 2.3 牛顿定律的应用 26 2.4 惯性系与非惯性系 29 2.4.1 惯性系与非惯性系 29 2.4.2 非惯性系中的惯性力 30 科学家简介 牛顿 31 延伸阅读 从牛顿、三体到混沌：科学认知如何 从简单到复杂 31 思考题 33 练习题 33 提升题 35 第3章 动量、能量和动量矩 36 3.1 质点和质点系的动量定理 36 3.1.1 质点的动量定理 36 3.1.2 质点系的动量定理 38 3.1.3 动量定理在工程技术中的应用 40 3.2 动量守恒定律 42 3.3 功、动能和动能定理 43 3.3.1 功的定义 43 3.3.2 质点的动能定理 46 3.4 保守力和非保守力做功与势能 48 3.4.1 几种常见力的做功特点 48 3.4.2 势能 50 3.4.3 势能曲线 52 3.5 功能原理和机械能守恒定律 53 3.5.1 质点系的动能定理 53 3.5.2 功能原理 54 3.5.3 机械能守恒定律 54 3.6 能量守恒定律 56 3.7 质点的动量矩和动量矩守恒定律 56 3.7.1 质点对某一定点的动量矩 56 3.7.2 质点对固定点的动量矩定理 57 科学家简介 钱学森 61 延伸阅读 对称性与守恒定律 62 思考题 62 练习题 63 提升题 64 第4章 刚体力学基础 66 4.1 刚体定轴转动运动学 66 4.1.1 刚体的概念 66 4.1.2 刚体的基本运动 66 4.1.3 刚体定轴转动的描述 67 4.2 刚体定轴转动的动力学基础 68 4.2.1 转动力矩 68 4.2.2 刚体绕定轴转动的转动定律 69 4.3 转动惯量的计算 71 4.4 转动定律的应用 75 4.5 刚体定轴转动的动能定理 77 4.5.1 力矩的功 77 4.5.2 刚体定轴转动的转动动能 77 4.5.3 刚体定轴转动的动能定理 78 4.6 刚体的动量矩和动量矩守恒定律 80 4.6.1 刚体的动量矩 80 4.6.2 动量矩守恒定理 81 4.6.3 动量矩守恒定律 81 4.6.4 动量矩守恒定律在工程技术上的应用 81 科学家简介 钱伟长 84 延伸阅读 从猫下落翻身到运动生物学 85 思考题 87 练习题 87 提升题 89 第5章 机械振动 91 5.1 简谐振动的描述 91 5.1.1 简谐振动的定义 91 5.1.2 简谐振动的旋转矢量表示法 96 5.2 简谐振动的能量 98 5.3 简谐振动的合成 100 5.3.1 同方向、同频率两个简谐振动的合成 100 5.3.2 同方向不同频率简谐振动的合成 101 *5.3.3 振动方向垂直、频率相同的两个简谐振动的合成 103 5.3.4 振动方向垂直、频率不相同的两个简谐振动的合成 105 *5.4 阻尼振动和受迫振动 105 5.4.1 阻尼振动 105 5.4.2 受迫振动 107 5.4.3 共振 108 5.4.4 共振现象在工程技术中的应用 109 科学家简介 周培源 110 延伸阅读 非线性振动简介 111 思考题 112 练习题 113 提升题 115 第6章 机械波 116 6.1 机械波的产生和基本特征 116 6.1.1 机械波的形成 116 6.1.2 横波与纵波 116 6.1.3 波线和波面 118 6.1.4 描述波动的特征物理量 118 6.2 平面简谐波的波函数 120 6.2.1 平面简谐波的波函数 120 6.2.2 波函数的物理意义 121 6.3 波的能量和能流密度 124 6.3.1 波的能量 124 6.3.2 平均能流密度矢量 126 6.3.3 平面波和球面波的振幅 126 6.4 惠更斯原理 128 6.5 波的干涉 129 6.5.1 波的叠加原理 129 6.5.2 波的干涉 129 6.6 驻波 132 6.6.1 驻波实验 132 6.6.2 驻波方程 134 6.7 多普勒效应 137 6.7.1 多普勒效应 137 6.7.2 多普勒效应在工程技术中的应用 140 6.7.3 冲击波 140 科学家简介 邓稼先 142 延伸阅读 超声悬浮现象 142 思考题 144 练习题 144 提升题 146 第二篇 热 学 第7章 气体动理论 148 7.1 气体系统热运动的微观特征 148 7.1.1 气体系统的微观特征 148 7.1.2 气体分子热运动满足的统计规律 149 7.2 理想气体的压强 150 7.2.1 理想气体的微观模型 150 7.2.2 理想气体的压强公式 150 7.2.3 压强公式的统计意义及微观本质 152 7.3 温度的微观解释 152 7.4 能量均分定理 155 7.4.1 能量均分定理 155 7.4.2 理想气体的内能 157 7.5 麦克斯韦速率分布律 158 7.5.1 速率分布函数 158 7.5.2 麦克斯韦速率分布律 159 7.5.3 速率分布的三种统计速率 159 7.6 玻耳兹曼分布律 162 7.6.1 麦克斯韦速度分布律 162 7.6.2 玻耳兹曼分布律 162 7.6.3 玻耳兹曼分布律在工程技术中的应用 163 7.7 气体分子的平均自由程 164 科学家简介 玻耳兹曼 167 延伸阅读 物理学发展目前的悖论——四大“神兽” 167 思考题 169 练习题 169 提升题 170 第8章 热力学基础 172 8.1 热力学的基本概念 172 8.1.1 平衡态和状态参量 172 8.1.2 理想气体的状态方程 173 8.2 热力学第一定律 173 8.2.1 准静态过程 173 8.2.2 准静态过程中的功和热量 174 8.2.3 准静态过程中的内能 175 8.2.4 热力学第一定律 175 8.3 热容量 176 8.3.1 热容量的定义 176 8.3.2 定容摩尔热容量 176 8.3.3 定压摩尔热容量 177 8.3.4 定压摩尔热容量与定容摩尔热容量的关系 177 8.4 热力学第一定律的应用 178 8.4.1 等容过程 178 8.4.2 等压过程 179 8.4.3 等温过程 180 8.4.4 绝热过程 181 8.5 循环过程 185 8.5.1 循环过程 185 8.5.2 热机的效率 185 8.5.3 制冷系数 186 8.5.4 卡诺循环 187 8.5.5 热力学循环过程在工程技术中的应用 190 8.6 热力学第二定律 191 8.6.1 热力学第二定律的表述 191 8.6.2 卡诺定理 193 8.7 热力学第二定律的统计意义与熵增原理 193 8.7.1 热力学第二定律的统计意义 193 8.7.2 熵与熵增原理 195 科学家简介 王竹溪 196 延伸阅读 从失败的永动机看科学探索的精神 196 思考题 198 练习题 198 提升题 200