大学物理（上册）

中国水利水电出版社

【作者】主编咸立芬王子国

【I S B N 】978-7-5084-9131-8

【责任编辑】宋俊娥

【适用读者群】高职高专

【出版时间】2011-12-13

【开本】16开

【装帧信息】平装（光膜）

【版次】第1版第1次印刷

【页数】232

【千字数】223

【印张】14.5

【定价】￥26

【丛书】普通高等院校“十二五”规划教材

【备注信息】

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本书是参照教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会物理基础课程教学指导分委员会编制的《理工科类大学物理课程教学基本要求》（2010年版）编写的。本书分为上、下两册，上册内容包括质点的运动、运动定律与力学中的守恒定律、相对论、静电场、恒定磁场和磁介质、电磁感应和电磁场；下册内容包括机械振动、机械波、波动光学、气体动理论、热力学、量子物理基础和固体物理简介。考虑目前学生学习和教师教学的实际情况，还为本书配套编写了标准化习题集、习题解答和电子教案等教学资源。

本书内容简练、难易适度，适合普通高等学校工科各专业学生使用，可作为非物理类专业大学物理课程的教材，亦可作为教师或相关人员的参考书。

本书配有电子电子教案，读者可从中国水利水电出版社网站或万水书苑上免费下载，网址：http://www. waterpub.com.cn/softdown/或http://www.wsbookshow.com。

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020年）》提出的“优先发展、育人为本、改革创新、促进公平、提高质量”的工作方针，明确要求全面提高高等学校教育质量，提高人才培养质量，提升科学研究水平。本书依据2010版的《理工科类大学物理课程教学基本要求》，结合编者多年教学经验及当前高等教育新形势编写，是一套实用、现代、适用于高等理工科院校各专业的大学物理课程的教材。

大学物理课程教学不只是让学生认识和理解物理学的基本概念、基本理论，更重要的是引导学生在学习的同时，逐步形成正确的科学观念，掌握科学方法，培养科学精神，从而为学生的持续发展打下基础。基于这样的认识，本教材编写思路是：充分考虑教师教与学生学的特点，以基础教育和素质教育为目标建立教材的结构体系，采用简洁、通俗易懂的语言阐述物理现象和物理规律，内容全面，重点突出。

本书由咸立芬、王子国任主编，分为上、下两册，共13章。本书具体的编写分工为：上册第1、2章由王子国编写，第3章由王保如编写，第4、5章由咸立芬编写，第6章和附录由李新娟编写，上册习题及答案由安兴涛和编写各章的老师共同完成；下册第7、8章由任世伟编写，第9章由薛建华编写，第10、11章由赵静编写，第12章由汤书楩编写，第13章由王爱坤编写，下册习题及答案由王艳海和编写各章的老师共同完成。全套书由咸立芬、王子国统稿并定稿。

在本书的编写过程中，得到了河北科技大学理学院物理系全体老师的大力支持和帮助，在此特致谢意。

中国水利水电出版社为本书的出版、发行做了大量的工作，在此一并致谢。

由于编者水平有限，难免会有错误、疏漏和不妥之处，恳请广大读者批评指正。

编者

2011年10月

前言

第1章质点的运动 1
1.1 质点参考系运动方程 1
1.1.1 质点物理模型 1
1.1.2 参考系和坐标系 2
1.1.3 空间和时间 2
1.2 运动的描述 3
1.2.1 位置矢量 3
1.2.2 运动方程轨道 3
1.2.3 位移 4
1.2.4 速度速率 4
1.2.5 加速度 6
1.3 圆周运动及其描述 7
1.3.1 切向加速度和法向加速度 7
1.3.2 圆周运动的角量描述 9
1.3.3 角量与线量的关系 10
1.4 运动学的应用 10
1.5 相对运动 12
习题1 13
第2章运动定律与力学中的守恒定律 17
2.1 力和力的合成 17
2.1.1 力 17
2.1.2 共点力的合成 20
2.2 牛顿运动定律 20
2.2.1 牛顿第一定律 20
2.2.2 牛顿第二定律 21
2.2.3 牛顿第三定律 22
2.3 牛顿运动定律的应用 23
2.3.1 常力作用下的连体问题 23
2.3.2 变力作用下的单体问题 25
2.4 动量定理动量守恒定律 27
2.4.1 质点的动量定理 27
2.4.2 质点系的动量定理 29
2.4.3 质点系的动量守恒定律 30
2.5 功动能势能机械能守恒定律 31
2.5.1 功和能 31
2.5.2 动能和动能定理 32
2.5.3 保守力的功 33
2.5.4 势能 34
2.5.5 功能原理和机械能守恒定律 35
2.6 角动量角动量守恒定律 36
2.6.1 角动量 36
2.6.2 力矩 37
2.6.3 角动量定理 37
2.6.4 角动量守恒定律 38
2.7 刚体的定轴转动 39
2.7.1 刚体定轴转动的角量描述 39
2.7.2 刚体定轴转动的角动量 40
2.7.3 转动惯量的计算 40
2.7.4 刚体的定轴转动定律 43
2.7.5 刚体的定轴转动的动能定理 45
2.7.6 刚体组对轴的角动量守恒定律 47
习题2 47
第3章相对论 54
3.1 狭义相对论的建立 55
3.1.1 狭义相对论建立背景简介 55
3.1.2 狭义相对论的基本原理洛伦兹
变换式 56
3.2 狭义相对论时空观 60
3.2.1 同时性的相对性 60
3.2.2 时间膨胀 61
3.2.3 长度收缩 64
3.3 相对论质量、动能和能量 68
3.3.1 质量与速度的关系 68
3.3.2 相对论动能 70
3.3.3 质能关系 71
3.3.4 能量和动量的关系 73
3.4 爱因斯坦的科学思想方法 74
习题3 76
第4章静电场 79
4.1 电荷库仑定律 79
4.1.1 电荷 79
4.1.2 电荷的量子化 79
4.1.3 电荷守恒定律 80
4.1.4 库仑定律 80
4.2 电场电场强度 81
4.2.1 电场 81
4.2.2 电场强度电场强度叠加原理 81
4.2.3 电场场强的计算举例 83
4.3 电通量高斯定理 87
4.3.1 电场线 87
4.3.2 电场强度通量 88
4.3.3 静电场的高斯定理 90
4.3.4 高斯定理的应用 93
4.4 静电场的环路定理电势 96
4.4.1 静电场力的功 96
4.4.2 静电场的环路定理 97
4.4.3 电势能 98
4.4.4 电势电势差 98
4.4.5 电势的计算 99
4.5 电场强度与电势的关系 103
4.5.1 等势面 103
4.5.2 电势梯度 104
4.6 静电场中导体 106
4.6.1 导体的静电平衡条件 106
4.6.2 静电平衡条件时导体上的电荷分布 107
4.6.3 尖端放电 109
4.6.4 导体空腔与静电屏蔽 109
4.7 电介质的极化有电介质存在的高斯定理 111
4.7.1 电介质的极化 112
4.7.2 极化强度矢量与极化电荷 113
4.7.3 电介质中的电场 114
4.7.4 有电介质时的高斯定理 114
4.7.5 有电介质时高斯定理的应用 115
4.8 电容器电场的能量 116
4.8.1 孤立导体的电容 116
4.8.2 电容器 117
4.8.3 静电场的能量能量密度 119
习题4 121
第5章恒定磁场磁介质 126
5.1 电流电流密度电动势 126
5.1.1 电流电流密度 126
5.1.2 电源电动势 127
5.2 磁场磁感应强度 129
5.2.1 基本磁现象 129
5.2.2 磁感应强度 130
5.3 毕奥－萨伐尔定律 132
5.3.1 毕奥－萨伐尔定律 132
5.3.2 毕奥－萨伐尔定律的应用举例 133
5.4 磁场的高斯定理安培环路定理 138
5.4.1 磁感应线和磁通量 138
5.4.2 磁场的高斯定理 140
5.4.3 安培环路定理 140
5.4.4 安培环路定理的应用 142
5.5 磁场对运动电荷的作用 145
5.5.1 洛伦兹力 145
5.5.2 带电粒子在磁场中的运动 146
5.5.3 霍耳效应 147
5.6 磁场对载流导线的作用 149
5.6.1 安培定律 149
5.6.2 均匀磁场对载流线圈的作用 152
5.7 磁介质 154
5.7.1 磁介质磁化强度 154
5.7.2 磁介质中的安培环路定理 157
5.7.3 铁磁质 159
习题5 162
第6章电磁感应电磁场 168
6.1 电磁感应定律 168
6.1.1 电磁感应现象 168
6.1.2 电磁感应定律 170
6.1.3 楞次定律 172
6.2 动生电动势与感生电动势 174
6.2.1 动生电动势 174
6.2.2 感生电动势 178
6.2.3 涡电流 180
6.3 自感和互感 181
6.3.1 自感现象与自感系数 181
6.3.2 互感现象与互感系数 183
6.3.3 自感线圈的串联 185
6.4 磁场能量 186
6.4.1 自感磁能 186
6.4.2 互感磁能 187
6.4.3 磁场的能量 188
6.5 位移电流麦克斯韦方程组 190
6.5.1 位移电流 190
6.5.2 麦克斯韦方程组 194
习题6 196
习题答案 201
附录A 常用物理常量一般计算取值 210
附录B 希腊字母表 211
附录C 国际单位制（SI） 212
附录D 矢量运算 215

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