飞行特色大学物理(上册)(第3版)/白晓明等

本书是空军航空大学飞行特色基础课程教材，根据教育部*新颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》(2010年版)，并结合作者大学物理课程教学改革实际情况和多年教学经验编写而成。本书内容包括质点的运动､牛顿运动定律､功和能､冲量和动量､刚体的定轴转动､机械振动､机械波､气体动理论､热力学基础､相对论等，另外还配置了惯性导航､微加速度计､卫星家族､火箭推进技术简介､惯性导航中的各种陀螺仪､混沌简介､反声探测技术和孤立波､航空大气数据计算机､新能源技术及其军事应用､太空“利剑”——粒子束武器等小篇幅阅读材料供学员选读。本书的主要特色是：突出历史背景与物理思想发展脉络，展示科学家的创新过程；各节设相关内容的物理知识应用，突出理论联系实际和学以致用；在应用能力训练和章后习题中融入大量与生活､飞行和军事相关的习题，激发学员的兴趣，提高教学的针对性和有效性。本书为高等军事或航空航天院校本科生的大学物理教材，也可作为其他各层次学生的教材或自学参考书。

目 录第3版前言第2版前言第1版前言绪论1 0.1 什么是科学10.2科学理论的评判标准20.3科学思维方式30.4物理学是科学的世界观和方法论的基础50.5物理学的社会教育和思想文化功能60.6科学教育的目标及性质8第1章 质点的运动10历史背景与物理思想发展脉络101.1参考系质点111.2描述运动的四个物理量151.3平面曲线运动271.4相对运动38本章归纳总结42本章习题43本章军事应用及工程应用阅读材料——惯性导航46第2章 牛顿运动定律49历史背景与物理思想发展脉络492.1牛顿运动定律的内容502.2流体力学的基本概念562.3力学中常见的力622.4牛顿运动定律的应用702.5非惯性系惯性力76本章归纳总结81本章习题81本章军事应用及工程应用阅读材料——微加速度计86第3章 功和能89历史背景与物理思想发展脉络893.1功 动能定理903.2保守力与势能993.3机械能守恒定律105本章归纳总结115本章习题116本章军事应用及工程应用阅读材料——卫星家族119第4章 冲量和动量122历史背景与物理思想发展脉络1224.1冲量 动量定理1234.2动量守恒定律1324.3质心 质心运动定理1404.4质量流动与火箭飞行原理145本章归纳总结150本章习题150本章军事应用及工程应用阅读材料——火箭推进技术简介155第5章 刚体的定轴转动157历史背景与物理思想发展脉络1575.1刚体及刚体运动1585.2转动定律1645.3定轴转动中的功能关系1745.4角动量 角动量守恒定律178本章归纳总结190本章习题191本章军事应用及工程应用阅读材料——惯性导航中的各种陀螺仪198第6章 机械振动201历史背景与物理思想发展脉络2016.1简谐振动2026.2简谐振动的旋转矢量表示法 相位差2116.3简谐振动的能量 能量平均值2156.4简谐振动的合成2206.5阻尼振动 受迫振动 共振227本章归纳总结232本章习题233本章军事应用及工程应用阅读材料——混沌简介236第7章 机械波239历史背景与物理思想发展脉络2397.1机械波的一般概念2407.2平面简谐波的波函数和物理意义2477.3波的能量 能流密度(波强) 2547.4多普勒效应260本章归纳总结263本章习题263本章军事应用及工程应用阅读材料——反声探测技术和孤立波265第8章 气体动理论269历史背景与物理思想发展脉络2698.1平衡态 状态参量2708.2理想气体的压强和温度2758.3能量均分定理 热力学能2828.4气体分子热运动的速率分布286本章归纳总结296本章习题296本章军事应用及工程应用阅读材料——航空大气数据计算机298第9章 热力学基础300历史背景与物理思想发展脉络3009.1热力学第一定律3019.2热力学第一定律对理想气体的应用(闭口系) 3089.3绝热过程3149.4循环过程 卡诺循环3199.5热力学第二定律327本章归纳总结337本章习题338本章军事应用及工程应用阅读材料——新能源技术及其军事应用342第10章 相对论345历史背景与物理思想发展脉络34510.1狭义相对论34610.2狭义相对论的时空观35310.3狭义相对论动力学360本章归纳总结365本章习题366本章军事应用及工程应用阅读材料——太空“利剑”——粒子束武器367部分习题参考答案369附录377附录A 矢量377附录B 常用物理常数表382附录C 质量尺度表383参考文献384

第3版前言课程设置､课程内容是大学教育体系中极为重要的核心部分，面对知识､信息大爆炸，学时压缩等现实问题，“大学物理”作为高等学校理工科各专业学生必修的重要通识性基础课程，其教学内容的改革已成为现实和紧迫的问题。面向未来的具有前瞻性的高效的课程内容传递给学生的一定是令其受用终身的学科思想和方法，学生获得的一定是其终身实践中独立发现､分析和解决问题的能力。为此，本书从物理学史､物理思想方法､解决实际问题和学科融合等多角度，强调了工科物理教学的指向性和目的性，从物理知识应用､能力培养､飞行学员现实需求和未来需求等多角度诠释了教材的飞行特色内涵，紧贴部队，聚焦实战，从物理知识拓展､应用性习题例题和自主学习材料等多角度突出了飞行特色工科物理教学的创新性和前瞻性。本书使用五年来，深受广大师生厚爱，多次被评为最受欢迎的教材，教材的针对性和有效性得到了学员的广泛认可，同时也激发了广大学员的学习热情。下面这些基于飞行特色的学科融合的改革经验为高效教学内容的构建提供了可能路径。1.通过学科融合建立物理与飞行的联系。这种联系的建立，发散和拓展了思维，强调了物理教育的应用性､职业性，展示了科学理论的特殊性与普遍性。例如，我们把飞机的斤斗运动理想化为铅垂面的圆周运动，取代了传统教材中理想化的绳拉球的运动；用能量守恒定律求解飞机改出俯冲的高度损失，激发学员的学习兴趣，解决了中国高等教育从苏联体制向西方体制转型中的理论和实际脱节､创新性不足等问题。2.通过增加历史和应用模块深化内容。每一章增加了历史背景及物理思想发展脉络模块，介绍物理学史，从中提炼创新过程，培养创新意识。物理学史也是一门课程，我们在学时数不变的前提下做了融合，这就是高效教学!在每一节的物理知识应用模块中，重视用物理学原理解决飞行军事应用问题，如飞机定常运动､盘旋运动分析等，突出飞行特色。3.以能力培养牵引课程内容改革。将传统的知识传授变为能力培养，突出学科思想方法，重视思想方法上的学科交叉融合。如物理学的简谐振动与电工电子的交流电，它们分析解决问题的思想方法相同，运用类比方法进行讲解，就会大大节省时间，同时建立不同领域知识､思想和方法上的联系，充分体现科学魅力。4.以学员现实需求牵引课程内容改革。针对飞行学员部分专业基础课缺失的情况，如没有“工程热力学”课程的理论支撑，就要学习“航空动力装置”等课程，我们以学员现实需求来整合课程内容，如工程热力学中的压气机､喷气发动机､开口系热力学第一定律等作为拓展内容引入到通识基础课里。通过学科交叉，物理老师把物理原理运用到工程实际，增强了教员的理论自信，如压气机的物理原理就是定向运动气体的动能转化为分子热运动的能量，压气机原理蕴含的能量转化与飞机高度表原理蕴含的重力势能与动能转化，体现了科学思想的一脉相承，凸显科学原理的统一性和简单性，充分彰显了本科基础课程的教学目的：用简单朴实的原理指导学员一生的科学实践。5.以飞行员未来需求牵引课程内容改革。未来是电子战､信息战和智能战，其基础是电磁场理论､微波､天线原理等。针对飞行员可能的未来需求，在教材中我们加入了电磁波辐射､天线阵原理等内容，并且重整教学内容，如机械波､电磁波､光波同时讲授，把相控阵､孔径雷达､声呐､射电望远镜等看似不相关的技术领域建立了物理思想和问题解决方法上的联系，大大提高了教学综合效率。同时，教员在教学实践中主动拓展学科领域，打通学科间的界限，寻求学科间的联系，进而促进学科综合价值的实现，体现教学学术的价值追求。另外，本书为适应军事高等教育新大纲的改革要求，增加了量子物理的氢原子描述等内容；为回应广大教员和学员在教与学实践中的中肯意见和建议，改正了上一版中出现的疏漏及个别表达上有欠缺的内容和词句。本书为解决高等教育扩招带来的学员初等物理知识水平参差不齐等问题而开展分层次教学提供了方便有效的选择路径。对于高层次学员，可以把物理知识拓展内容作为必讲或重点讲授内容；对于普通层次学员，可以把物理知识拓展内容作为选讲､研讨或感兴趣的自学内容；对于文科或物理基础差的学员，可以把物理知识应用模块内容作为选讲､研讨或感兴趣的自学内容，不讲物理知识拓展内容。本书由白晓明､邵伟编著。本书的修订出版是在学校和学院的大力支持下完成的。在出版过程中始终得到学校机关和物理教研室全体教员的支持和帮助，特此一并致谢。由于时间仓促，编者的学识水平和教学经验有限，书中不当之处难免，敬请读者批评指正。编 者