MATLAB可视化大学物理学 第2版PDF电子书下载

第0章 MATLAB在大学物理中的应用基础 1

0.1 MATLAB命令窗口的操作 1

范例0.1 数值和变量 2

范例0.2 曲线的绘制 5

范例0.3 矩阵的操作 10

0.2 程序的结构 14

范例0.4 程序的顺序结构 14

范例0.5 程序的单分支和双分支结构 15

范例0.6 程序的多分支结构 16

范例0.7 逻辑运算 18

范例0.8 程序的固定循环结构 19

范例0.9 程序的双重循环结构 20

范例0.10 程序的不定循环结构 21

范例0.11 函数文件 23

0.3 常用绘图方法 25

范例0.12 曲线和曲线族的绘制 26

范例0.13 极坐标曲线的画法和曲线动画的演示 30

范例0.14 箭杆的画法和两力的合成 31

范例0.15 图形数据的获取和黑体辐射实验结果的模拟 33

范例0.16 曲面的画法 34

范例0.17 等值线的画法 36

范例0.18 图像的画法和光的双缝干涉图样 38

范例0.19 图形动画的制作 39

0.4 常用计算方法 41

范例0.20 超越方程的求解 41

范例0.21 导数的计算 42

范例0.22 积分的计算 43

范例0.23 微分方程的求解方法 46

范例0.24 偏导数的计算和等量异号点电荷的电场 49

练习题 52

第1章 质点运动学 55

1.1 基本内容 55

1．质点和参考系 55

2．位矢和位移 55

3．速度 56

4．加速度 56

5．角量与线量的关系 57

6．三种典型的运动 58

7．相对运动 59

1.2 范例的解析、图示、算法和程序 59

范例1.1 质点直线运动的位置、速度和加速度 59

范例1.2 质点的匀速圆周运动（曲线动画） 61

范例1.3 质点的变速圆周运动 63

范例1.4 质点的螺旋运动（曲线动画） 65

范例1.5 竖直上抛运动 66

范例1.6 斜抛物体的水平射程和竖直射高 70

范例1.7 斜抛物体在斜坡上的射程 72

范例1.8 平抛小球在地面上跳跃的轨迹（曲线动画） 73

范例1.9 导弹拦截（曲线动画） 76

范例1.10 飞机在风中往返的时间 78

练习题 80

第2章 牛顿运动定律 84

2.1 基本内容 84

1．常见的力 84

2．牛顿运动三定律 84

3．牛顿第二定律的分量形式 85

4．分离变量法求解牛顿第二定律的微分方程 85

5．惯性参照系 85

2.2 范例的解析、图示、算法和程序 86

范例2.1 力的正交分解与合成 86

范例2.2 斜面上物体在水平力作用下的平衡 87

范例2.3 轻线单摆冲击运动的角速度和张力 89

范例2.4 摩擦力与速率成正比的圆周运动 91

范例2.5 小球在水中沉降的规律 93

范例2.6 小球在空气中竖直上抛运动的规律 98

范例2.7 小球在空气中平抛运动的规律 105

范例2.8 降落伞下降的规律 109

范例2.9 船的运动规律 112

范例2.10 均匀链条从光滑桌面上滑落的规律 118

练习题 123

第3章 运动的守恒定律 127

3.1 基本内容 127

1．动量和冲量 127

2．碰撞 128

3．火箭的运动规律 128

4．功和能 128

5．角动量和力矩 129

6．有心力和宇宙速度 129

3.2 范例的解析、图示、算法和程序 130

范例3.1 保守力的势能和力 130

范例3.2 物体从半圆上无摩擦滑下的角度 132

范例3.3 对心完全弹性碰撞的速度 135

范例3.4 对心非完全弹性碰撞的速度和损失的机械能 138

范例3.5 悬挂小球与悬挂蹄状物完全非弹性碰撞的张角 141

范例3.6 中子与原子核做完全弹性碰撞后的速度和损失的动能 142

范例3.7 二维完全非弹性碰撞的速度和损失的机械能 144

范例3.8 火箭发射的高度、速度和加速度 145

范例3.9 我国第一颗人造地球卫星的椭圆轨道和周期（曲线动画） 147

范例3.10 宇宙速度和飞船的运动轨迹 150

练习题 152

第4章 刚体的转动 155

4.1 基本内容 155

1．刚体及其运动 155

2．刚体的转动惯量 155

3．刚体运动定理 156

4．刚体的功和能 157

5．刚体的角动量定理和角动量守恒定律 157

4.2 范例的解析、图示、算法和程序 157

范例4.1 轻质杆的斜抛运动（图形动画） 157

范例4.2 细棒和球壳的转动惯量 159

范例4.3 半圆圈的质心和转动惯量 162

范例4.4 共轴定滑轮系统的加速度和张力 164

范例4.5 均匀圆形物体从斜面滚下时质心的速度 168

范例4.6 圆环滚动的规律（图形动画） 169

范例4.7 薄板在空气中转动的规律 173

范例4.8 直杆自然滑倒的规律 177

范例4.9 质点与刚体的碰撞 180

范例4.10 双人滑冰运动员的拉手和旋转（图形动画） 182

练习题 184

第5章 机械振动 187

5.1 基本内容 187

1．振动和简谐振动的方程 187

2．简谐振动的物理量 187

3．旋转矢量法 188

4．简谐振动的能量 188

5．阻尼振动 188

6．受迫振动 189

7．同直线简谐振动的合成 189

8．相互垂直简谐振动的合成 190

5.2 范例的解析、图示、算法和程序 190

范例5.1 弹簧振子的运动规律（图形动画） 190

范例5.2 旋转矢量法（图形动画） 192

范例5.3 弹簧下端悬挂物体被子弹击入后的振动 194

范例5.4 弹簧振子的能量 196

范例5.5 轻杆单摆振动的周期和规律（图形动画） 197

范例5.6 圆弧和圆环复摆的运动规律（图形动画） 204

范例5.7 弹簧振子的阻尼振动 206

范例5.8 阻尼弹簧振子的受迫振动 209

范例5.9 同一直线上简谐振动的合成 215

范例5.10 互相垂直的简谐振动的合成（曲线动画） 219

练习题 224

第6章 机械波 227

6.1 基本内容 227

1．机械波 227

2．波函数 227

3．波的动力学方程 228

4．波速公式 228

5．波的能量与能流 228

6．惠更斯原理 229

7．波传播的独立性 229

8．波的叠加原理 229

9．多普勒效应 230

6.2 范例的解析、图示、算法和程序 230

范例6.1 横波和纵波的形成（图形动画） 230

范例6.2 平面简谐波的方程 232

范例6.3 球面波的传播（图形动画） 234

范例6.4 用惠更斯作图法确定波阵面（图形动画） 236

范例6.5 波的衍射（图形动画） 238

范例6.6 波的叠加原理（图形动画） 239

范例6.7 波的干涉强度和图样（图形动画） 239

范例6.8 驻波的形成（图形动画） 245

范例6.9 声波的多普勒效应和冲击波的产生（图形动画） 247

范例6.10 火车运动的多普勒效应 251

练习题 252

第7章 波动光学 254

7.1 基本内容 254

1．光的干涉 254

2．光的衍射 255

3．光的偏振 256

7.2 范例的解析、图示、算法和程序 256

范例7.1 两束相干光叠加的强度和干涉条纹 256

范例7.2 劈尖的等厚干涉条纹 259

范例7.3 牛顿环（图形动画） 261

范例7.4 薄膜等倾干涉的条纹和级次 263

范例7.5 夫琅禾费单缝衍射的强度和条纹 266

范例7.6 夫琅禾费圆孔衍射和瑞利判据 271

范例7.7 光栅衍射的强度和条纹 276

范例7.8 单轴晶体的子波波阵面（图形动画） 279

范例7.9 三个偏振片系统的光强变化（图形动画） 280

范例7.10 渥拉斯顿棱镜中的双折射 281

练习题 282

第8章 气体分子运动论和热力学基础 285

8.1 基本内容 285

1．气体状态方程 285

2．分子运动论 285

3．分子分布律 287

4．分子之间的碰撞 287

5．热力学第一定律 288

6．热力学过程 288

7．循环和效率 289

8．不可逆过程 289

9．热力学第二定律 289

10．卡诺定理 289

11．熵和熵增加原理 290

8.2 范例的解析、图示、算法和程序 290

范例8.1 气体压强的产生（图形动画） 290

范例8.2 伽尔顿板的模拟（图形动画） 295

范例8.3 麦克斯韦速度分布律 297

范例8.4 麦克斯韦速率分布律 298

范例8.5 平均速率和方均根速率 302

范例8.6 玻耳兹曼分布律 306

范例8.7 理想气体的绝热过程和多方过程 308

范例8.8 卡诺循环图 310

范例8.9 奥托循环图 313

范例8.10 狄塞尔循环图 316

练习题 317

第9章 静电场 320

9.1 基本内容 320

1．电荷 320

2．电荷之间的作用力 320

3．电场和电场强度 321

4．典型源电荷的电场 321

5．电场对电荷的作用 322

6．电场的几何表示 322

7．高斯定理 323

8．电场强度的线积分 323

9．典型电场的电势 323

10．电场强度和电势的关系 324

11．等势线和电场线的微分方程 324

9.2 范例的解析、图示、算法和程序 325

范例9.1 点电荷的电场 325

范例9.2 等量异号点电荷和电偶极子的电场 326

范例9.3 均匀带电线段的电场 330

范例9.4 平行直线电荷的电场 335

范例9.5 均匀带电圆环、圆盘和圆圈在轴线上的电场 341

范例9.6 均匀带电球面、球体和球壳的电场 347

范例9.7 均匀带电圆柱面、圆柱体和圆柱壳的电场 352

范例9.8 直线电荷与共面带电线段之间的作用力 357

范例9.9 直线电荷与共面圆弧电荷之间的作用力 360

范例9.10 点电荷在有孔带电平面轴线上的运动规律 363

练习题 367

第10章 恒磁场 371

10.1 基本内容 371

1．磁极和磁矩 371

2．磁力的性质 371

3．磁场和磁感应强度 371

4．典型磁场 372

5．磁感应线和磁通量 372

6．磁场的定理 372

7．磁场的作用力 373

10.2 范例的解析、图示、算法和程序 373

范例10.1 运动电荷的磁场 373

范例10.2 通电线段的磁场 374

范例10.3 无限长直线电流的磁感应线的分布规律 375

范例10.4 等强同向平行直线电流的磁感应强度 377

范例10.5 圆柱面、圆柱体和圆柱壳载流导体内外的磁场 379

范例10.6 通电圆环和亥姆霍兹线圈在轴线上的磁场 382

范例10.7 通电螺线管轴线上的磁场 385

范例10.8 与直线电流共面的通电半圆环所受的安培力 387

范例10.9 带电粒子在匀强磁场中的运动规律（曲线动画） 389

范例10.10 带电粒子在非匀强磁场中的运动规律（曲线动画） 391

练习题 396

第11章 导体、电介质和磁介质 398

11.1 基本内容 398

1．静电场中的导体 398

2．电容 398

3．电介质的极化 399

4．电位移矢量 399

5．静电场的能量 400

6．磁介质的磁化 400

7．磁场强度矢量 400

8．磁感应强度矢量B与磁化强度矢量M和磁场强度矢量H的关系 400

9．恒磁场的能量 401

11.2 范例的解析、图示、算法和程序 401

范例11.1 同心导体球和球壳之间的电势差和感应电荷 401

范例11.2 匀强电场中导体球的电场和总电场 403

范例11.3 电介质的极化 406

范例11.4 带电金属球在均匀介质中的场强 408

范例11.5 静电除尘器金属丝表面的场强 410

范例11.6 从平行板电容器中抽出介质板所做的功 411

范例11.7 球形电容器的电容 413

范例11.8 顺磁质的磁化 415

范例11.9 长直圆柱体和介质中的磁感应强度和磁场强度 417

范例11.10 同轴电缆的能量密度 420

练习题 421

第12章 变化的电磁场 423

12.1 基本内容 423

1．电磁感应 423

2．自感 423

3．互感 424

4．磁能 424

5．位移电流和全电流 424

6．麦克斯韦方程组 424

7．电磁波及其性质 424

12.2 范例的解析、图示、算法和程序 425

范例12.1 在匀强磁场中旋转导体棒的电动势（图形动画） 425

范例12.2 在直线电流的磁场中旋转线圈的电动势 426

范例12.3 磁场中U形框上导体的运动规律 429

范例12.4 无限长通电螺线管磁场变化时的感生电场和电动势 432

范例12.5 圆形螺绕环的自感系数 434

范例12.6 直线与共面圆环的互感系数 436

范例12.7 圆板电容器的位移电流和磁感应强度 438

范例12.8 匀速直线运动电荷的位移电流和磁场 441

范例12.9 电磁波的发射（图形动画） 443

范例12.10 平面电磁波的传播（图形动画） 445

练习题 449

第13章 狭义相对论 453

13.1 基本内容 453

1．伽利略变换 453

2．狭义相对论的基本原理 453

3．时空观 453

4．相对论效应 453

5．洛伦兹坐标变换 454

6．洛伦兹速度变换 454

7．相对论力学 454

13.2 范例的解析、图示、算法和程序 454

范例13.1 相对论时间膨胀和长度收缩效应 454

范例13.2 洛伦兹坐标变换 458

范例13.3 洛伦兹速度变换 461

范例13.4 相对论质量与速度的关系 464

范例13.5 静止粒子在恒力作用下的直线运动 466

范例13.6 带电粒子在磁场中的圆周运动 468

范例13.7 相对论能量和动量的关系 468

范例13.8 贝托齐极限速率实验结果的模拟 470

范例13.9 静止质量相同的粒子的相对论完全非弹性碰撞 471

范例13.10 静止粒子的衰变 475

练习题 480

第14章 量子论基础 482

14.1 基本内容 482

1．黑体辐射的规律 482

2．爱因斯坦的光量子理论 483

3．康普顿效应 483

4．氢原子光谱的规律 483

5．玻尔的氢原子理论 483

6．德布罗意波 484

7．不确定量关系 484

8．波函数和薛定谔方程 484

9．氢原子的量子力学处理 484

10．原子核外电子的排列规律 485

14.2 范例的解析、图示、算法和程序 485

范例14.1 黑体辐射随波长的变化规律 485

范例14.2 光电效应测定普朗克常数 488

范例14.3 康普顿散射 490

范例14.4 氢原子光谱的规律 493

范例14.5 电子的德布罗意波长和双缝干涉图样的模拟（图形动画） 496

范例14.6 一维无限深势阱中粒子的波函数 500

范例14.7 势垒和隧道效应（图形动画） 502

范例14.8 角动量空间量子化模型 507

范例14.9 氢原子的角向概率密度和径向概率密度 509

范例14.10 氢原子的电子云图和概率密度等值面图 514

练习题 521

参考文献 523