大学物理（上册）随书赠送习题册pdf/txt下载_在线阅读全文

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物理学是研究自然界基本规律的科学。科学规律的发现与发展是人类智慧的结晶，是许多科学家经过长期不断艰苦努力的结果。《大学物理》教材只能是反映这些科学基本规律的基础部分，不可能企图通过一套教材即可把全部物理学规律都反映出来。但是我们认为，对于学生来说，无论什么专业，一本好的《大学物理》教材要尽可能成为学生进入大学学习、掌握科学规律的好导师，进而成为引导学生去开启属于自己未来所面对的那扇“宝藏之门”的一把钥匙。即便现在的学习所掌握的只是这个“宝藏之门”的*外一层。在教材的扉页我们选了阿基米德的一句流传了许多世纪的名言，“给我一个支点，我可以举起整个地球”以作为共勉。
致教师
也许老师可以发现本教材与其他许多教材不同的一些特点，包括前面的数学方法的设计和写作；计算方法的引入；习题、思考题的设计；课程内容的设计和写作等等。但是，我们认为教师们在教学实践中都有一套自己的方法，是可以不拘一格的。教材第1章中的矢量代数和矢量微积分在整个大学物理学习期间都可能用到。有鉴于多年的教学经验，感觉学生即使学完了《大学物理》，有些方法仍然没有掌握，因此我们这里写得比较详细。但是这并不意味着所有内容都要在课堂上教学，其中部分内容也是为了学生参考比较方便。所以，教师教学过程中可以有选择地进行。
关于计算方法部分，我们认为虽然本教材引进了Matlab方法，但是课程上的主体仍然是物理学本身。根据学时情况，选讲或不讲Matlab，学生在计算机上可以边用边学，我们认为这是一种有效的学习计算方法的途径。所以这部分内容，并不是给教学增加更大压力。
关于探究式学习专题的选材可以说是不拘一格的，综合性、深入性和探究性是选材的主要基本的出发点。其中一些内容可以在本教材的范围内完成，有些内容是本教材范围不可完成的，有些甚至与当前的科研前沿问题相关联。这样做的目的，就是要开拓学生视野，把学生引导到一种研究式学习和创造性的路子上来。这当然对教师和学生都是一个挑战。但是我们认为，教学的重要目的之一正是要引导学生去探求。什么东西都清楚了就失去了探求的动力。探求的问题当然可以说是无限多的，所以如何选择，本教材只是提供一些参考内容。在使用本教材时，探究性题目可以由学生自选，问题也并不一定要有一个确定的答案。学生根据个人不同情况，深入做好一两个或若干个专题，然后，大家可以相互交流。教师也完全可以根据自己的经验，提出新的探究式题目供学生学习和研究。经过这种探究式学习的训练，学生的创新能力可能在不自觉中大大提高。因此，我们认为这里才真正是我们教师和学生大展才华的一片新天地。
致学生

物理学是研究自然界基本规律的科学。科学规律的发现与发展是人类智慧的结晶，是许多科学家经过长期不断艰苦努力的结果。《大学物理》教材只能是反映这些科学基本规律的基础部分，不可能企图通过一套教材即可把全部物理学规律都反映出来。但是我们认为，对于学生来说，无论什么专业，一本好的《大学物理》教材要尽可能成为学生进入大学学习、掌握科学规律的好导师，进而成为引导学生去开启属于自己未来所面对的那扇“宝藏之门”的一把钥匙。即便现在的学习所掌握的只是这个“宝藏之门”的*外一层。在教材的扉页我们选了阿基米德的一句流传了许多世纪的名言，“给我一个支点，我可以举起整个地球”以作为共勉。 
 致教师 
      也许老师可以发现本教材与其他许多教材不同的一些特点，包括前面的数学方法的设计和写作；计算方法的引入；习题、思考题的设计；课程内容的设计和写作等等。但是，我们认为教师们在教学实践中都有一套自己的方法，是可以不拘一格的。教材第1章中的矢量代数和矢量微积分在整个大学物理学习期间都可能用到。有鉴于多年的教学经验，感觉学生即使学完了《大学物理》，有些方法仍然没有掌握，因此我们这里写得比较详细。但是这并不意味着所有内容都要在课堂上教学，其中部分内容也是为了学生参考比较方便。所以，教师教学过程中可以有选择地进行。 
      关于计算方法部分，我们认为虽然本教材引进了Matlab方法，但是课程上的主体仍然是物理学本身。根据学时情况，选讲或不讲Matlab，学生在计算机上可以边用边学，我们认为这是一种有效的学习计算方法的途径。所以这部分内容，并不是给教学增加更大压力。 
      关于探究式学习专题的选材可以说是不拘一格的，综合性、深入性和探究性是选材的主要基本的出发点。其中一些内容可以在本教材的范围内完成，有些内容是本教材范围不可完成的，有些甚至与当前的科研前沿问题相关联。这样做的目的，就是要开拓学生视野，把学生引导到一种研究式学习和创造性的路子上来。这当然对教师和学生都是一个挑战。但是我们认为，教学的重要目的之一正是要引导学生去探求。什么东西都清楚了就失去了探求的动力。探求的问题当然可以说是无限多的，所以如何选择，本教材只是提供一些参考内容。在使用本教材时，探究性题目可以由学生自选，问题也并不一定要有一个确定的答案。学生根据个人不同情况，深入做好一两个或若干个专题，然后，大家可以相互交流。教师也完全可以根据自己的经验，提出新的探究式题目供学生学习和研究。经过这种探究式学习的训练，学生的创新能力可能在不自觉中大大提高。因此，我们认为这里才真正是我们教师和学生大展才华的一片新天地。 
致学生 
      我们相信在科学的道路上，不仅要有孜孜以求的精神，也需要有科学的方法。学习不能仅仅是为了获得一个满意的考分，真正掌握了物理学的基本规律，举一反三，学会推理分析，在学习中才能以不变应万变。死记硬背公式，不能理解其基本含义，是很难真正学好物理的。对于探究性题目的学习，学生不妨拿出在网络中玩游戏时的那种追求突破等级的精神来，不达目的不罢休。对于不熟悉Matlab的学生来说，我们认为，在使用中学习是*好的方法。教材提供了一些初步的步骤和规则，在掌握一些基本语句和规则后，通过查帮助，借助网络都可以为我们学习Matlab提供有益的帮助。掌握这些方法，不仅对学物理学有好处，对于以后的工作和自己能力的培养也是极其有好处的。我们相信本教材中的许多内容对学生来说也是一个挑战性的学习。 
      参加本教材编写的有于晓凌，王雪黎，朱佑新，向棣伟，吴伟，葛国勤（以姓氏笔画为序）。作者感谢出版部门对教材编写的支持。整个探究式学习和教学方法的开展得到校领导、教务处有关部门，特别是许晓东处长的大力支持，作者在此表示衷心的感谢。感谢教育部高等教育专项研究对课题《本科研究性教学的比较研究与实践》的资助。朱佑新感谢杨晓雪教授提供的有关资料。作者在编写过程中除参考书目中的有关文献外，也参考了其他有关文献，书中可能没有一一列出，在此一并致谢。 
      一本好的教材也需要千锤百炼。而探究式学习教程的编写只是一次新的“探索”，更需要锤炼。由于编写时间的仓促，很多地方还来不及反复的推敲，不妥之处企望读者不吝赐教。期望对不妥之处在再版时能给予更正。教师和教材都只能引导学生学习，而不能代替学生学习。所以对学生来说重要的还是自己刻苦学习和勤于思考。这样才能真正培养高素质的人才出来。 
    有感于2009年度诺贝尔物理学奖颁奖之际，原香港中文大学校长高锟教授因提出光纤可以作为信息载体传递信息的成就而获得2009年度的诺贝尔  物理学奖。我们知道，光纤通信技术的发展和应用彻底改变了人类的生活方式，使人类进入了一个信息化的时代。这表明科学和技术的结合对人类是多么重要！诺贝尔物理学奖中类似的例子不胜枚举，所以，我们在书末作为附录列出了一百多年的诺贝尔物理学奖名录。科学的成就是辉煌的，但是科学成就的取得是需要付出代价的。不仅要有科学精神，为科学奋斗的目标，也需要有科学的环境。让我们共同营造这种环境，从大学低年级开始培养学生的科学精神和创造性能力，培养一代又一代勇于献身于科学和社会的创新型人才。 
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内容简介

　《大学物理（上册）（附习题册）》根据《理工科类大学物理课程教学基本要求》编写，上册包括力学、振动和波、热学三部分，分为13章进行论述，分别为：矢量微积分与Matlab基础、质点动力学、牛顿定律、力的时间空间效应、平动质点系动力学、引力与引力场、刚体运动、振动、波、狭义相对论基础、气体分子运动论与经典统计方法简介、热力学第一定律、热力学第二定律与熵.每一章后面均配有思考题，供学生参考和学习。
　《大学物理（上册）（附习题册）》可作为大学理工科各专业基础物理学的教学用书，也可作为相关物理专业人员的学习参考书。

《大学物理（上册）（附习题册）》根据《理工科类大学物理课程教学基本要求》编写，上册包括力学、振动和波、热学三部分，分为13章进行论述，分别为：矢量微积分与Matlab基础、质点动力学、牛顿定律、力的时间空间效应、平动质点系动力学、引力与引力场、刚体运动、振动、波、狭义相对论基础、气体分子运动论与经典统计方法简介、热力学第一定律、热力学第二定律与熵.每一章后面均配有思考题，供学生参考和学习。 

	　 《大学物理（上册）（附习题册）》可作为大学理工科各专业基础物理学的教学用书，也可作为相关物理专业人员的学习参考书。


	 关于本教材可作为大学理工科各专业《大学物理》教材和教学参考书。一般应从大学一年级下学期在学完微积分以后开始。 
 本教材尽量追求反映物理学本身的基本内在规律的描述和规律之间的相互关联，而不追求内容编排顺序的新颖。相同或类似的运动特性可能是由完 全不同的运动规律所支配的。比如机械振动与机械波和电磁振荡与电磁波具有许多类似的运动特性，但是由完全不同的基本规律所支配。支配机械波产生和传播的基本规律依然是牛顿力学，因此，我们把机械波的产生和传播排在了第一部分，即力学与相对论。库仑定律与牛顿万有引力定律具有相同的运动规律，但是它们由完全不同的规律所支配。自然界是奇妙的，自然规律是可寻的，正所谓“物含妙理总堪寻”。物理规律的发现离不开实验，也离不开科学的分析和推理。作为基础物理教材，我们当然只能描述那些最基本的部分，以为将来的进一步学习打下一个良好的基础。因此，我们特别提出学生学习要重视揭示自然规律的过程和方法，深入理解基本规律及其如何应用，而不是死记硬背地学习。当我们面对科学家们所揭示的自然规律时，会发现这些规律非常之奇妙。它们往往非常简洁而对称。然而，正是这种简洁优美的规律背后，是神秘的五彩斑斓的自然界。正如音乐的乐符，虽然简单却能谱写出神秘而华美的乐章。 
 人类是在不断认识和探求自然规律的过程中发展的。我们认为，大学生应把自己置身于大自然中，把知识“归于零”，站在一个“假定是我，怎样才能发现这样的规律”的角度来理解物理学规律和应用这些规律。只有这样，才能把自己培养成为一个好的未来新世界的创造者。中国正在建设一个创新型社会。我们认为，本科生只有从大学低年级开始进行创新性的学习和培养，才能锻造出大批创新型人才。虽然在大学低年级这个过程还是非常初步的，但是创新意识的培养却是非常重要的。作者在多年的教学过程中正是反映了这一基本原则。我们在本科教学中开展探究式学习模式并取得一定成效，获得*教学研究成果二等奖。但是探究式学习本身并没有确定不变的方法和模式。从某种意义上讲，本教材本身也是“探究”式写作。为了突出“探究式”学习模式，教材编写过程中，我们做了很多特殊的尝试，主要反映在如下几个方面： 
 （1）除了常规的思考题和习题外，在正文部分对物理学问题进行一段描述后，我们有意识地提出一些关键问题，这些问题与所描述的问题相关，但是并没有直接在文中描述。通过这种方式，引导学生来分析和思考。 
 （2）在每章的末尾，我们给出了总结性的提要。我们认为，学生对于所学内容要学会梳理总结，这也是学生必须自己做的一件事。我们希望学生通过总结和概括，加深对物理内容的理解。 
 （3）我们设计了综合探究式专题（Investigation projects），放在教材后面供学生研究学习参考。这些问题不仅和课程学习相关，也是课程学习的补充和提高。其中还配备了参考文献，以便学生研究。探索性课题并没有确切答案，由学生自己给出相应的回答。 
 （4）第1章数学中矢量代数和矢量微分的设计是考虑在整个物理学从质点运动到电磁规律的描述中均离不开矢量描述方法，而我们从教学中感觉到学生依然缺乏这方面系统的训练。因此，我们比较系统地讨论了矢量运算和矢量微积分的一些基本方法。 
 （5）我们引入了Matlab计算方法作为解析数学方法的一个补充。科学发展到今天，仅仅只有解析的方法是远远不够的，计算机技术和数值计算方法早已广泛应用到物理学和工程中。为什么我们不在基础物理学学习中引入数值计算的方法呢？我们选用Matlab这一简便易学且广泛采用的科学计算方法到教材中来，供教师和学生们参考，并设计了部分练习，以便通过Matlab的应用，学生能用此软件“研究”某些问题，进一步加深对物理学规律的认识，提高分析问题和解决问题的能力。 
 （6）教材正文中也有部分提升的内容，用小字排，可供师生们在教学中选择参考。

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作者简介

葛国勤，华中科技大学教授，硕士生导师。
1980年原华中工学院物理专业毕业并留校工作。
　　Mphil HUST(香港中文大学)， 1987；Ph D CUHK, 2001年。
　　1992年12月－1993年6月曾应著名教授H. J. Carmichel 的邀请到University of Oregon 作工作访问。
　　2000年4月曾应德国著名量子光学和激光专家 S. W. Koch的邀请到德国作学术交流。
　　2001年1月曾应美国著名教授、激光理论创始人之一Texas A & M University 的杰出教授M. O. Scully 和City University of New York 的M. Hillery 教授的邀请赴美国作学术交流。
目前主要从事激光-原子的量子纠缠行为、双模纠缠激光的研究；光学晶格中的冷原子及其量子调控，人造原子激光等研究。曾参与国家973项目研究和主持孤傲家自然科学基金，湖北省自然科学基金，国家重点实验室基金等多项基金。2008年获得户别生教学研究成果一等奖。多次受邀请到过完作学术交流和报告。

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目　　录

0绪论
　0.1物理学的意义
　0.2物理学与其他学科的关系
1矢量微积分与Matlab基础
　1.1矢量代数
　1.2矢量函数与矢量微分
　1.3积分定理
　1.4正交曲线坐标系
　1.5Matlab方法及其在物理上的应用简介
2质点运动学
　2.1平动和质点
　2.2参考系和坐标系
　2.3运动学参量
　2.4平面坐标系

0绪论 　0.1物理学的意义 　0.2物理学与其他学科的关系 1矢量微积分与Matlab基础 　1.1矢量代数 　1.2矢量函数与矢量微分 　1.3积分定理 　1.4正交曲线坐标系 　1.5Matlab方法及其在物理上的应用简介 2质点运动学 　2.1平动和质点 　2.2参考系和坐标系 　2.3运动学参量 　2.4平面坐标系 　2.5平面曲线运动 　2.6相对运动 　思考题 3牛顿定律 　3.1从运动学到牛顿力学 　3.2牛顿运动定律力的瞬时效应 　3.3自然界中常见的力 　3.4牛顿运动定律的基本问题 　3.5非惯性系与惯性力 　思考题 4力的时间空间效应 　4.1力对平动质点的时间积累 　4.2力对转动质点的时间积累 　4.3力对质点的空间积累 　思考题 5平动质点系动力学 　5.1质点系的质心 　5.2质心运动定理 　5.3力对平动质点系的时间积累 　5.4力对平动质点系的空间积累 　5.5碰撞 　5.6变质量系统 　思考题 6引力与引力场 　6.1行星如何运动 　6.2行星为何作椭圆运动 　6.3引力场 　6.4引力势能 　6.5万有引力定律的应用 　6.6万有引力近代发展 　思考题 7刚体运动 　7.1角量刚体的运动 　7.2刚体定轴转动定律 　7.3刚体转动中的功和能 　7.4质点系与刚体的角动量定理·角动量守恒 　7.5陀螺转动进动 　思考题 8振动 　8.1简谐振动 　8.2阻尼振动 　8.3受迫振动和共振 　8.4振动的合成 　思考题 9波 　9.1波的基本概念 　9.2波动方程的建立及其解的特性 　9.3三种重要形式的波叠加 　9.4波的能量和能量密度 　9.5波的观察的运动效应 　思考题 10狭义相对论基础 　10.1相对论前相关物理学的几个主要矛盾 　10.2迈克尔逊-莫雷实验 　10.3爱因斯坦狭义相对论的基本假设和洛仑兹变换 　10.4相对论的时空图与同时的相对性 　10.5时空间隔测量与相对论效应 　10.6时空间隔不变性和因果律* 　10.7相对论运动学 　10.8相对论动力学 　思考题 11气体分子运动论与经典统计方法简介 　11.1平衡态与热力学第零定律 　11.2理想气体状态方程 　11.3理想气体的压强 　11.4绝对温度的意义 　11.5单原子理想气体的内能 　11.6经典统计力学原理简介 　11.7麦克斯韦速度分布律 　11.8气体分子的平均自由程 　11.9实际气体和相变* 　思考题 12热力学第一定律 　12.1准静态过程 　12.2功和热量 　12.3内能热力学第一定律 　12.4理想气体的内能和摩尔热容 　12.5热力学第一定律在理想气体中的应用 　12.6循环过程卡诺循环　 　思考题 13热力学第二定律与熵 　13.1可逆过程与不可逆过程 　13.2热力学第二定律 　13.3卡诺定理 　13.4熵 　13.5热力学第二定律的统计意义 　思考题 探究学习专题 附录一　量纲与单位制 附录二　诺贝尔奖名录 参考文献

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前　　言

书摘插画

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