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本书依据教育部非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会制定的《理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求》的框架编写而成，全书涵盖了基本要求的核心内容，并增加了部分拓展内容。全书分为上、下两册共14 章，包含有力学、热学、电磁学、振动和波、波动光学、狭义相对论和量子力学基础、分子与固体等内容。每章都包含基本内容、本章提要、阅读材料、习题及答案。此外，为了拓展读者的知识面，本书还增加了部分选学内容，这部分内容均标以“*”号。阅读材料也可作为扩展内容，介绍了物理学在前沿科学和技术中的应用及前沿科学理论，选学内容和阅读材料都自成体系，可选讲或指导学生阅读。

目    录
第1章  质点运动学	1
1.1  质点运动的描述	1
1.1.1  质点	1
1.1.2  参考系和坐标系	2
1.1.3  空间和时间	2
1.2  描述质点运动的基本物理量	3
1.2.1  位置矢量 位移	3
1.2.2  运动方程	5
1.2.3  速度 加速度	5
1.2.4  运动的叠加性	11
1.2.5  相对运动	13
1.3  圆周运动及其描述	15
1.3.1  圆周运动  平面极坐标	15
1.3.2  切向加速度和法向加速度	16
1.3.3  圆周运动的角量描述	18
1.3.4  线量和角量的关系	19
本章提要	21
阅读材料	22
习题	26
第2章  质点动力学	31
2.1  牛顿运动定律及其应用	31
2.1.1  牛顿运动定律	32
2.1.2  力学中的几种常见力	33
2.1.3  物理量的单位和量纲	37
2.1.4  牛顿定律的应用举例	38
*2.1.5  非惯性系惯性力	43
2.2  动量定理与动量守恒定律	46
2.2.1  质心 质心运动定律	47
2.2.2  冲量 质点和质点系动量定理	50
2.2.3  动量守恒定律	53
2.3  动能定理	56
2.3.1  功 动能 能量	57
2.3.2  动能定理	60
*2.3.3  碰撞	62
2.4  保守力与非保守力 势能	64
2.4.1  重力、弹性力和万有引力做功的特点	64
2.4.2  保守力 保守力的数学表示 成对力的功	66
2.4.3  势能及势能曲线	68
2.5  功能原理 机械能守恒定律	71
2.5.1  质点系的动能定理与功能原理	71
2.5.2  机械能的转化和守恒定律	72
2.5.3  能量守恒定律	73
2.6  质点、质点系的角动量定理与角动量守恒定律	76
2.6.1  质点、质点系的角动量定理	77
2.6.2  角动量守恒定律	80
本章提要	81
阅读材料	85
习题	86
第3章  刚体和流体	92
3.1  刚体的运动及描述	92
3.1.1  描述刚体定轴转动的物理量及运动学方法	93
3.1.2  匀变速转动公式	94
3.2  刚体定轴转动的转动定律	96
3.2.1  力矩 转动定律	96
3.2.2  转动惯量 平行轴定理	98
3.3  刚体定轴转动的动能定理	102
3.3.1  力矩的功 力矩的功率	102
3.3.2  转动动能	103
3.3.3  刚体定轴转动的动能定理	104
3.3.4  刚体的重力势能	104
3.4  刚体定轴转动的角动量定理	106
3.4.1  刚体的角动量	106
3.4.2  定轴转动的角动量定理及角动量守恒定律	106
3.5  理想流体 伯努利方程	111
3.5.1  理想流体 稳定流动	111
3.5.2  理想流体的连续性方程	112
3.5.3  伯努利方程	113
3.5.4  伯努利方程的应用	116
3.6  实际流体的流动及流动的规律	119
3.6.1  黏性流体的流动状态	120
3.6.2  牛顿黏滞定律、雷诺数	121
3.6.3  黏滞性流体的伯努利方程	122
3.6.4  泊肃叶定律	123
3.6.5  斯托克斯定律	126
3.7  血液在循环系统中的流动	127
3.7.1  血液循环中血流速度的分布	127
3.7.2  血液循环中血压的分布	128
本章提要	129
阅读材料	132
习题	135
第4章  气体动理论	141
4.1  描述气体的宏观量与微观量	141
4.1.1  分子的热运动	141
4.1.2  状态参量 平衡态 准静态过程	142
4.1.3  统计规律及涨落现象	144
*4.1.4  统计涨落现象的描述	144
4.2  理想气体的压强和温度的统计解释	146
4.2.1  理想气体状态方程	146
4.2.2  理想气体的压强公式	148
4.2.3  温度的统计解释	151
4.3  能均分定理  理想气体的内能	152
4.3.1  分子的自由度	152
4.3.2  自由度和分子平均能量的关系	153
4.3.3  理想气体的内能	154
4.4  气体分子的碰撞规律	156
4.4.1  分子间的相互作用	156
4.4.2  分子的平均碰撞频率及平均自由程	156
4.4.3  范德瓦尔斯方程	159
*4.4.3  气体的输运现象	161
4.5  麦克斯韦速率分布函数	164
4.5.1  麦克斯韦气体速率分布函数	164
4.5.2  气体分子速率的测定	168
*4.5.3  麦克斯韦-玻耳兹曼能量分布律	169
4.6  液体的边界现象	171
4.6.1  液体的表面张力	171
4.6.2  弯曲液面的附加压强	174
4.6.3  气体栓塞	176
4.7  液体附着层的边界现象	177
4.7.1  浸润与不浸润现象	177
4.7.2  毛细现象	178
本章提要	180
阅读材料	182
习题	185
第5章  热力学基础	188
5.1  热力学第零定律	188
5.2  热力学第一定律	189
5.2.1  热力学过程	189
5.2.2  功	190
5.2.3  热量 内能	191
5.2.4  热力学第一定律	192
5.3  热力学第一定律对理想气体的应用	192
5.3.1  热容量 定体摩尔热容 定压摩尔热容	192
5.3.2  理想气体的等体过程	196
5.3.3  理想气体的等压过程	196
5.4  理想气体的等温过程、绝热过程、多方过程	198
5.4.1  理想气体的等温过程、绝热过程	198
5.4.2  理想气体的多方过程	201
5.4.3  绝热过程和多方过程的功	201
5.4.4  绝热线和等温线	201
5.5  循环过程  卡诺循环	207
5.5.1  循环过程	207
5.5.2  热机和致冷机	208
5.5.3  卡诺循环	209
5.6  热力学第二定律 卡诺定理	213
5.6.1  热力学第二定律的两种表述	213
5.6.2  两种表述的等价性	214
5.6.3  可逆过程和不可逆过程	215
5.6.4  卡诺定理及其证明	216
5.7  熵 熵增加原理	218
5.7.1  熵的一般意义	218
5.7.2  玻耳兹曼熵公式	220
5.7.3  熵变的计算及熵增加原理	222
5.7.4  热力学第二定律的统计意义	224
*5.8  信息熵 自组织现象与耗散结构简介	225
5.8.1  信息熵	225
5.8.2  自组织现象	227
5.8.3  耗散结构	228
本章提要	230
阅读材料	232
习题	234
第6章  静电场	238
6.1  电荷和库仑定律	238
6.1.1  电荷的量子化	238
6.1.2  电荷守恒定律	239
6.1.3  库仑定律	240
6.2  静电场 电场强度	241
6.2.1  电场	241
6.2.2  电场强度	242
6.2.3  点电荷的电场强度	243
6.2.4  电场强度叠加原理	243
6.2.5  电场强度的计算	245
6.3  静电场的高斯定理及其应用	248
6.3.1  电力线 电场强度通量	248
6.3.2  静电场的高斯定理	250
6.3.3  高斯定理的应用	252
6.4  静电场的环路定理 电势能	256
6.4.1  静电场力做功	256
6.4.2  静电场的环路定理	257
6.4.3  电势能	258
6.5  电场强度和电势的关系	258
6.5.1  电势	258
6.5.2  点电荷的电势	259
6.5.3  电势的叠加原理	259
6.5.4  等势面	262
6.5.5  电场强度与电势梯度的关系	263
6.6  静电场中的导体与电介质	266
6.6.1  导体的静电平衡 静电平衡条件	267
6.6.2  静电平衡时导体上的电荷分布	267
6.6.3  静电屏蔽及尖端放电	270
*6.6.4  电介质 电介质对电场的影响	273
*6.6.5  电介质的极化	273
6.6.6  电极化强度	275
6.6.7  电极化强度与极化电荷的关系	275
6.7  电位移矢量 有电介质时的高斯定理	277
6.7.1  电位移矢量 有电介质时的高斯定理	277
6.7.2  D、E、P三矢量的关系	277
6.8  导体的电容	279
6.8.1  孤立导体的电容	279
6.8.2  电容器	280
6.8.3  电容器的并联与串联	281
*6.8.4  电容器的充放电	282
6.9  静电场的能量	284
本章提要	286
阅读材料	288
习题	293
第7章  稳恒磁场	298
7.1  恒定电流 电动势	298
7.1.1  电流 电流密度	299
7.1.2  电源的电动势	300
7.1.3  电流的连续性方程 恒定电流	301
*7.1.4  欧姆定律	302
7.2  磁场和磁感应强度	303
7.2.1  磁场的概念	303
7.2.2  磁感应强度	304
7.2.3  磁力线和磁通量	306
7.3  毕奥-萨伐尔定律及应用	307
7.3.1  毕奥-萨伐尔定律	307
7.3.2  毕奥-萨伐尔定律的应用	308
7.3.3  运动电荷的磁场	312
7.4  稳恒磁场的高斯定理 安培环路定理及其应用	312
7.4.1  高斯定理	313
7.4.2  安培环路定理	313
7.4.3  安培环路定理的应用	316
7.5  磁场对运动电荷及载流导线的作用	320
7.5.1  带电粒子在磁场中所受的力——洛伦兹力	320
7.5.2  带电粒子在电磁场中的运动和应用	321
7.5.3  载流导线在磁场中所受的力—安培力	326
7.5.4  磁场作用于载流线圈的磁力矩	330
7.5.5  磁力的功	332
*7.6  磁介质	335
7.6.1  磁介质	335
7.6.2  分子电流和分子磁矩、磁化强度	336
7.6.3  磁介质中的安培环路定理	338
7.6.4  顺磁质 抗磁质 铁磁质	341
本章摘要	345
阅读材料	348
习题	351
第8章  电磁感应与电磁场理论	356
8.1  电磁感应及其基本定律	356
8.1.1  电磁感应定律、楞次定律	356
8.1.2  动生电动势	358
8.1.3  感生电动势  感生电场	361
8.2  自感和互感现象	363
8.2.1  自感应 自感电动势	363
8.2.2  互感应 互感电动势	365
8.3  磁场能量 磁场的能量密度	368
8.4  麦克斯韦电磁场理论	371
8.4.1  位移电流	371
8.4.2  麦克斯韦方程组的积分形式	375
*8.4.3  电磁场的物质性	376
本章提要	377
阅读材料	379
习题	384
附录	388
习题参考答案

前 言
为了更好地适应我国高等教育发展，满足目前社会对一般高等学校大众化教育背景下
人才培养的各项要求，进一步探索和完善我国高等学校应用型人才培养体系，积极探索适
应21 世纪人才培养的教学模式，我们根据教育部非物理类专业物理基础课程教学指导分委
员会制定的《理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求》（后简称“纲要”）的思想
和精神，编写了《大学基础物理学》（上、下）教材及《大学基础物理学习指导》辅导教材。
物理学是自然科学的基础，在人类认识自然世界的进程中一直发挥着重要的作用。尽
管本书所涉及的大多数知识是前几个世纪确立的理论，但对于今天乃至未来的人类生活和
科技发展都有着重要的影响。对于大学本、专科学生来说，大学物理是学习其他后续课程
的基础课，是一门全面地、系统地培养学生综合素质的课程。通过对大学基础物理学课程
的学习，可以培养学生科学的思维方式和研究问题的方法，能够开阔思路，激发探索和创
新精神，提高科学素养、增强社会适应能力。
本书分为上、下两册共14 章，包括力学、热学、电磁学、振动和波、波动光学、狭
义相对论和量子力学基础、分子与固体等内容。每章都包含基本内容、本章提要、阅读材
料、习题及答案。此外，为了拓展读者的知识面，本书还增加了部分选学内容，这部分内
容均标以“*”号。阅读材料也可作为扩展内容，介绍了物理学在前沿科学和技术中的应用
及前沿科学理论，选学内容和阅读材料都自成体系，可选讲或指导学生阅读。
本书依据“纲要”基本要求而编写，旨在帮助读者掌握物理学的基本概念和规律，建
立较完整的物理思想。让读者能学以致用，实现知识能力与素质协调发展。本书在编写上
力求内容简练，概念清晰，突出重点，可供高等学校非物理类专业本、专科及成人高等院
校的学生学习参考。
本书第1、2 章由赵茂娟、杨敏编写，郑勇林、杨维审阅；第3、10、12 章由朱晓玲、
王晓茜编写，郑勇林、杨维审阅；第4 章由郑勇林、高志华编写，杨维审阅；第5、8 章由
杨维编写，郑勇林审阅；第6 章由刘鸿编写，郑勇林、杨维审阅；第7、9 章由戴松晖、陆
智编写，郑勇林、卢孟春审阅；第11、13、14 由郑勇林、卢孟春编写，孙婷雅、杨维、杨
敏审阅。李伯恒、孙婷雅、郑勇林、杨维、陆智审阅了全书习题。全书由郑勇林统稿。
本书在编写过程中得到了成都大学、长江师范学院、四川农业大学理学院、重庆工业
职业技术学院物理教研室等单位的大力支持，编者在此致以衷心的感谢。特别感谢电子工
业出版社给予的大力支持和帮助。
IV
西南大学郑瑞伦教授细致地审阅了书稿，提出许多中肯的修改意见和建议。成都大学
汪令江教授，长江师范学院周晏副教授为本书编写做了大量工作，在此表示感谢。
本书的编写过程中参考了其他同类教材，在此一并致谢。
由于编者水平有限，书中可能存在不妥甚至错误之处，敬请批评指正。
编著者

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大学基础物理学（上）