本書是以教育部高等學校物理學與天文學教學指導委員會編制的《理工科類大學物理課程教學基本要求》(2010年版)的基本精神為依據(jù)而編寫的,并將首屆國家級教學名師、華中科技大學和中國石油大學(華東)特聘教授李元杰創(chuàng)立的中華數(shù)字化教學改革成果融入到教材中,解決了一些傳統(tǒng)大學物理教材中沒有解決的問題。本書改變了純知識的傳授,加強了物理模型的建立、物理思想和方法的培養(yǎng),把傳授思想、方法和知識放在同等重要的地位;將原來教材中面面俱到的教學內(nèi)容變?yōu)閱栴}引導式內(nèi)容,突出對學生自主探究式學習能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。
大自然千姿百態(tài),變化萬千。老子說,三生萬物。大自然的最高規(guī)律有三大類:決定論、隨機論和混沌論。在人類探索自然奧秘的過程中形成的物理學是自然科學的基礎(chǔ),物理學不僅要充分體現(xiàn)大自然的最高規(guī)律,而且要改變?nèi)祟惱斫獯笞匀坏乃季S方式,物理學為人類文明的發(fā)展提供了科學的世界觀和方法論,是人類文明發(fā)展的基石。
20世紀科學技術(shù)給人類社會所帶來的最大沖擊,莫過于以現(xiàn)代計算機為基礎(chǔ)發(fā)展起來的電子與網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù),它標志著人類社會進入了“信息時代”。掌握使用現(xiàn)代信息技術(shù)的能力是當代高校對大學生能力的培養(yǎng)提出的三個指標之一。
2006年,首屆國家級教學名師、華中科技大學和中國石油大學(華東)特聘教授李元杰將科學的思想文化與現(xiàn)代數(shù)字計算技術(shù)相結(jié)合,創(chuàng)立了“新技術(shù)一新理念一新模式”的中華數(shù)字化教學體系,并在多所重點大學精英班試用。在現(xiàn)代創(chuàng)新教育中實現(xiàn)了學而有思、思而有行、行能有果、果自生趣、趣必成才。
為了讓更多的高等學校大學生受益于數(shù)字化教學改革的成果,中國石油大學(華東)大學物理教研組將數(shù)字化教學體系與現(xiàn)有大學物理教學體系有機結(jié)合,對傳統(tǒng)的教材體系和內(nèi)容進行了重新整合,編寫了全新的數(shù)字化大學物理教材。新編的教材突出了以下幾個特點:
1.注重物理思想和方法及多學科思維和文化的融合
將科學思想文化和分析、解決問題的方法從物理知識中提煉出來,與具體的實例相結(jié)合,提高教學內(nèi)容的思想性。各章中增加對科學家研究方法和典型事跡的介紹,使整本教材在嚴謹?shù)淖匀豢茖W討論中散發(fā)出濃濃的人文氣息。
2.采用“鑲嵌式”的方法,將數(shù)字化典型案例引入大學物理教學知識體系
將數(shù)字化教學改革成果融入教材中。選擇有代表性的數(shù)字物理典型案例,采用“教師講授去繁求簡,學生實踐依簡入深”的指導思想,重在通過典型案例傳授方法,啟發(fā)創(chuàng)新思維。將抽象、復雜的物理問題轉(zhuǎn)化為可視化的圖像,使之既符合學生的實際情況,又能解決傳統(tǒng)物理教學無法解決的實際問題。
3.增加問題引導式教學內(nèi)容,啟發(fā)學生積極思考
從面面俱到的傳統(tǒng)教學內(nèi)容中,提煉出學生根據(jù)基本知識可以自主探究而解決的問題,引導學生在學習過程中積極思考,培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和解決實際問題的能力。具體做法是將大學物理的知識整合,針對學生能力可達的部分知識形成引導式問題,以引導式問題代替面面俱到的知識表述,引導學生以基本知識為思考依據(jù),變被動接受為主動思考,從而建立屬于自己的知識體系。
第一篇 力學
第一章 質(zhì)點運動學
1.1 質(zhì)點運動的矢量描述
1.2 相對運動
本章習題
第二章 質(zhì)點(系)動力學
2.1 牛頓運動定律
2.2 非慣性系
2.3 沖量和動量
2.4 力矩和角動量
2.5 功和能
2.6 對稱性與守恒定律
2.7 哈密頓動力學簡介
本章習題
第三章 剛體力學基礎(chǔ)
3.1 剛體運動學
3.2 剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量定理
和角動量守恒定律
3.3 剛體定軸轉(zhuǎn)動的功和能
3.4 進動與陀螺儀
本章習題
第四章 狹義相對論
4.1 狹義相對論的基本假設(shè)
4.2 洛倫茲變換狹義相對論的時空觀
4.3 狹義相對論動力學
4.4 廣義相對論
本章習題
第二篇 振動與波動
第五章 機械振動與機械波
5.1 簡諧振動
5.2 阻尼振動受迫振動共振
5.3 簡諧振動的合成
5.4 機械波的基本概念
5.5 平面簡諧波
5.6 波的干涉
5.7 多普勒效應(yīng)
5.8 沖擊波
本章習題
第六章 波動光學
6.1 光波的物理圖像
6.2 光波干涉的一般論述
6.3 楊氏雙縫干涉
6.4 薄膜干涉
6.5 邁克耳孫干涉儀
6.6 光波衍射的一般論述
6.7 單縫夫瑯禾費衍射
6.8 圓孔夫瑯禾費衍射成像儀器
分辨本領(lǐng)
6.9 光柵衍射
6.10 x射線衍射
6.11 光的偏振
本章習題
第三篇 熱學
第七章 氣體動理論
7.1 氣體的宏觀描述
7.2 氣體的微觀圖像
7.3 理想氣體模型
7.4 熱運動的統(tǒng)計規(guī)律
7.5 氣體分子分布律
7.6 輸運過程
本章習題
第八章 熱力學
8.1 熱力學第一定律
8.2 理想氣體的等值過程與摩爾熱容
8.3 絕熱過程與多方過程
8.4 循環(huán)過程卡諾循環(huán)
8.5 熱力學第二定律
8.6 熵增加原理
8.7 熱力學第三定律
8.8 信息與信息熵
本章習題