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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｝实物动画的制作 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

1.2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（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（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（动画） 73

｛范例1.9｝导弹拦截（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

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

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（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

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（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 167

｛范例4.6｝圆环滚动的规律（动画） 168

｛范例4.7｝薄板在空气中转动的规律 172

｛范例4.8｝直杆自然滑倒的规律 176

｛范例4.9｝质点与刚体的碰撞 179

｛范例4.10｝双人滑冰运动员的拉手和旋转（动画） 181

练习题 183

第5章 机械振动 186

5.1基本内容 186

5.2范例的解析、图示、算法和程序 189

｛范例5.1｝弹簧振子的运动规律（动画） 189

｛范例5.2｝旋转矢量法（动画） 191

｛范例5.3｝弹簧下端悬挂物体被子弹击入后的振动 193

｛范例5.4弹簧振子的能量 194

｛范例5.5｝轻杆单摆振动的周期和规律（动画） 196

｛范例5.6｝圆弧和圆环复摆的运动规律（动画） 202

｛范例5.7｝弹簧振子的阻尼振动 204

｛范例5.8｝阻尼弹簧振子的受迫振动 207

｛范例5.9｝同一直线上简谐振动的合成 214

｛范例5.10｝互相垂直的简谐振动的合成（动画） 218

练习题 223

第6章 机械波 226

6.1基本内容 226

6.2范例的解析、图示、算法和程序 229

｛范例6.1｝横波和纵波的形成（动画） 229

｛范例6.2｝平面简谐波的方程 231

｛范例6.3｝球面波的传播（动画） 233

｛范例6.4｝用惠更斯作图法确定波阵面（动画） 235

｛范例6.5｝波的衍射（动画） 237

｛范例6.6｝波的叠加原理（动画） 237

｛范例6.7｝波的干涉强度和图样（动画） 238

｛范例6.8｝驻波的形成（动画） 244

｛范例6.9｝声波的多普勒效应和冲击波的产生（动画） 246

｛范例6.10｝火车运动的多普勒效应 250

练习题 251

第7章 波动光学 253

7.1基本内容 253

7.2范例的解析、图示、算法和程序 255

｛范例7.1｝两束相干光叠加的强度和干涉条纹 255

｛范例7.2｝劈尖的等厚干涉条纹 258

｛范例7.3｝牛顿环（动画） 260

｛范例7.4｝薄膜等倾干涉的条纹和级次 262

｛范例7.5｝夫琅禾费单缝衍射的强度和条纹 265

｛范例7.6｝夫琅禾费圆孔衍射和瑞利判据 270

｛范例7.7｝光栅衍射的强度和条纹 275

｛范例7.8｝单轴晶体的子波波阵面（动画） 278

｛范例7.9｝三个偏振片系统的光强变化（动画） 279

｛范例7.10｝渥拉斯顿棱镜中的双折射 280

练习题 281

第8章 气体分子运动论和热力学基础 284

8.1基本内容 284

8.2范例的解析、图示、算法和程序 289

｛范例8.1｝气体压强的产生（动画） 289

｛范例8.2｝伽尔顿板的模拟（动画） 294

｛范例8.3｝麦克斯韦速度分布律 296

｛范例8.4｝麦克斯韦速率分布律 297

｛范例8.5｝平均速率和方均根速率 301

｛范例8.6｝玻耳兹曼分布律 305

｛范例8.7｝理想气体的绝热过程和多方过程 307

｛范例8.8｝卡诺循环图 309

｛范例8.9｝奥托循环图 312

｛范例8.10｝狄塞尔循环图 315

练习题 316

第9章 静电场 319

9.1基本内容 319

9.2范例的解析、图示、算法和程序 324

｛范例9.1｝点电荷的电场 324

｛范例9.2｝等量异号点电荷和电偶极子的电场 325

｛范例9.3｝均匀带电线段的电场 329

｛范例9.4｝平行直线电荷的电场 334

｛范例9.5｝均匀带电圆环、圆盘和圆圈在轴线上的电场 340

｛范例9.6｝均匀带电球面、球体和球壳的电场 346

｛范例9.7｝均匀带电圆柱面、圆柱体和圆柱壳的电场 351

｛范例9.8｝直线电荷与共面带电线段之间的作用力 356

｛范例9.9｝直线电荷与共面圆弧电荷之间的作用力 359

｛范例9.10｝点电荷在有孔带电平面轴线上的运动规律 362

练习题 366

第10章 恒磁场 370

10.1基本内容 370

10.2范例的解析、图示、算法和程序 372

｛范例10.1｝运动电荷的磁场 372

｛范例10.2｝通电线段的磁场 373

｛范例10.3｝无限长直线电流的磁感应线的分布规律 374

｛范例10.4｝等强同向平行直线电流的磁感应强度 376

｛范例10.5｝圆柱面、圆柱体和圆柱壳载流导体内外的磁场 378

｛范例10.6｝通电圆环和亥姆霍兹线圈在轴线上的磁场 381

｛范例10.7｝通电螺线管轴线上的磁场 384

｛范例10.8｝与直线电流共面的通电半圆环所受的安培力 386

｛范例10.9｝带电粒子在匀强磁场中的运动规律（动画） 388

｛范例10.10｝带电粒子在非匀强磁场中的运动规律（动画） 390

练习题 395

第11章 导体、电介质和磁介质 397

11.1基本内容 397

11.2范例的解析、图示、算法和程序 400

｛范例11.1｝同心导体球和球壳之间的电势差和感应电荷 400

｛范例11.2｝匀强电场中导体球的电场和总电场 402

｛范例11.3｝电介质的极化 405

｛范例11.4｝带电金属球在均匀介质中的场强 407

｛范例11.5｝静电除尘器金属丝表面的场强 409

｛范例11.6｝从平行板电容器中抽出介质板所做的功 410

｛范例11.7｝球形电容器的电容 412

｛范例11.8｝顺磁质的磁化 414

｛范例11.9｝长直圆柱体和介质中的磁感应强度和磁场强度 416

｛范例11.10｝同轴电缆的能量密度 419

练习题 420

第12章 变化的电磁场 422

12.1基本内容 422

12.2范例的解析、图示、算法和程序 424

｛范例12.1｝在匀强磁场中旋转导体棒的电动势（动画） 424

｛范例12.2｝在直线电流的磁场中旋转线圈的电动势 425

｛范例12.3｝磁场中U形框上导体的运动规律 428

｛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 431

｛范例12.5｝圆形螺绕环的自感系数 433

｛范例12.6｝直线与共面圆环的互感系数 435

｛范例12.7｝圆板电容器的位移电流和磁感应强度 437

｛范例12.8｝匀速直线运动电荷的位移电流和磁场 440

｛范例12.9｝电磁波的发射（动画） 442

｛范例12.10｝平面电磁波的传播（动画） 444

练习题 448

第13章 狭义相对论 452

13.1基本内容 452

13.2范例的解析、图示、算法和程序 453

｛范例13.1｝相对论时间膨胀和长度收缩效应 453

｛范例13.2｝洛伦兹坐标变换 457

｛范例13.3｝洛伦兹速度变换 460

｛范例13.4｝相对论质量与速度的关系 463

｛范例13.5｝静止粒子在恒力作用下的直线运动 465

｛范例13.6｝带电粒子在磁场中的圆周运动 467

｛范例13.7｝相对论能量和动量的关系 467

｛范例13.8｝贝托齐极限速率实验结果的模拟 469

｛范例13.9｝静止质量相同的粒子的相对论完全非弹性碰撞 470

｛范例13.10｝静止粒子的衰变 474

练习题 479

第14章 量子论基础 481

14.1基本内容 481

14.2范例的解析、图示、算法和程序 484

｛范例14.1｝黑体辐射随波长的变化规律 484

｛范例14.2｝光电效应测定普朗克常数 487

｛范例14.3｝康普顿散射 489

｛范例14.4｝氢原子光谱的规律 492

｛范例14.5｝电子的德布罗意波长和双缝干涉图样的模拟（动画） 495

｛范例14.6｝一维无限深势阱中粒子的波函数 499

｛范例14.7｝势垒和隧道效应（动画） 501

｛范例14.8｝角动量空间量子化模型 506

｛范例14.9｝氢原子的角向概率密度和径向概率密度 508

｛范例14.10｝氢原子的电子云图和概率密度等值面图 513

练习题 521

参考文献 523