简介
《工科基础物理学(上)》根据教学基本要求,选择了除“几何光学”之外的所有A类知识点。考虑到物理学的成熟(完善)、系统和发展,本教材仍以物理学系统分类,以经典物理内容(力、热、电磁、光)为主线,阐述物理概念、方法、工具和发展。但是,如果我们只讲传统不讲现代,只讲线性不讲非线性,只讲内容不分层次,那么就体现不出物理的发展和时代的需要。因此,强化近、现代物理内容,特别是强化非线性物理的内容变得非常重要,这部分内容在《工科基础物理学(上)》中既独立成章(第16章),又穿插于经典之中(第5、14章)。这样做可以保证学时的“弹性”,如学时较多,可以全面介绍非线性(第16章);学时不足,只要在相应章节中选讲非线性即可。
目录
第1章 质点运动学1
引子: 说说故事“刻舟求剑”1
1-1 运动的种类2
1-2 质点运动的描述2
1-2-1 参照物和坐标系2
1-2-2 运动的描述3
1-3 相对运动11
1-3-1 伽利略坐标变换11
1-3-2 相对运动12
习题13
第2章 质点(系)动力学16
引子: 力的漫长统一之路16
2-1 牛顿运动定律17
2-1-1 牛顿运动定律18
2-1-2 牛顿运动定律的应用21
2-2 力对时间的累积效应(动量定理)23
2-2-1 质点的动量定理23
2-2-2 质点系的动量定理24
2-2-3 动量守恒定律25
2-3 力对空间的累积效应(功和能)26
2-3-1 功27
2-3-2 动能定理27
2-3-3 机械能守恒定律29
2-4 质点的角动量34
2-4-1 力矩、质点的角动量34
2-4-2 质点系角动量定理、角动量守恒定律36
2-5 质心运动定理37
2-5-1 质心、质心运动定理37
2-5-2 两体相互作用的讨论39
2-6 非惯性系中的动力学方程41
2-6-1 非惯性系41
2-6-2 非惯性系中的牛顿第二运动定律方程41
2-6-3 其他动力学方程42
习题43
第3章 连续体力学47
引子: 从被中香炉到陀螺仪的发展47
3-1 刚体力学48
3-1-1 刚体的运动48
3-1-2 刚体定轴转动的力矩、角动量、转动惯量49
3-1-3 刚体定轴转动定律、对定轴的角动量守恒定律、动能定理53
3-1-4 刚体平面平行运动57
3-1-5 刚体的进动59
3-2 固体的弹性61
3-2-1 应力和应变62
3-2-2 描写弹性体性质的物理量63
3-3 流体力学简介65
3-3-1 理想流体的流动65
3-3-2 黏滞流体的运动67
习题68
第4章 相对论72
引子: 当物体运动接近光速时72
4-1 狭义相对论理论基础73
4-1-1 狭义相对论基本假设73
4-1-2 狭义相对论实验基础(光速不变原理)75
4-1-3 洛仑兹变换78
4-2 狭义相对论运动学81
4-2-1 狭义相对论时空性质81
4-2-2 相对论速度合成公式86
4-2-3 运动物体的视觉形象88
4-3 狭义相对论动力学89
4-3-1 相对论性动量 动力学方程89
4-3-2 相对论性能量 质能关系91
4-3-3 四维动量-能量 四维力94
4-4 广义相对论简介98
4-4-1 广义相对论的基本原理98
4-4-2 广义相对论的实验检验100
习题102
第5章 振动和波105
引子: 从Tocama大桥的坍塌看防震减震技术105
5-1 简谐振动107
5-1-1 谐振振动 旋转矢量法107
5-1-2 简谐振动的合成112
5-1-3 复杂振动的处理理论--傅里叶变换116
5-2 阻尼、受迫振动117
5-2-1 阻尼振动117
5-2-2 受迫振动和共振119
5-3 耦合振子121
5-4 机械波124
5-4-1 波动的产生与传播124
5-4-2 波动方程和能量传播126
5-4-3 波的反射与相位跃变128
5-5 波的叠加129
5-5-1 波的叠加原理129
5-5-2 波的干涉129
5-5-3 驻波132
5-6 多普勒效应136
5-6-1 机械波的多普勒效应136
5-6-2 电磁波(光波)的多普勒效应138
5-6-3 冲击波(激震波)138
5-7 非线性波简介139
5-7-1 简谐波的相速和波包的群速(色散效应)139
5-7-2 介质的非线性化对波的影响140
5-7-3 孤波141
习题142
第6章 静电场146
引子:从700个修道士的震颤看静电的威力和作用146
6-1 库仑定律 场146
6-1-1 电荷 库仑定律146
6-1-2 电场强度147
6-1-3 场的叠加原理148
6-2 电场通量 高斯定理152
6-2-1 法拉第电场线 电通量152
6-2-2 静电场中的高斯定理153
6-2-3 高斯定理的应用155
6-3 环路定理 电势157
6-3-1 环路定理157
6-3-2 电势差 电势158
6-3-3 电势的叠加原理159
6-3-4 电势与电场强度的关系162
习题165
第7章 导体和电介质168
引子: 你知道人脑的记忆,但你听说过电、磁的记忆吗168
7-1 静电场中的导体169
7-1-1 导体的静电平衡条件169
7-1-2 带电导体的电荷分布169
7-1-3 电容、电容器174
7-2 静电场中的电介质178
7-2-1 电介质的种类和电介质的极化178
7-2-2 电极化强度矢量P180
7-2-3 有电介质时的高斯定理、电位移矢量182
7-2-4 铁电体、驻极体和压电体186
7-3 静电场的能量188
7-3-1 点电荷系的能量188
7-3-2 带电体的能量190
7-3-3 电容器储存的能量190
7-3-4 静电场的能量和能量密度190
习题193
第8章 稳恒电流197
引子: 从伏打电堆的发明到电流的三种效应197
8-1 电流 电流密度197
8-1-1 电流 电流密度197
8-1-2 电流的连续性方程199
8-2 电阻率 欧姆定律的微分形式199
8-2-1 电阻率199
8-2-2 欧姆定律的微分形式200
8-2-3 四类电介体(绝缘体、半导体、导体、超导体)202
8-3 电源 电动势205
8-3-1 电源 电动势205
8-3-2 稳恒电场206
8-3-3 含电源电路的欧姆定律206
8-4 电容器的充放电208
习题209
参考文献212
引子: 说说故事“刻舟求剑”1
1-1 运动的种类2
1-2 质点运动的描述2
1-2-1 参照物和坐标系2
1-2-2 运动的描述3
1-3 相对运动11
1-3-1 伽利略坐标变换11
1-3-2 相对运动12
习题13
第2章 质点(系)动力学16
引子: 力的漫长统一之路16
2-1 牛顿运动定律17
2-1-1 牛顿运动定律18
2-1-2 牛顿运动定律的应用21
2-2 力对时间的累积效应(动量定理)23
2-2-1 质点的动量定理23
2-2-2 质点系的动量定理24
2-2-3 动量守恒定律25
2-3 力对空间的累积效应(功和能)26
2-3-1 功27
2-3-2 动能定理27
2-3-3 机械能守恒定律29
2-4 质点的角动量34
2-4-1 力矩、质点的角动量34
2-4-2 质点系角动量定理、角动量守恒定律36
2-5 质心运动定理37
2-5-1 质心、质心运动定理37
2-5-2 两体相互作用的讨论39
2-6 非惯性系中的动力学方程41
2-6-1 非惯性系41
2-6-2 非惯性系中的牛顿第二运动定律方程41
2-6-3 其他动力学方程42
习题43
第3章 连续体力学47
引子: 从被中香炉到陀螺仪的发展47
3-1 刚体力学48
3-1-1 刚体的运动48
3-1-2 刚体定轴转动的力矩、角动量、转动惯量49
3-1-3 刚体定轴转动定律、对定轴的角动量守恒定律、动能定理53
3-1-4 刚体平面平行运动57
3-1-5 刚体的进动59
3-2 固体的弹性61
3-2-1 应力和应变62
3-2-2 描写弹性体性质的物理量63
3-3 流体力学简介65
3-3-1 理想流体的流动65
3-3-2 黏滞流体的运动67
习题68
第4章 相对论72
引子: 当物体运动接近光速时72
4-1 狭义相对论理论基础73
4-1-1 狭义相对论基本假设73
4-1-2 狭义相对论实验基础(光速不变原理)75
4-1-3 洛仑兹变换78
4-2 狭义相对论运动学81
4-2-1 狭义相对论时空性质81
4-2-2 相对论速度合成公式86
4-2-3 运动物体的视觉形象88
4-3 狭义相对论动力学89
4-3-1 相对论性动量 动力学方程89
4-3-2 相对论性能量 质能关系91
4-3-3 四维动量-能量 四维力94
4-4 广义相对论简介98
4-4-1 广义相对论的基本原理98
4-4-2 广义相对论的实验检验100
习题102
第5章 振动和波105
引子: 从Tocama大桥的坍塌看防震减震技术105
5-1 简谐振动107
5-1-1 谐振振动 旋转矢量法107
5-1-2 简谐振动的合成112
5-1-3 复杂振动的处理理论--傅里叶变换116
5-2 阻尼、受迫振动117
5-2-1 阻尼振动117
5-2-2 受迫振动和共振119
5-3 耦合振子121
5-4 机械波124
5-4-1 波动的产生与传播124
5-4-2 波动方程和能量传播126
5-4-3 波的反射与相位跃变128
5-5 波的叠加129
5-5-1 波的叠加原理129
5-5-2 波的干涉129
5-5-3 驻波132
5-6 多普勒效应136
5-6-1 机械波的多普勒效应136
5-6-2 电磁波(光波)的多普勒效应138
5-6-3 冲击波(激震波)138
5-7 非线性波简介139
5-7-1 简谐波的相速和波包的群速(色散效应)139
5-7-2 介质的非线性化对波的影响140
5-7-3 孤波141
习题142
第6章 静电场146
引子:从700个修道士的震颤看静电的威力和作用146
6-1 库仑定律 场146
6-1-1 电荷 库仑定律146
6-1-2 电场强度147
6-1-3 场的叠加原理148
6-2 电场通量 高斯定理152
6-2-1 法拉第电场线 电通量152
6-2-2 静电场中的高斯定理153
6-2-3 高斯定理的应用155
6-3 环路定理 电势157
6-3-1 环路定理157
6-3-2 电势差 电势158
6-3-3 电势的叠加原理159
6-3-4 电势与电场强度的关系162
习题165
第7章 导体和电介质168
引子: 你知道人脑的记忆,但你听说过电、磁的记忆吗168
7-1 静电场中的导体169
7-1-1 导体的静电平衡条件169
7-1-2 带电导体的电荷分布169
7-1-3 电容、电容器174
7-2 静电场中的电介质178
7-2-1 电介质的种类和电介质的极化178
7-2-2 电极化强度矢量P180
7-2-3 有电介质时的高斯定理、电位移矢量182
7-2-4 铁电体、驻极体和压电体186
7-3 静电场的能量188
7-3-1 点电荷系的能量188
7-3-2 带电体的能量190
7-3-3 电容器储存的能量190
7-3-4 静电场的能量和能量密度190
习题193
第8章 稳恒电流197
引子: 从伏打电堆的发明到电流的三种效应197
8-1 电流 电流密度197
8-1-1 电流 电流密度197
8-1-2 电流的连续性方程199
8-2 电阻率 欧姆定律的微分形式199
8-2-1 电阻率199
8-2-2 欧姆定律的微分形式200
8-2-3 四类电介体(绝缘体、半导体、导体、超导体)202
8-3 电源 电动势205
8-3-1 电源 电动势205
8-3-2 稳恒电场206
8-3-3 含电源电路的欧姆定律206
8-4 电容器的充放电208
习题209
参考文献212
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