大学物理 上册

“世界名校名家基础教育系列”包括由哈佛大学、普林斯顿大学、麻省理工学院、剑桥大学、耶鲁大学、清华大学、北京大学等世界名校名家所著（译）的物理学、数学、化学、力学、天文学等高等学校基础学科教材。 

本套书为“十三五”国家重点出版物出版规划项目（世界名校名家基础教育系列），是以*高等学校物理基础课程教学指导分委会于2010年颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》的基本精神为依据而编写的，其中不仅吸收了国内外同类教材的优点，而且还融入了作者在多年教学经历中所积累的成功经验。全套书分上、下两册，本书为上册，内容包括质点运动学、牛顿运动定律、功和能、动量与角动量、刚体的转动、静电场、稳恒磁场、变化的电磁场等内容。全书适合96～128学时教学，可供高等学校理工科各专业学生使用。

李元成，中国石油大学（华东）教授，博士生导师，大学物理精品课程负责人。钟寿仙，中国石油大学（北京）教授，物理研究所所长，著有《大学物理解题方法》等著作多部。张静，长江大学副教授，博士，从事大学物理教学工作，具有丰富的教学经验。

前言篇 力学 1第1章 质点运动学 2引言 21.1 质点 参考系 坐标系 31.1.1 质点 31.1.2 参考系和坐标系 31.2 描述质点运动的物理量 41.2.1 位置矢量和运动方程 41.2.2 位移与路程 51.2.3 速度 61.2.4 加速度 71.3 曲线运动 121.3.1 抛体运动 121.3.2 圆周运动 141.3.3 一般平面曲线运动 181.4 相对运动 18本章提要 21思考题1 21基础训练习题1 22综合能力和知识拓展与应用训练题 25阅读材料—北斗卫星导航系统和质点运动学 26第2章 牛顿运动定律 28引言 282.1 牛顿运动定律 292.1.1 牛顿定律 292.1.2 牛顿第二定律 302.1.3 牛顿第三定律 312.1.4 牛顿运动定律的适用范围 312.2 相互作用力 312.2.1 基本的自然力 312.2.2 力学中常见的几种力 332.3 牛顿运动定律的应用 352.4 惯性系和非惯性系 392.4.1 惯性系与非惯性系 392.4.2 非惯性系中的力学规律 402.5 伽利略变换 力学的相对性原理 432.5.1 伽利略变换 432.5.2 力学的相对性原理 442.5.3 经典力学的时空观 45本章提要 46思考题2 46基础训练习题2 47综合能力和知识拓展与应用训练题 48阅读材料—傅科摆 51第3章 功和能 53引言 533.1 功和功率 543.1.1 功 543.1.2 功率 573.2 动能 动能定理 573.2.1 动能 573.2.2 质点的动能定理 573.2.3 质点系的动能定理 583.3 保守力与非保守力 势能 603.3.1 保守力与非保守力 603.3.2 势能 613.3.3 保守力和势能梯度 633.3.4 势能曲线 643.4 功能原理 机械能守恒定律 643.4.1 功能原理 643.4.2 机械能守恒定律 653.4.3 能量守恒定律 65本章提要 68思考题3 68基础训练习题3 69综合能力和知识拓展与应用训练题 71阅读材料 72第4章 动量和角动量 74引言 744.1 动量 动量定理 754.1.1 动量 754.1.2 质点的动量定理 754.1.3 质点系的动量定理 764.2 动量守恒定律 78*4.3 质心 质心运动定理 824.3.1 质心 824.3.2 质心运动定理 83*4.4 火箭飞行原理 844.5 角动量 角动量定理 864.5.1 角动量 864.5.2 力矩 874.5.3 质点的角动量定理 884.5.4 质点系的角动量定理 894.6 角动量守恒定律 904.6.1 质点的角动量守恒定律 904.6.2 质点系的角动量守恒定律 924.7 碰撞 944.7.1 正碰 954.7.2 斜碰 974.8 对称性原理与守恒定律 994.8.1 对称性与守恒定律 994.8.2 时空对称性与三大守恒定律 101本章提要 103思考题4 103基础训练习题4 104综合能力和知识拓展与应用训练题 108阅读材料—动量传递概述 109第5章 刚体力学基础 110引言 1105.1 刚体运动学 1115.1.1 刚体的平动和转动 1115.1.2 刚体定轴转动的角量描述 1125.2 刚体定轴转动定律 1145.2.1 力矩 1145.2.2 刚体定轴转动定律 1165.2.3 转动惯量 1195.3 刚体定轴转动中的功和能 1235.3.1 力矩的功 1235.3.2 刚体定轴转动的动能及动能定理 1245.3.3 刚体的重力势能 1255.4 刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律 1275.4.1 刚体定轴转动的角动量 1275.4.2 刚体定轴转动的角动量定理 1285.4.3 刚体定轴转动的角动量守恒定律 128*5.5 进动 131本章提要 133思考题5 133基础训练习题5 134综合能力和知识拓展与应用训练题 138阅读材料—岁差和章动 139第二篇 电磁学 141第6章 静电场 142引言 1426.1 库仑定律 1436.1.1 电荷 1436.1.2 库仑定律 1456.1.3 静电力的叠加原理 1466.2 电场 电场强度 1486.2.1 电场 1486.2.2 电场强度 电场强度的叠加原理 1496.2.3 电场强度的计算 1516.2.4 电荷在电场中所受的力 1556.3 高斯定理 1566.3.1 电场线 1566.3.2 电通量 1576.3.3 高斯定理 1586.3.4 高斯定理的应用 1616.4 静电场的环路定理 电势 1656.4.1 静电场的环路定理 1656.4.2 电势能 1676.4.3 电势 电势差 1676.4.4 电势的计算 1696.5 等势面 电场强度与电势的微分关系 1736.5.1 等势面 1736.5.2 电场强度与电势的微分关系 1746.6 静电场中的导体 1776.6.1 导体的静电平衡条件 1776.6.2 静电平衡时导体上的电荷分布 1796.6.3 静电屏蔽 1836.7 静电场中的电介质 1856.7.1 电介质的极化 1856.7.2 有介质时的高斯定理 1886.8 电容和电容器 1926.8.1 孤立导体的电容 1926.8.2 电容器的电容 1936.8.3 电容器电容的计算 1956.8.4 电容器的串联和并联 1996.9 静电场的能量 200本章提要 203思考题6 204基础训练习题6 206综合能力和知识拓展与应用训练题 211阅读材料—石油行业防静电措施 213第7章 稳恒磁场 215引言 2157.1 稳恒电流 电流密度 2167.1.1 稳恒电流 2167.1.2 电流密度 2167.2 磁场 磁感应强度 2177.2.1 磁的基本现象 2177.2

本书是根据*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会于2010年颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》的基本精神，在总结多年来教学实践、教学改革和精品课程建设经验的基础上，吸收国内外同类教材的优点编写而成的。本书确保了新教学基本要求中的全部核心内容，选择了一定数量的扩展内容。全套书分为上、下两册。上册包括力学、电磁学两篇，下册包括波动和光学、热学、近代物理三篇。 大学物理是高等学校理工科类各专业的一门重要基础理论课程，学生通过学习该课程能够对物理学的基本概念、基本理论和基本方法有比较系统的认识和正确的理解，并为进一步学习打下必要而坚实的基础。大学物理课程在培养学生树立科学世界观、探索精神和创新意识方面具有其他课程不可替代的作用，同时可增强学生分析问题和解决问题的能力，实现知识、能力和素质的协调发展。为了尽可能编写出一套可读性强、易学、易教、好用的大学物理教材，我们在吸收同类教材优点和总结多年教学改革实践经验的基础上，重新调整了课程体系，加强了重点、难点和理论联系实际的内容，注意处理好大学物理与中学物理的衔接，强化了近代物理的教学内容并将的教学研究引入教材中。 本书为了与石油工业实际相联系，在每章的前言部分增加了该章内容与石油行业有关的应用实例，对提高学生的学习兴趣和对他们今后专业基础课及专业课的学习都有一定的帮助。同时，本书在每章的练习题后增加了综合能力与知识拓展和阅读材料，这些内容都侧重于物理学原理在石油行业和工程实际中的应用，以加强学生将所学的物理知识与专业背景相结合的能力，使学生明确物理学在石油工业中的重要性，提高他们学习大学物理课程的积极性。这些教学资料也能为教师更好地把大学物理课程与专业基础课及专业课相结合提供一些帮助。但愿这些尝试能够切实提高大学物理课程的教学质量、促进学生更好地学习专业知识和培养学生应用知识的能力、创新意识和创新能力。 全书由李元成教授［中国石油大学（华东）］、张静副教授（长江大学）和钟寿仙教授［中国石油大学（北京）］担任主编，钟寿仙策划并完成编写大纲，李元成承担了全书修改和统稿工作,张静承担了综合能力与知识拓展和阅读材料的后统稿工作。参加编写人员的具体分工：第1章由谢丽（长江大学）编写，第2章由李元成、钟寿仙编写，第3章由李元成、田艳杰［中国石油大学（华东）］编写，第4章由李元成、展凯云［中国石油大学（华东）］编写，第5章由谢丽编写，第6章由张静编写，第7章由冷文秀［中国石油大学（北京）］编写，第8章由张静编写，第9章由李红［中国石油大学（华东）］编写，第10章由董梅峰［中国石油大学（华东）］编写，第11章由刘冰［中国石油大学（华东）］、李元成、周广刚［中国石油大学（北京）］编写，第12章由李元成、董梅峰编写，第13章由李元成、陈华东［中国石油大学（华东）］编写，第14章由鄢嫣（长江大学）编写，第15章由袁顺东［中国石油大学（华东）］编写，第16章由鄢嫣编写，第17章由李元成、朱化凤［中国石油大学（华东）］编写，专题选讲（流体力学、几何光学）和附录由李元成编写，长江大学徐大海教授承担了第6、8章的审校及部分习题编写工作，中国石油大学（北京）（克拉玛依校区）张晶参加了第2章部分内容的编写工作。 本书在编写过程中，参考了大量兄弟院校的教材和互联网上的资料，这里不能一一列出作者的姓名，谨向相关作者致以衷心的感谢！同时，对参与编写的三所学校的大学物理课程组的全体教师所给予的帮助和支持深表感谢，正是他们的辛勤工作，才使本书得以不断完善。三所学校的院系领导也对本书的编写给予了大力支持，在此表示由衷的感谢！ 本书出版过程中，得到了机械工业出版社的大力支持，尤其是责任编辑张金奎做了大量细致的协调和组织工作，并对每一章的稿件做了细致的校对和编辑，付出了大量的精力和心血，编者在此表示诚挚的谢意！ 限于时间紧迫，加之编者水平有限，虽经多次审校，书中的疏漏及不当之处在所难免，恳请专家、同行和读者批评指正。编 者