工科物理教程 本科中学时版 上PDF电子书下载

〈物理之窗〉新中国的重大科技成果 2

第1章 物理世界 5

1.1物理学导论 6

一、物理学理论 6

二、物理学理论的统一 7

三、支配宇宙运行的四种基本相互作用 9

四、粒子物理的标准模型 10

〈热门话题〉夸克及“渐近自由”现象 12

1.2物理学与工程技术 14

一、物理学为技术的形成提供科学原理 14

二、物理学影响技术进行的路线 15

三、物理学左右技术的实施方案 15

1.3物质的物理图象 15

一、宏观、微观、介观、宇观 15

〈课间小憩〉梦幻神奇的纳米技术 17

二、物质形态的分类 19

三、实物与场 24

1.4中华人民共和国法定计量单位 25

一、法定计量单位的构成 26

二、量纲和量纲分析 29

内容提要 32

练习1物理世界 32

第2章 时间 空间与运动学 37

2.1质点运动学的基本概念 37

一、理想模型 模型化方法 37

二、参考系 坐标系 39

三、时间 40

四、空间 41

五、速度 46

六、加速度 50

2.2圆周运动的角量描述 57

一、圆周运动的角量描述 57

二、角量与线量的关系 59

2.3质点运动的描述 60

一、运动描述的相对性 伽利略变换 60

二、描述运动的一般方法 64

2.4质点运动学的解题思路与方法 68

一、运动学的两类问题 68

二、运动学的解题方法 68

〈趣味物理〉枪打落猴 74

内容提要 75

练习2时间 空间与运动学 77

第3章 牛顿运动定律 85

3.1物体运动状态变化的原因 85

一、力的概念 86

二、介绍几种常见的力 87

〈趣味物理〉斜拉桥的奥妙 91

3.2牛顿运动定律 92

一、牛顿第一定律 92

〈物理学家〉I.牛顿 93

二、牛顿第二定律 94

三、牛顿第三定律 96

四、牛顿运动定律的适用范围 97

3.3质点动力学的两类问题及解题方法 99

〈趣味物理〉摩擦的巧用 105

内容提要 108

练习3牛顿运动定律 110

第4章 守恒定律 115

4.1力的时间累积效应 115

一、质点的动量定理 116

二、质点系的动量定理 119

三、动量守恒定律 120

四、动量守恒定律的应用—火箭飞行原理 121

4.2质点的动量矩定理和动量矩守恒定律 123

一、质点对定点的动量矩 123

二、外力对定点的力矩 123

三、质点对定点的动量矩定理 124

四、质点的动量矩守恒定律 125

〈课间小憩〉彗-木世纪相撞 126

4.3力的空间累积效应 127

一、功的概念 128

二、质点的动能定理 130

三、保守力的功 势能 134

四、质点系的功能原理 139

五、机械能守恒与转换定律 143

〈物理之窗〉对称性和守恒定律 144

六、普遍能量守恒与转换定律 145

内容提要 150

练习4守恒定律 152

第5章 刚体的定轴转动 160

5.1刚体运动的基本概念 161

一、刚体模型 161

二、刚体的运动 161

三、转动惯性的量度——转动惯量 162

5.2刚体定轴转动的运动学规律 166

一、刚体定轴转动的特点与研究思路 166

二、刚体定轴转动的运动学规律 167

5.3刚体定轴转动的动力学规律 170

一、刚体定轴转动的转动定律 170

〈趣味物理〉水利工程中的弧形闸门 174

二、刚体定轴转动的动量矩定理 动量矩守恒定律 175

三、刚体定轴转动的功能原理 机械能守恒定律 179

内容提要 183

练习5刚体的定轴转动 185

第6章 静电场 194

6.1电荷及其相互作用 195

一、电荷的量子化 195

二、起电 电荷守恒定律 195

三、点电荷间的相互作用规律 197

6.2从力的观点描述电场的物质性——电场强度E 198

一、电场强度E 198

二、电场线 199

三、电场强度的计算方法 200

6.3静电场的高斯定理 206

一、电场强度通量Φe 206

二、高斯定理 208

6.4从功能观点描述电场的物质性——电势U 213

一、静电场力做功的特性 213

二、电势U 214

三、静电场的环路定理 216

四、电势的计算方法 216

五、等势面 219

六、电场强度和电势的关系 电势梯度 220

6.5静电场中的导体 223

一、静电感应与静电平衡 223

二、表面电荷的分布特性 224

三、静电屏蔽 226

〈课间小憩〉等电势与高压带电作业 228

6.6静电场中的电介质 231

一、电介质的极化 231

〈课间小憩〉导电性塑料 233

二、电极化强度 233

三、电介质中的电场强度 234

四、有电介质时的电场基本定理 235

〈物理之窗〉新型智能材料——电流变液 238

6.7导体的电容 电场能量 240

一、孤立导体的电容 240

二、电容器 241

三、电容器的串、并联 243

四、电场能量 245

内容提要 249

练习6静电场 253

第7章 恒定磁场 254

7.1恒定电流的基本概念 262

一、电流的形成 262

二、电流密度 262

三、欧姆定律的微分形式 263

四、电源电动势 264

7.2磁场 265

一、磁现象 265

二、激发磁场的场源 266

三、从力的观点描述磁场的物质性——磁感强度B 268

〈课间小憩〉地磁场 270

7.3电流激发磁场的基本规律 272

一、毕奥-萨伐尔定律 272

二、运动电荷产生的磁场 277

7.4表述磁场性质的两条定理 278

一、高斯定理 278

二、安培环路定理 280

7.5磁场对运动电荷和载流导线的作用 284

一、带电粒子在磁场中的运动 284

二、霍耳效应 287

三、磁场对载流导线的作用 安培定律 289

四、磁场对载流线圈的作用 磁力矩 294

〈趣味物理〉电磁轨道炮 295

7.6磁介质对磁场的影响 297

一、三类磁介质 297

二、磁介质的磁化 298

三、介质中的安培环路定理 298

四、铁磁质 300

内容提要 302

练习7恒定磁场 304

第8章 电磁感应及电磁场 305

8.1电磁感应的实验研究 313

一、实验现象观察 314

二、实验结果分析 315

8.2电磁感应的基本定律 316

一、法拉第电磁感应定律 316

〈物理学家〉M.法拉第 318

二、楞次定律 322

8.3动生电动势 323

8.4感生电动势 327

一、感应电场 感生电动势 327

二、涡电流 330

〈物理之窗〉电磁悬浮技术 333

8.5互感与自感 334

一、互感 334

二、自感 337

8.6磁场的能量 340

〈物理之窗〉阿尔法磁谱仪 342

8.7麦克斯韦电磁场理论 343

一、位移电流 344

二、全电流安培环路定理 346

〈物理学家〉J.麦克斯韦 348

三、麦克斯韦方程组 349

内容提要 351

练习8电磁感应及电磁场 353

习题答案 359

附录 366

附录Ⅰ基本物理常量及有关数据的计算用值 366

附录Ⅱ常用数学公式 367

索引 371

第9章 热运动的统计描述 2

9.1热现象与热运动 2

一、热现象 2

二、热现象的宏观规律 3

〈物理趣闻〉壮观的“和平”号“流星雨” 4

三、分子热运动的物理图象 6

9.2统计规律 10

一、统计规律的概念 10

二、生活中的统计规律 10

三、统计规律的描述 12

四、统计规律的特点 14

9.3理想气体状态方程 16

一、平衡态与状态参量 16

二、理想气体状态方程 17

〈课间小憩〉真实气体的范德瓦耳斯方程 18

9.4压强和温度的微观意义 19

一、理想气体的微观模型 19

二、压强的微观本质 20

三、温度的微观本质 22

9.5理想气体的内能 25

一、运动自由度 25

二、能量均分定理 26

三、理想气体的内能 27

9.6麦克斯韦速率分布律 29

一、分子速率分布的实验测定 29

二、麦克斯韦速率分布律 30

三、三种统计速率 34

〈趣味物理〉方均根速率与大气成分 35

9.7平均自由程与碰撞频率 36

内容提要 38

练习9热运动的统计描述 39

第10章 热力学 44

10.1准静态过程 44

一、准静态过程 46

二、准静态过程的功 46

三、热量Q 49

10.2热力学第一定律 50

一、等体过程 52

二、等压过程 53

三、等温过程 56

四、绝热过程 57

〈物理之窗〉液化气体 60

10.3循环过程 61

一、循环过程的一般概念 61

二、卡诺循环 65

10.4热力学第二定律 69

一、自然过程的不可逆性 70

二、热力学第二定律及其微观意义 70

10.5熵与熵增加原理 72

一、宏观态与微观态 72

二、热力学概率与熵 75

三、熵增加原理 76

〈物理学家〉L.玻耳兹曼 77

内容提要 78

练习10热力学 79

第11章 简谐运动 86

11.1简谐运动及其特征 86

一、弹簧振子及其运动分析 86

二、简谐运动的特征 87

11.2简谐运动的描述方法 91

一、简谐运动方程 91

二、振动曲线 98

三、旋转矢量 99

11.3简谐运动的合成 103

一、两个同方向、同频率简谐运动的合成 103

二、两个同方向、不同频率简谐运动的合成 拍现象 105

内容提要 108

练习11简谐运动 110

第12章 波的传播规律 115

12.1机械波传播的物理图象 115

一、弹性介质模型 116

二、横波与纵波 118

三、机械波传播的物理图象 118

12.2波动的描述方法 118

一、波动的几何描述 119

二、波动曲线 120

三、波动方程 124

12.3波的能量特征 129

12.4波的干涉 130

一、波的叠加原理 131

〈物理趣闻〉孤立波与孤立子 131

二、波的干涉 132

三、驻波 136

〈课间小憩〉音乐声学 140

12.5波的衍射 142

12.6电磁波 144

一、电磁波的理论预见 144

二、赫兹实验 145

三、电磁波的基本性质 146

四、玻印廷矢量S 147

五、电磁波谱 148

〈课间小憩〉红外技术 149

12.7多普勒效应 151

内容提要 153

练习12波的传播规律 156

第13章 光的波动性 162

13.1几何光学简介 163

一、光线 光速 163

二、几何光学的基本定律 164

三、几种光学器件的成像原理 166

13.2光波的物理图象 174

一、原子发光机理 波列 174

二、光程 176

13.3光的干涉 177

一、光干涉概述 177

二、杨氏双缝干涉 179

三、薄膜干涉 182

13.4光的衍射 189

一、单缝的夫琅禾费衍射 190

二、光栅的夫琅禾费衍射 195

〈趣味物理〉无镜头摄影技术 201

三、光学仪器的分辨率 204

13.5光的偏振性 206

一、自然光和偏振光 206

二、起偏与检偏 207

三、马吕斯定律 208

四、布儒斯特定律 209

内容提要 211

练习13光的波动性 213

第14章 相对论基础 223

14.1狭义相对论的两条基本原理和洛伦兹变换 223

一、两条基本原理 224

二、洛伦兹变换 225

〈物理学家〉A.爱因斯坦 226

14.2相对论时空观 233

一、同时性的相对性 233

二、时间度量的相对性 时间膨胀 234

〈趣味物理〉孪生子效应 237

三、空间度量的相对性 长度收缩 238

四、两种时空观 240

14.3相对论动力学结论 241

一、相对论性动量 241

二、相对论运动方程 243

三、质量和能量的关系 244

四、动量和能量的关系 246

内容提要 248

练习14相对论基础 250

第15章 量子物理基础 253

15.1普朗克量子论 254

一、黑体辐射 254

二、普朗克量子论 256

〈物理学家〉M.普朗克 258

15.2光的波粒二象性 259

一、光电效应的实验规律 259

二、爱因斯坦光子学说 261

三、康普顿效应 265

15.3量子力学引论 269

一、德布罗意的物质波假说 269

〈物理学家〉L.德布罗意 271

二、海森伯不确定关系 272

〈物理学家〉W.海森伯 274

三、物质波波函数的统计解释 275

四、薛定谔方程及其应用 278

〈物理之窗〉扫描隧穿显微镜（STM） 286

15.4氢原子 288

一、氢原子光谱规律 288

二、玻尔氢原子理论 289

〈物理学家〉N波尔 291

三、氢原子的量子力学描述 295

15.5多电子原子中的电子分布 299

一、斯特恩—盖拉赫实验 电子自旋 299

二、四个量子数 301

三、多电子原子的壳层结构 301

内容提要 304

练习15 量子物理基础 307

第16章 物理学原理在近代工程技术中的应用 313

16.1激光 313

一、激光的形成机理 314

二、激光器的结构 317

三、激光器件 319

〈课间小憩〉我国第一台激光器 320

四、激光的特性与应用 322

16.2射线无损检测的物理基础 323

一、X射线的性质 324

二、X射线的产生 325

三、X射线的衰减规律 325

四、X射线检测原理 326

五、X射线照相方法和灵敏度 327

16.3铁磁质材料的磁粉无损检测 329

一、磁粉检测的特点与应用范围 329

二、磁粉检测的基本原理 330

三、被检工件的磁化方法 331

四、磁粉检测灵敏度与影响因素 332

16.4液体渗透检测的物理原理 333

一、液体的表面性质 333

二、液体渗透检测的基本原理 334

三、液体渗透检测的操作过程 335

四、影响检测灵敏度的因素 335

16.5现代光学检测 337

一、细线（丝）直径的检测 337

二、全息无损检测 338

16.6超声波检测 342

一、超声波的种类和传播波形 343

二、超声波的特征参量 344

三、超声波换能器 348

四、超声波无损检测 349

五、超声波物位（液位）测量 351

习题答案 353

附录 358

附录Ⅰ基本物理常量及有关数据的计算用值 358

附录Ⅱ常用数学公式 360

附录Ⅲ1901—2006年诺贝尔物理学奖获得者 363

索引 378

参考文献 386