作者在多年的教學(xué)試點(diǎn)和文科類教學(xué)的實(shí)踐基礎(chǔ)上編寫了本教材。作者認(rèn)為,不論授課對象是何專業(yè)的學(xué)生,教材都必須展示物理學(xué)的體系和內(nèi)容,即物理學(xué)揭示的物質(zhì)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(xué)生體會物理學(xué)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(xué)要求不同而已。《物理學(xué)概論》按運(yùn)動形式分類安排內(nèi)容,包括概述篇、力學(xué)篇、波動篇、電磁篇和統(tǒng)計(jì)量子篇5篇共10章。
由于本教材包括了大學(xué)物理中的基本內(nèi)容,故也可作為非物理類的其他學(xué)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(diǎn):第一,結(jié)構(gòu)緊湊,用較少的篇幅展示了物理學(xué)的核心內(nèi)容。第二.針對文科類學(xué)生的基礎(chǔ)和專業(yè)需要,在習(xí)題的選取上以基本概念題目為主,輔以少許靈活應(yīng)用的題目;并推薦一些課外讀物,以擴(kuò)大學(xué)生的視野,同時也可檢驗(yàn)文科學(xué)生閱讀科技書籍的能力。第三,本教材在耗散結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出若以耗散結(jié)構(gòu)為基本物理模型,可以將西方文明和東方文化結(jié)合起來.這可能是實(shí)現(xiàn)自然科學(xué)和人文科學(xué)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(jié)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(xué)的全貌及物理學(xué)研究問題的共同思路,力圖激發(fā)學(xué)生的興趣,提高學(xué)生的視點(diǎn),使其感覺到物理學(xué)的脈絡(luò),縱覽物理學(xué)。
力學(xué)篇以運(yùn)動和時空關(guān)系為線索展開運(yùn)動學(xué);動力學(xué)則以對稱性與守恒定律的關(guān)系展開。波動篇以機(jī)械波為切入點(diǎn)闡明波的普遍性質(zhì);以應(yīng)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(guān)系完整地展示電磁學(xué)的美。統(tǒng)計(jì)量子篇中以氣體分子動理論為載體介紹統(tǒng)計(jì)物理的基本思想,從經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難引入量子概念,以量子力學(xué)的幾個重要假設(shè)為基礎(chǔ)介紹量子力學(xué)的基本原理和處理問題的基本思路,并給出量子力學(xué)的重要結(jié)果。最后,我們首次嘗試在大學(xué)物理教程中探討實(shí)現(xiàn)自然科學(xué)和人文科學(xué)統(tǒng)一的途徑。本書加*部分為選講內(nèi)容。
本教材具有以下特點(diǎn):第一,結(jié)構(gòu)緊湊,用較少的篇幅展示了物理學(xué)的核心內(nèi)容。第二,針對文科類學(xué)生的基礎(chǔ)和專業(yè)需要,在習(xí)題的選取上以基本概念題目為主,輔以少許靈活應(yīng)用的題目;并推薦一些課外讀物,以擴(kuò)大學(xué)生的視野,同時也可檢驗(yàn)文科學(xué)生閱讀科技書籍的能力。第三,本教材在耗散結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出若以耗散結(jié)構(gòu)為基本物理模型,可以探討實(shí)現(xiàn)自然科學(xué)和人文科學(xué)統(tǒng)一的途徑。這一章是郭繼華教授近10年的研究結(jié)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(xué)、波動和電磁學(xué)講義的基礎(chǔ)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(xué)物理系2006博士生潘江陵給出了部分習(xí)題解答。該教材2009年2-6月在清華大學(xué)經(jīng)管7、社科8、新聞8、法律8大班(134人)運(yùn)用,效果良好,并聽取他們的意見做了補(bǔ)充和修改。全書由劉鳳英統(tǒng)稿,由戴松濤進(jìn)行了總校對。由于編者學(xué)識有限,不當(dāng)之處和錯誤懇請讀者指正。
大學(xué)物理課程是理工科類高等教育中重要的基礎(chǔ)課。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,各學(xué)科的格局正在發(fā)生變化,新興學(xué)科、交叉學(xué)科不斷出現(xiàn),從而對高等教育中物理學(xué)的教育提出了新的各種層次的需求;近年來非理工類的學(xué)科也意識到物理學(xué)思想方法的重要性,于是逐步形成了適應(yīng)不同類別學(xué)科需求、不同學(xué)時、不同要求層次的多類型的系列課程。教材建設(shè)是課程建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急,其中,文科類及工科少學(xué)時的大學(xué)物理課程對教材的要求尤為迫切。作者在多年的教學(xué)試點(diǎn)和文科類教學(xué)的實(shí)踐基礎(chǔ)上為文科類學(xué)生編寫了這套大學(xué)物理教程。本書力圖用最佳的教學(xué)體系、最精練的語言、最短的篇幅向這類學(xué)生展示物理學(xué)的精髓。
作者認(rèn)為,不論授課對象是哪類學(xué)生,教材都必須展示物理學(xué)的體系和內(nèi)容,即物理學(xué)揭示的物質(zhì)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(xué)生體會物理學(xué)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(xué)要求不同而已。本書采用按運(yùn)動形式分類按排內(nèi)容的方式。本書包括概述篇、力學(xué)篇、波動篇、電磁篇、統(tǒng)計(jì)量子篇共五篇11章。
概述篇展示物理學(xué)的全貌及物理學(xué)研究問題的共同思路,使學(xué)生站得高,將來才能看得遠(yuǎn)。
力學(xué)篇以運(yùn)動和時空關(guān)系為線索展開運(yùn)動學(xué);動力學(xué)則以對稱性與守恒定律的關(guān)系展開。從而使學(xué)生在中學(xué)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步認(rèn)識物理學(xué)。有理工基礎(chǔ)的大學(xué)生可以在中學(xué)的基礎(chǔ)上總結(jié)歸納提高;無理工基礎(chǔ)的大學(xué)生也可以盡快進(jìn)入角色,摸到物理學(xué)的脈搏。
波動篇以機(jī)械波為切入點(diǎn)闡明波的普遍性質(zhì);以應(yīng)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(kuò)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(guān)系完整地展示電磁學(xué)的美。
統(tǒng)計(jì)量子篇中以氣體分子動理論為載體介紹統(tǒng)計(jì)物理的基本思想,從經(jīng)典物理學(xué)遇到的困難開始引入量子概念,以量子力學(xué)的幾個重要假設(shè)為基礎(chǔ)介紹量子力學(xué)的基本原理和處理問題的基本思路,最后給出量子力學(xué)的重要結(jié)果。在耗散結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出若以耗散結(jié)構(gòu)為基本物理模型,可以將西方文明和東方文化結(jié)合起來,從而達(dá)到自然科學(xué)和人文科學(xué)的統(tǒng)一。這一章是郭繼華教授近10年的研究結(jié)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(xué)時學(xué)生的實(shí)際,習(xí)題選取的原則是以基本概念題目為主,輔以少許靈活應(yīng)用的題目;并推薦一些課外讀物,以擴(kuò)大學(xué)生的視野,也可檢驗(yàn)文科學(xué)生閱讀科技書籍的能力。
物理學(xué)概論 編者的話 本教程也可作為非物理類的其他學(xué)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(xué)識有限,不當(dāng)之處和錯誤懇請讀者指正。
概述篇
第0章概述物理學(xué)
0.1物理學(xué)和物質(zhì)世界
0.1.1物質(zhì)世界
0.1.2關(guān)于兩個前沿的基本理論
0.1.3物理學(xué)使人們深刻認(rèn)識物質(zhì)世界
0.2物理學(xué)與科學(xué)思維
0.2.1物理學(xué)的研究方法
0.2.2物理學(xué)家的科學(xué)態(tài)度
0.3物理學(xué)與其他的學(xué)科發(fā)展
0.3.1物理學(xué)為其他學(xué)科創(chuàng)立原理和技術(shù)
0.3.2物理學(xué)為一切學(xué)科提供了基本的實(shí)驗(yàn)手段和基本研究方法
0.3.3物理知識是促進(jìn)各學(xué)科發(fā)展的重要基礎(chǔ)知識
0.4物理學(xué)中的基本研究思路
0.4.1物理學(xué)的分支
0.4.2物理學(xué)研究問題的共同思路
力學(xué)篇
第1章牛頓運(yùn)動定律
1.1理想模型自由度
1.1.1質(zhì)點(diǎn)剛體
1.1.2機(jī)械運(yùn)動的基本形式自由度
1.2質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的描述
1.2.1描述質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動的物理量
1.2.2運(yùn)動的坐標(biāo)表述
1.3質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動學(xué)問題舉例
1.3.1直線運(yùn)動
1.3.2拋體運(yùn)動
1.3.3圓周運(yùn)動
1.4牛頓運(yùn)動定律
1.4.1牛頓運(yùn)動定律
1.4.2牛頓運(yùn)動定律與慣性參考系
1.5牛頓運(yùn)動定律的應(yīng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)引起的力學(xué)現(xiàn)象
習(xí)題
教學(xué)參考1-1矢量的基本運(yùn)算和單位矢量的變化率
教學(xué)參考1-2常見力
教學(xué)參考1-3科里奧利力
第2章運(yùn)動與時空
2.1相對性原理和變換
2.1.1力學(xué)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(yùn)動學(xué)效應(yīng)
2.2.1時間膨脹(運(yùn)動時鐘變慢)
2.2.2長度縮短(運(yùn)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(zhì)量和動量
2.4.1相對論性質(zhì)量和動量
2.4.2狹義相對論運(yùn)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(guān)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(shí)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(yīng)
習(xí)題
教學(xué)參考2-1洛倫茲變換的導(dǎo)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(zhì)點(diǎn)的動量定理
3.1.2質(zhì)點(diǎn)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(zhì)點(diǎn)對定點(diǎn)的角動量
3.2.2質(zhì)點(diǎn)的角動量定理和質(zhì)點(diǎn)的角動量守恒
3.2.3質(zhì)點(diǎn)系的角動量定理和角動量守恒定律
3.3動能定理和機(jī)械能守恒定律
3.3.1功和功率
3.3.2質(zhì)點(diǎn)的動能定理
3.3.3質(zhì)點(diǎn)系的動能定理
3.3.4一對內(nèi)力的功
3.3.5保守力
3.3.6勢能
3.3.7機(jī)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(zhì)心和質(zhì)心運(yùn)動定理
3.5.1質(zhì)心
3.5.2質(zhì)心的速度
3.5.3質(zhì)心運(yùn)動定理
3.6質(zhì)心參考系
3.6.1質(zhì)心參考系
3.6.2質(zhì)心系中的動力學(xué)規(guī)律
3.7剛體的定軸轉(zhuǎn)動
3.7.1剛體的定軸轉(zhuǎn)動
3.7.2定軸轉(zhuǎn)動的基本方程
3.7.3轉(zhuǎn)動慣量及其計(jì)算
3.7.4轉(zhuǎn)動動能和力矩的功
3.7.5剛體定軸轉(zhuǎn)動的角動量守恒
3.8牛頓力學(xué)的內(nèi)在隨機(jī)性
習(xí)題
教學(xué)參考3-1定軸轉(zhuǎn)動定律和力矩的功
教學(xué)參考3-2旋進(jìn)
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(jì)量子篇
第8章熱學(xué)基礎(chǔ)概念
第9章量子物理基礎(chǔ)
第10章耗散結(jié)構(gòu)和社會科學(xué)
附錄