作者在多年的教學試點和文科類教學的實踐基礎上編寫了本教材。作者認為,不論授課對象是何專業(yè)的學生,教材都必須展示物理學的體系和內容,即物理學揭示的物質世界的基本規(guī)律、分析問題的基本思路、解決問題的基本方法,必須使學生體會物理學的全貌和體系。物理課必須詮釋物理,只不過授課對象不同,教學要求不同而已。《物理學概論》按運動形式分類安排內容,包括概述篇、力學篇、波動篇、電磁篇和統(tǒng)計量子篇5篇共10章。
由于本教材包括了大學物理中的基本內容,故也可作為非物理類的其他學科的物理教材或參考書,也可供教師參考。
本教材具有以下特點:第一,結構緊湊,用較少的篇幅展示了物理學的核心內容。第二.針對文科類學生的基礎和專業(yè)需要,在習題的選取上以基本概念題目為主,輔以少許靈活應用的題目;并推薦一些課外讀物,以擴大學生的視野,同時也可檢驗文科學生閱讀科技書籍的能力。第三,本教材在耗散結構的基礎上,提出若以耗散結構為基本物理模型,可以將西方文明和東方文化結合起來.這可能是實現自然科學和人文科學的統(tǒng)一的極好途徑。這一章是郭繼華教授近10年的研究結果,首次引入物理教材,以期逐漸發(fā)展和完善。
本教材的概述篇為讀者展示物理學的全貌及物理學研究問題的共同思路,力圖激發(fā)學生的興趣,提高學生的視點,使其感覺到物理學的脈絡,縱覽物理學。
力學篇以運動和時空關系為線索展開運動學;動力學則以對稱性與守恒定律的關系展開。波動篇以機械波為切入點闡明波的普遍性質;以應用說明光的波動性。電磁篇以靜電場為例說明研究場的一般方法,通過相對論關系完整地展示電磁學的美。統(tǒng)計量子篇中以氣體分子動理論為載體介紹統(tǒng)計物理的基本思想,從經典物理學遇到的困難引入量子概念,以量子力學的幾個重要假設為基礎介紹量子力學的基本原理和處理問題的基本思路,并給出量子力學的重要結果。最后,我們首次嘗試在大學物理教程中探討實現自然科學和人文科學統(tǒng)一的途徑。本書加*部分為選講內容。
本教材具有以下特點:第一,結構緊湊,用較少的篇幅展示了物理學的核心內容。第二,針對文科類學生的基礎和專業(yè)需要,在習題的選取上以基本概念題目為主,輔以少許靈活應用的題目;并推薦一些課外讀物,以擴大學生的視野,同時也可檢驗文科學生閱讀科技書籍的能力。第三,本教材在耗散結構的基礎上,提出若以耗散結構為基本物理模型,可以探討實現自然科學和人文科學統(tǒng)一的途徑。這一章是郭繼華教授近10年的研究結果,首次引入物理教材,以期逐漸發(fā)展和完善。
第1~7章是在劉鳳英、陳惟蓉編寫的力學、波動和電磁學講義的基礎上由劉鳳英執(zhí)筆修改,第8、9章由劉鳳英執(zhí)筆,第10章由郭繼華執(zhí)筆。清華大學物理系2006博士生潘江陵給出了部分習題解答。該教材2009年2-6月在清華大學經管7、社科8、新聞8、法律8大班(134人)運用,效果良好,并聽取他們的意見做了補充和修改。全書由劉鳳英統(tǒng)稿,由戴松濤進行了總校對。由于編者學識有限,不當之處和錯誤懇請讀者指正。
大學物理課程是理工科類高等教育中重要的基礎課。隨著我國經濟的發(fā)展和科學技術的進步,各學科的格局正在發(fā)生變化,新興學科、交叉學科不斷出現,從而對高等教育中物理學的教育提出了新的各種層次的需求;近年來非理工類的學科也意識到物理學思想方法的重要性,于是逐步形成了適應不同類別學科需求、不同學時、不同要求層次的多類型的系列課程。教材建設是課程建設的當務之急,其中,文科類及工科少學時的大學物理課程對教材的要求尤為迫切。作者在多年的教學試點和文科類教學的實踐基礎上為文科類學生編寫了這套大學物理教程。本書力圖用最佳的教學體系、最精練的語言、最短的篇幅向這類學生展示物理學的精髓。
作者認為,不論授課對象是哪類學生,教材都必須展示物理學的體系和內容,即物理學揭示的物質世界的基本規(guī)律、分析問題的基本思路和基本原理、解決問題的基本方法,必須使學生體會物理學的全貌和體系。物理課必須詮釋物理,只不過,授課對象不同,教學要求不同而已。本書采用按運動形式分類按排內容的方式。本書包括概述篇、力學篇、波動篇、電磁篇、統(tǒng)計量子篇共五篇11章。
概述篇展示物理學的全貌及物理學研究問題的共同思路,使學生站得高,將來才能看得遠。
力學篇以運動和時空關系為線索展開運動學;動力學則以對稱性與守恒定律的關系展開。從而使學生在中學的基礎上進一步認識物理學。有理工基礎的大學生可以在中學的基礎上總結歸納提高;無理工基礎的大學生也可以盡快進入角色,摸到物理學的脈搏。
波動篇以機械波為切入點闡明波的普遍性質;以應用說明光的波動性。
電磁篇以靜電場為例說明研究場的一般方法,然后擴展到其他原因的場,如穩(wěn)恒電流的電場和磁場;感生電場、感生磁場。通過場量的相對論關系完整地展示電磁學的美。
統(tǒng)計量子篇中以氣體分子動理論為載體介紹統(tǒng)計物理的基本思想,從經典物理學遇到的困難開始引入量子概念,以量子力學的幾個重要假設為基礎介紹量子力學的基本原理和處理問題的基本思路,最后給出量子力學的重要結果。在耗散結構的基礎上,提出若以耗散結構為基本物理模型,可以將西方文明和東方文化結合起來,從而達到自然科學和人文科學的統(tǒng)一。這一章是郭繼華教授近10年的研究結果,第一次引入物理教材,以期逐漸發(fā)展完善。
考慮到文科類和工科少學時學生的實際,習題選取的原則是以基本概念題目為主,輔以少許靈活應用的題目;并推薦一些課外讀物,以擴大學生的視野,也可檢驗文科學生閱讀科技書籍的能力。
物理學概論 編者的話 本教程也可作為非物理類的其他學科的物理教材或參考書,也可供教師參考。
本教程除第10章由郭繼華教授撰寫外,其余均由劉鳳英統(tǒng)稿完成。由于作者學識有限,不當之處和錯誤懇請讀者指正。
概述篇
第0章概述物理學
0.1物理學和物質世界
0.1.1物質世界
0.1.2關于兩個前沿的基本理論
0.1.3物理學使人們深刻認識物質世界
0.2物理學與科學思維
0.2.1物理學的研究方法
0.2.2物理學家的科學態(tài)度
0.3物理學與其他的學科發(fā)展
0.3.1物理學為其他學科創(chuàng)立原理和技術
0.3.2物理學為一切學科提供了基本的實驗手段和基本研究方法
0.3.3物理知識是促進各學科發(fā)展的重要基礎知識
0.4物理學中的基本研究思路
0.4.1物理學的分支
0.4.2物理學研究問題的共同思路
力學篇
第1章牛頓運動定律
1.1理想模型自由度
1.1.1質點剛體
1.1.2機械運動的基本形式自由度
1.2質點運動的描述
1.2.1描述質點運動的物理量
1.2.2運動的坐標表述
1.3質點運動學問題舉例
1.3.1直線運動
1.3.2拋體運動
1.3.3圓周運動
1.4牛頓運動定律
1.4.1牛頓運動定律
1.4.2牛頓運動定律與慣性參考系
1.5牛頓運動定律的應用舉例
1.6非慣性系中的慣性力
1.6.1加速平動參考系中的慣性力
1.6.2均勻轉動參考系中的慣性力——慣性離心力、科里奧利力
1.6.3地球因公轉、自轉引起的力學現象
習題
教學參考1-1矢量的基本運算和單位矢量的變化率
教學參考1-2常見力
教學參考1-3科里奧利力
第2章運動與時空
2.1相對性原理和變換
2.1.1力學相對性原理和伽利略變換
2.1.2狹義相對論的基本原理
2.1.3愛因斯坦一洛倫茲變換
2.2狹義相對論的運動學效應
2.2.1時間膨脹(運動時鐘變慢)
2.2.2長度縮短(運動尺度收縮)
2.2.3時空不變量
2.3相對論速度變換
2.4狹義相對論質量和動量
2.4.1相對論性質量和動量
2.4.2狹義相對論運動方程
2.4.3相對論性動能和能量
2.4.4相對論動量能量關系
2.5廣義相對論簡介
2.5.1等效原理
2.5.2廣義相對性原理
2.5.3史瓦西場中固有時與真實距離
2.5.4史瓦西半徑和黑洞
2.5.5廣義相對論的可觀測效應
習題
教學參考2-1洛倫茲變換的導出
第3章對稱性與守恒定律
3.1動量定理和動量守恒定律
3.1.1質點的動量定理
3.1.2質點系的動量定理
3.1.3動量守恒定律
3.2角動量定理和角動量守恒定律
3.2.1質點對定點的角動量
3.2.2質點的角動量定理和質點的角動量守恒
3.2.3質點系的角動量定理和角動量守恒定律
3.3動能定理和機械能守恒定律
3.3.1功和功率
3.3.2質點的動能定理
3.3.3質點系的動能定理
3.3.4一對內力的功
3.3.5保守力
3.3.6勢能
3.3.7機械能守恒定律
3.4對稱性與守恒定律
3.4.1對稱性和對稱操作(變換)
3.4.2對稱性和因果律——對稱性原理
3.4.3對稱性與守恒定律
3.5質心和質心運動定理
3.5.1質心
3.5.2質心的速度
3.5.3質心運動定理
3.6質心參考系
3.6.1質心參考系
3.6.2質心系中的動力學規(guī)律
3.7剛體的定軸轉動
3.7.1剛體的定軸轉動
3.7.2定軸轉動的基本方程
3.7.3轉動慣量及其計算
3.7.4轉動動能和力矩的功
3.7.5剛體定軸轉動的角動量守恒
3.8牛頓力學的內在隨機性
習題
教學參考3-1定軸轉動定律和力矩的功
教學參考3-2旋進
波動篇
第4章振動
第5章波動
電磁篇
第6章恒定電廠和恒定磁場
第7章電磁場的統(tǒng)一性和相對性
統(tǒng)計量子篇
第8章熱學基礎概念
第9章量子物理基礎
第10章耗散結構和社會科學
附錄