大学物理简明教程（微课版）

本书是根据教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会编制的《理工科类大学物理课程教学基本要求（2023年版）》，并在“名师名校新形态通识教育系列教材”《大学物理学（微课版）》基础上精减改编而成的．全书包含质点运动学、质点动力学、刚体力学基础、机械振动和机械波、气体动理论基础、热力学基础、静电场、恒定磁场、变化的电磁场、波动光学、狭义相对论、量子物理基础等内容．本书可作为高等院校非物理专业的教材或参考书，也可供对物理学知识感兴趣的社会人士参考阅读．

颜晓红，教授，江苏大学原校长。教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会副主任委员，享受国务院政府特殊津贴，中国电子教育学会原副理事长、中国指挥与控制学会军民融合物联网专业委员会副会长，教育部新世纪优秀人才支持计划人选，江苏省有突出贡献的中青年专家，江苏省“333高层次人才培养工程”第二层次人选，全国优秀博士学位论文指导教师。长期从事凝聚态物理、纳米结构与纳米材料、光电材料与器件等的研究。先后主持国家自然科学基金重点项目、国家“863计划”重大项目重点课题、国家重点研发计划项目子课题、国家自然科学基金项目、江苏省“六大人才高峰”高层次人才选拔培养项目、湖南省杰出青年基金项目、教育部重点项目等。获教育部高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）自然科学奖二等奖、教育部科学技术进步奖（基础类）三等奖、湖南省科学技术进步奖二等奖各1项，获中国发明专利授权25项，获中国学位与研究生教育学会研究生教育成果奖等。

第 1章质点运动学1.1参考系、坐标系和物理模型　1一、参考系　1二、坐标系　1三、物理模型　21.2位置矢量、位移、速度和加速度　2一、位置矢量、运动方程和轨道方程　2二、位移和路程　3三、速度和速率　4四、加速度　51.3质点的曲线运动描述　8一、自然坐标系　8二、平面曲线运动　8三、圆周运动　111.4运动学中的两类问题　13一、已知质点的运动方程，求速度和加速度　13二、已知加速度和初始条件，求速度和运动方程　14*1.5相对运动　17本章习题　20第 2章质点动力学2.1牛顿运动定律　23一、牛顿第 一定律与惯性参考系　23二、牛顿第二定律、惯性质量与引力质量　24三、牛顿第三定律　25四、牛顿第二定律的应用举例　252.2质点和质点系的动量定理和动量守恒定律　29一、冲量与质点的动量定理　29二、质点系的动量定理　31三、质点系的动量守恒定律　31四、动量定理和动量守恒定律的应用举例　322.3变力的功、动能定理　35一、功与功率　35二、动能与动能定理　382.4保守力、势能、功能原理　40一、保守力　40二、势能　42三、功能原理　44本章习题　46第3章刚体力学基础3.1刚体定轴转动的描述　51一、刚体　51二、刚体的基本运动　52三、刚体的定轴转动　523.2力矩、转动定律、转动惯量　55一、力矩　55二、刚体定轴转动的转动定律　56三、转动惯量　57四、转动定律的应用举例　60*3.3刚体定轴转动中的功和能　62一、转动动能　62二、力矩做功　63三、刚体定轴转动的动能定理　633.4质点和刚体定轴转动中的角动量定理与角动量守恒定律　65一、质点的角动量、角动量定理及角动量守恒定律　65二、刚体对轴的角动量与刚体定轴转动的角动量定理　69三、刚体对轴的角动量守恒定律　70本章习题　75第4章机械振动和机械波4.1简谐振动的动力学方程和能量　80一、弹簧振子模型　81二、微振动的简谐近似　82三、简谐振动的运动学方程　83四、描述简谐振动的参量　84五、简谐振动的能量　854.2简谐振动的相位和旋转矢量表示法　87一、相位和初相位　87二、简谐振动的旋转矢量表示法　884.3一维简谐振动的合成、拍现象　93一、同方向、同频率简谐振动的合成　93二、同方向、不同频率简谐振动的合成及拍　854.4机械波的基本特征　96一、机械波产生的条件　96二、横波和纵波　97三、波线和波面　98四、简谐波　99五、描述波动的几个主要物理量　994.5平面简谐波的波函数及其物理意义　100一、平面简谐波的波函数　100二、波函数的物理意义　1024.6波的能量和能量密度　1074.7波的干涉、驻波、半波损失　108一、波的干涉　108二、驻波　113三、半波损失　115*4.8机械波的多普勒效应　116本章习题　120第5章气体动理论基础5.1平衡态、状态参量、理想气体物态方程　127一、平衡态　127二、状态参量　128三、理想气体物态方程　1285.2统计规律、理想气体的压强和温度公式　129一、统计规律　129二、理想气体的微观模型和统计假设　130三、理想气体的压强公式　131四、温度的本质和统计意义　1325.3能量按自由度均分定理、理想气体的内能　133一、自由度　133二、能量按自由度均分定理　134三、理想气体的内能　135*5.4麦克斯韦速率分布律、3种统计速率　135一、气体分子速率的实验测定　135二、气体分子速率分布函数　136三、麦克斯韦速率分布律简介　138四、3种统计速率　138*5.5气体分子的平均碰撞频率和平均自由程　140一、平均碰撞频率　140二、平均自由程　141本章习题　142第6章热力学基础6.1准静态过程、热量和内能　147一、准静态过程　147二、内能、功和热量　148三、准静态过程的功和热量　1496.2热力学第 一定律、典型的热力学过程　150一、热力学第 一定律　150二、典型的热力学过程　1516.3循环过程、热机效率、制冷系数、卡诺循环　157一、循环过程　157二、热机效率　158三、制冷系数　158四、卡诺循环　1606.4热力学第二定律　162一、热力学第二定律的两种表述　162二、自然过程的方向性　163三、可逆过程与不可逆过程　1646.5熵和熵增加原理、玻尔兹曼熵关系式　165一、熵　165二、熵增加原理　167三、热力学第二定律的统计意义　170四、玻尔兹曼熵关系式　172本章习题　173第7章静电场7.1库仑定律、电场强度叠加原理及其应用　177一、库仑定律　177二、电场强度叠加原理　178三、电场强度叠加原理的应用　1797.2静电场的高斯定理　184一、电场线与电通量　184二、静电场的高斯定理　186三、高斯定理的应用　1877.3静电场的环路定理、电势、电势叠加原理　190一、静电力做功　190二、静电场的环路定理　191三、电势能　191四、电势和电势差　192五、电势的计算及其叠加原理　193*7.4电场强度和电势的关系　1957.5导体的静电平衡　196一、导体的静电平衡的性质　196二、导体静电平衡时的电荷分布　197三、有导体存在时的静电场分布　1987.6有电介质存在的电场　200一、静电场中的电介质　200二、有电介质存在的高斯定理　2007.7电容和电场的能量　202一、电容　202二、电容器　202三、电容器储能　203四、电场的能量　204本章习题　206第8章恒定磁场8.1恒定电流、电流密度和电动势　210一、恒定电流、电流密度　210二、电源电动势　2118.2磁感应强度、毕奥-萨伐尔定律、磁感应强度叠加原理　212一、基本的磁现象　212二、磁感应强度　213三、毕奥-萨伐尔定律　215四、毕奥-萨伐尔定律应用实例（磁感应强度叠加原理）　2168.3恒定磁场的高斯定理和安培环路定理　219一、磁通量　219二、恒定磁场的高斯定理　220三、恒定磁场的安培环路定理　220四、恒定磁场的安培环路定理的应用　2228.4安培定律　225一、安培定律的内容　225二、安培定律在载流线圈中的应用　226三、安培力做功　2288.5洛伦兹力　230一、洛伦兹力概述　230二、带电粒子在匀强磁场中的运动　231三、霍尔效应　233*8.6有磁介质存在时的磁场　235一、恒定磁场中的磁介质　235二、磁介质的安培环路定理　236三、磁感应强度和磁场强度的关系　238四、铁磁质　240本章习题　243第9章变化的电磁场9.1法拉第电磁感应定律　251一、法拉第电磁感应现象和感应定律　251二、楞次定律　2539.2动生电动势、感生电动势、涡旋电场　255一、动生电动势　256二、感生电动势、涡旋电场　2589.3自感和互感　260一、自感现象和自感电动势　260二、互感现象和互感电动势　2629.4磁场能量　263一、自感线圈的磁能　263二、磁场的能量密度　2649.5位移电流、全电流的安培环路定理、麦克斯韦方程组的积分形式　265一、电磁场的基本规律　265二、位移电流　266三、全电流的安培环路定理　267四、麦克斯韦方程组的积分形式　268本章习题　269第 10章波动光学10.1光源、光的相干性　273一、光源的发光机制　273二、光的相干性　27410.2光程与光程差　275一、光程与光程差的概念　275二、透镜的等光程性　27610.3分波阵面干涉、分振幅干涉　277一、分波阵面干涉——杨氏双缝干涉　277*二、分波阵面干涉——劳埃德镜　280三、分振幅干涉——薄膜等倾干涉　280四、分振幅干涉——薄膜等厚干涉　28210.4迈克耳孙干涉仪及其应用　28510.5夫琅禾费单缝衍射和夫琅禾费圆孔衍射　287一、夫琅禾费单缝衍射　287二、夫琅禾费圆孔衍射　29010.6光学仪器分辨本领　29010.7光栅衍射　29210.8光的偏振性、马吕斯定律、布儒斯特定律　297一、光的偏振性　297二、马吕斯定律　298三、布儒斯特定律　300本章习题　301第 11章狭义相对论11.1狭义相对论的两个基本假设、洛伦兹坐标变换和速度变换　306一、狭义相对论的两个基本假设　306二、洛伦兹坐标变换　307三、洛伦兹速度变换　30811.2同时的相对性、长度收缩和时间延缓　310一、同时的相对性　310二、长度收缩　312三、时间延缓　31311.3相对论动力学基础、能量与动量的关系一、动量、质量与速度的关系　314二、狭义相对论力学的基本方程　314三、质量与能量的关系　316*四、能量与动量的关系　318本章习题　319第 12章量子物理基础12.1德布罗意波的物质波假设和实验证明　322一、光的波粒二象性　322二、德布罗意波　324*三、德布罗意波的实验验证　2512.2玻尔的氢原子模型、弗兰克-赫兹实验　326一、氢原子光谱的实验规律　326二、玻尔的氢原子理论　327三、弗兰克-赫兹实验　33012.3不确定关系　33112.4薛定谔方程　334一、波函数和概率密度　334二、薛定谔方程　33512.5一维无限深方势阱　33712.6一维谐振子　33912.7一维势垒　34112.8氢原子的能量和角动量量子化　344一、氢原子的薛定谔方程　344二、3个量子数　345三、电子自旋　346四、原子的壳层结构　346本章习题　348