大学物理学(第3版)

大学物理教材，适合一般普通院校理工科专业使用。本书为新形态教材，书中附有100多个二维码，链接了微课的100多个视频资源和少量科学家的文字介绍。 

本书以教育部高等学校物理基础课程教学指导分委员会制订的《理工科类大学物理课程教学基本要求》为依据编写的，书中涵盖了基本要求中的核心内容 。主要内容包括：力学、电磁学、热学、振动与波动（机械振动、机械波、几何光学和波动光学）、近代物理基础（狭义相对论基础和量子物理基础），共14章。
全书共5个章节，共27个实验，按照“基础性实验、提高性实验和综合设计性实验”的三个层次课程体系构筑了本书的框架。书中收入了一些经典的实验外，还适当编入了设计性、应用性和探索性的综合实验，书末备有相关的附表。此外，教材中给出相应的物理实验的关键英文词汇，有意识地进行英语专业词汇的渗透，增强学生的注意力，加深学生对物理知识的理解和记忆。

本书的主要内容包括核能系统中的基本热力过程、核反应堆内材料的选择、堆芯内的热量产生、燃料元件内的导热过程、燃料元件和冷却剂之间的传热过程、流动系统的水力和输热分析等，并在此基础之上，进一步介绍了核反应堆稳态热工设计原理。
本书可作为高等院校核反应堆工程专业高年级本科生的专业基础课教材，也可供相关专业的工程技术人员参考。
本书主要叙述了核反应堆热工水力学分析的基础理论和一些主要的分析方法。由于考虑到与先修课程的衔接，本书也介绍了热力学和传热学的一些基本知识和分析方法。
本书的主要内容包括核能系统中的基本热力过程、核反应堆内材料的选择、堆芯内的热量产生、燃料元件内的导热过程、燃料元件和冷却剂之间的传热过程、流动系统的水力和输热分析等，并在此基础之上，进一步介绍了核反应堆稳态热工设计原理。
本书可作为高等院校核反应堆工程专业高年级本科生的专业基础课教材，也可供相关专业的工程技术人员参考。

绪论

第一篇力学

第1章质点运动学

1．1位矢位移速度和加速度的定义

1．2位矢位移速度和加速度的直角坐标表示

1．3曲线运动中的速度和加速度

1．4运动学中的两类基本问题

1．5相对运动

习题

第2章质点动力学

2．1牛顿运动定律

2．2非惯性系惯性力

2．3质点的动量定理

2．4质点系的动量定理动量守恒定律

2．5质心运动定理

2．6功动能定理

2．7势能保守力

2．8功能原理机械能守恒定律

习题

第3章刚体的定轴转动

3．1刚体定轴转动的运动学

3．2刚体定轴转动定律

3．3刚体定轴转动的角动量定理和角动量守恒定律

3．4刚体定轴转动的动能定理

习题

第二篇电磁学

第4章静电场

4．1库仑定律静电力叠加原理

4．2电场强度

4．3高斯定理

4．4电势

4．5静电场中的导体

4．6电容器的电容

4．7静电场中的电介质

4．8电容器的储能公式静电场的能量

习题

第5章稳恒磁场

5．1恒定电流

5．2磁场磁感应强度

5．3毕奥萨伐尔定律

5．4磁场基本定理

5．5带电粒子在磁场中的运动

5．6磁场对电流的作用

5．7磁场中的磁介质

习题

第6章电磁感应

6．1电磁感应定律

6．2动生电动势和感生电动势

6．3自感和互感

6．4磁场能量

6．5普遍的安培环路定理麦克斯韦方程组

习题

第三篇热学

第7章气体分子动理论

7．1平衡态状态参量状态方程

7．2压强和温度的统计意义

7．3能量按自由度均分定理理想气体的内能

7．4麦克斯韦速率分布律

7．5气体分子的平均碰撞频率和平均自由程

习题

第8章热力学基础

8．1热力学第一定律

8．2理想气体的等值过程

8．3绝热过程

8．4循环过程卡诺循环

8．5热力学第二定律

8．6熵熵增加原理

习题

第四篇振动与波动

第9章机械振动

9.1简谐振动的运动学

9.2简谐振动的动力学

9.3简谐振动的能量

9.4同方向简谐振动的合成

9.5相互垂直的简谐振动的合成

9.6振动的频谱分析

习题

第10章机械波

10.1机械波的产生和传播

10.2平面简谐波的波动表达式

10.3波的能量和能量密度

10.4波的基本特征——反射、折射、衍射和干涉

10.5多普勒效应

习题

第11章几何光学简介

11.1光的传播规律

11.2实物虚物实像虚像

11.3光在球面上的反射成像

11.4光在球面上的折射成像

11.5薄透镜

习题

第12章波动光学

12.1光的相干性

12.2双缝干涉

12.3光程光程差

12.4薄膜干涉

12.5光的衍射现象惠更斯菲涅耳原理

12.6单缝夫琅禾费衍射

12.7圆孔夫琅禾费衍射光学仪器的分辨本领

12.8光栅衍射

12.9光的偏振状态

12.10由介质吸收引起的光的偏振

12.11反射和折射时光的偏振

12.12由双折射引起的光的偏振

习题

第五篇近代物理基础

第13章狭义相对论基础

13.1经典力学的相对性原理和时空观

13.2狭义相对论的基本原理洛伦兹变换

13.3狭义相对论的时空观

13.4狭义相对论动力学基础

习题

第14章量子物理基础

14.1黑体辐射普朗克量子假设

14.2光的量子性

14.3氢原子光谱玻尔的氢原子理论

14.4德布罗意波

14.5不确定关系

14.6波函数薛定谔方程

14.7薛定谔方程的应用

习题

习题参考答案

附录A我国法定计量单位和国际单位制(SI)单位

附录B空气、水、地球、太阳系的一些常用数据

参考书目

大学物理课程是高等学校理工科学生的一门重要基础课,它所阐述的物理学基本概念、基本思想、基本规律和基本方法不仅是学生学习后续专业课程的基础，也是培养和提高学生综合素质和科技创新能力的重要内容。为达到大学物理课程的教学目的，物理教学工作者面临着许多需要解决的问题。尽管国内外已出版了许多优秀的大学物理教材，但编写贴合应用型本科院校人才培养目标和学生实际情况的好教材仍不多。在本教材的编写中，编者在这方面进行了积极的尝试。
建设立体化教材，提供丰富的学习资源。立体化教材由新形态教材、在线课程、学习指导、电子教案等组成。读者通过扫描嵌入教材的二维码，可以观看覆盖主要知识点的110余节微课视频，阅读28位科学家的介绍； 盐城工学院建成的以中国大学MOOC（慕课）为平台的大学物理在线课程围绕主要知识点，紧贴学习各个环节，提供丰富的资源； 《大学物理学学习指导》（第3版）(孙厚谦等，清华大学出版社)针对本教材各章，编写了“基本要求”“知识框架”“内容提要”“问题解答”“自测题”，对教材形成了很好的补充与拓展。另外，对使用本教材的教师，出版社可提供与教材配套的电子教案和习题解答。
本教材内容具有如下主要特点：
1． 提高起点注意避免与中学物理的简单重复，强化高等数学、矢量代数在物理学中的应用。
2． 化难为易对理论背景要求高、数学推导烦琐的公式，尽量从“特殊”到“一般”，归纳式地引出结论，保证教学重点放在问题的出发点和应用上，力求简明而不简单，深入而不深奥。
3． 注重引导精心设计两个栏目。一是问题，即在一个主要知识点或基本方法讲授后，从理解基本概念与物理量、掌握基本公式、领悟物理思想、抓住解题要点、熟悉解题要素、典型问题举一反三、综合应用知识与引申等角度，多层次多角度设计问题，体现引导式、研究性学习理念。二是说明、注意和讨论，即以说明栏解读基本概念、原理公式、名词术语等； 注意栏指出理解概念、使用公式时易出错混淆之处，引导学生准确地把握有关内容； 讨论栏对公式、原理的应用进行拓展引申，强化基本概念和规律。另外，重要知识点尽量以标题列出。
本教材适用于128学时。教材中带“*”的章节，教师可自行取舍。
本书初版由俞晓明编写第1~3章，吴兆丰编写第5章，孙厚谦编写第4章、第6章、第9章和第11章，刘雨龙编写第7章和第8章，史友进编写第10章、第13章和第14章，郝玉华编写第12章，孙厚谦负责全书的定稿。孙厚谦负责第2版和第3版的修订，徐宁和高虹协助了第3版的修订。高虹、徐宁、张雅恒、吴兆丰、孟丽娟承担了微课的讲授。
南京理工大学李相银教授、陆建教授和南京航空航天大学施大宁教授认真审阅了第1版的全部初稿，提出了宝贵的指导性意见。本书自2009年出版以来，许多使用过本书作为教材或参考书的学校反馈了许多有价值的建议； 在教材编写和修订过程中，我们借鉴学习了国内很多优秀教材的做法； 清华大学出版社朱红莲编辑为提高教材的质量做了大量的工作。在此一并向支持、指导我们的同志和使我们受益的教材的作者表示衷心的感谢。
编者尽管一直不懈地努力提高教材的质量，但限于水平，书中难免有错误和疏漏，真诚企盼同行和读者指正。
本书第1版和第3版均由盐城工学院教材基金资助出版。

编者

2018年12月

绪论

1． 物理学研究的内容

物理学是人类社会实践的产物，它主要研究物质最普遍、最基本的运动形式及其相互转化规律。这些基本运动括机械运动、分子热运动、电磁运动、原子和原子核及其他微观粒子的运动等，它们普遍存在于物质的其他高级的、复杂运动形态之中。了解物质运动最基本形态的规律，是深刻认识复杂运动的起点和基础。
2． 物理学与其他学科
物理学是一切自然科学的基础或支柱。至今为止，人类认识自然的历史已有的五次大的理论综合，无一不是以物理学基本理论取得重大进展为标志的。牛顿力学体系的建立(17世纪)标志着第一次大综合。能量转化和守恒定律的建立(19世纪)将机械运动、热运动、电磁运动、化学运动等统一起来为第二次大综合，其中热力学理论取得重大进展起了关键性的作用。麦克斯韦电磁场理论的建立(19世纪)，揭示了光、电、磁现象的统一性，实现了第三次大综合。爱因斯坦分别于1905年和1915年创立了狭义相对论和广义相对论，揭示了空间、时间、物质和运动之间本质上的统一性实现了第四次大综合。普朗克量子论的提出和薛定谔、海森伯、狄拉克等人量子力学的建立，成功地揭示了微观物理世界的基本规律，实现了第五次大综合。继电磁相互作用和弱相互作用的统一后，建立电磁相互作用、弱相互作用、强相互作用和引力相互作用的大统一理论，乃是目前物理学探讨的最前沿问题。
物理学的基本概念、基本规律和基本研究方法(如分析归纳法、综合演绎法、统计模型法)已经被广泛地应用于所有自然科学的各个学科之中，推动了各学科领域和技术部门的飞速发展。物理学与其他自然科学相结合形成了众多交叉学科，如粒子物理学、量子化学、量子电子学、生物物理学、遗传工程学、大气物理学、海洋物理学、地球物理学、空间物理学、宇宙物理学等，这些推动了整个自然科学更加迅速地发展。
3． 物理学与新技术
科学是认识自然，是解决理论问题，而技术则是改造自然，是解决实际问题。人类千百年的实践证明，很多关键性新技术的应用都是建立在物理学创新成果上的。第一次技术革命开始于18世纪60年代，主要标志是蒸汽机的广泛应用，这是经典力学和热力学发展的结果。第二次技术革命发生在19世纪70年代，主要标志是电力的广泛应用和无线电通信的实现，这是麦克斯韦电磁场理论的建立带来的辉煌成果。20世纪以来，由于相对论和量子力学的建立，人们对原子、原子核结构的认识日益深入。在此基础上，人们实现了原子核能和人工放射性同位素的利用，促成了半导体、核磁共振、激光、超导、红外遥感、信息技术等新兴技术的发明。新兴工业犹如雨后春笋，人类进入了原子能、电子计算机、自动化、半导体、激光、基因工程空间科学等高新技术的时代。