大學物理 上冊 王越 劉宇星 丁曉紅 王代殊 清華大學齣版社 大專院校非物理類理工科大學物理課程輔助 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302490418

商品编码：28745916360

丛书名： 大学物理(上)清华版

开本：16开

 

書名：	大學物理(上)（清華版）
齣版社：	清華大學齣版社
齣版日期：	2018
ISBN號：	9787302490418

 

 

本書根據教育部頒布的“大學物理課程教學基本要求”，結閤本校實際，為配閤研究型教學編寫。全書共20章，分彆講述質點力學、剛體力學、狹義相對論、振動和波、氣體動理論、熱力學基礎、靜電場、靜電場中的導體與電介質、穩恒電流的磁場、電磁感應、麥剋斯韋方程組、波動光學和量子物理基礎等方麵的內容。

本書在編寫過程中，力求概念簡明清晰，講述深入淺齣，難度適於中等，可作為大專院校非物理類理工科學生學習大學物理課程的輔助教材，也可供大中專院校物理教師參考。

 

王越  1990年本科畢業於北京工業大學應用物理係，留校任教至今，博士，教授。長期從事晶體生長和宏觀物性以及功能陶瓷製備的研究。承擔《大學物理》等6門本科生課程和2門碩士生課程。齣版《材料物理性能的各嚮異性》專著1部（化學工業齣版社，2007年），發錶科研論文30餘篇（其中SCI檢索10篇、EI檢索30篇）、發明專利9件、軟件著作權登記3件。發錶教研論文9篇。

目前我國工科大學使用的大學物理教材適用的課時數多在126課時左右，教材的深度、難度也各不相同。北京工大通過多年的教學經驗，編寫瞭一套適閤自己學校，難度適中，有一定特色的大學物理教材。以利於更好實現人纔培養目標，並為今後在實際工作中打一個好的基礎。

 

第1章質點運動學

1.1質點與參考係

1.2位矢與位移

1.3速度與加速度

1.4拋體運動

1.5圓周運動

1.6運動學中的兩類問題

1.7運動的相對性

第2章牛頓運動定律與萬有引力定律

2.1牛頓運動定律

2.2慣性係與非慣性係

2.3牛頓定律的應用

2.4萬有引力定律

2.5幾種典型的非慣性係與慣性力

2.6國際單位製與量綱

第3章動量與角動量

3.1力的衝量與質點的動量定理

3.2質點係的動量定理與動量守恒定律

3.3質心與質心運動定理

3.4質點的角動量與角動量定理

3.5質點的角動量守恒定律

3.6質點係的角動量定理與角動量守恒定律

第4章功和能

4.1力的功與質點的動能定理

4.2質點係的動能定理

4.3一對力的功與保守力

4.4係統的勢能

4.5功能原理與機械能守恒定律

4.6對稱性與守恒定律

第5章剛體的定軸轉動

5.1剛體定軸轉動的描述

5.2轉動定律

5.3定軸轉動的角動量定理和角動量守恒定律

5.4轉動中的功和能

 5.5剛體的平麵平行運動

 5.6進動

第6章振動

6.1簡諧運動的描述

6.2簡諧運動的鏇轉矢量錶示

6.3簡諧運動的能量

6.4兩個簡諧振動的

6.5阻尼振動受迫振動共振

第7章波動

7.1簡諧波的描述

7.2波動方程及波的能量

7.3惠更斯原理和波的傳播方嚮

7.4波的疊加乾涉與駐波

7.5多普勒效應

第8章狹義相對論基礎

8.1伽利略變換與伽利略相對性原理

8.2狹義相對論的基本假設與洛倫茲變換

8.3狹義相對論的時空觀

8.4相對論速度變換

8.5狹義相對論動力學基礎

第9章氣體分子動理論

9.1熱力學係統與平衡態

9.2理想氣體狀態方程

9.3理想氣體壓強的微觀公式

9.4溫度的微觀意義

9.5分子的自由度與能量均分定理

9.6理想氣體的內能

9.7速率分布函數與麥剋斯韋速率分布律

9.8分子速率的統計值

 9.9速度分布函數與麥剋斯韋速度分布律

 9.10分子按空間位置的分布與玻耳茲曼分布律

 9.11氣體分子的平均碰撞頻率和平均自由程

 9.12實際氣體的範德瓦耳斯方程

第10章熱力學基礎

10.1熱力學定律

10.2熱力學定律在等值過程的應用

10.3循環過程和卡諾循環

10.4熱力學第二定律及其微觀意義

參考書目

 

第3章動量與角動量

牛頓第二定律描述力對物體的瞬時作用規律，但是日常生活中，力對物體的作用往往是持續的，這個持續的作用效果可能更有意義。當一個物體發生轉動時，用力矩和角動量等概念來描述物體的運動則更為方便。本章我們將學習力和力矩對時間的纍積效應，對質點和質點係的動量定理和角動量定理進行研究和討論，並得到相應的動量守恒定律和角動量守恒定律。

3.1力的衝量與質點的動量定理

由牛頓第二定律的微分形式F→=dp→dt，可得

F→dt=dp→（3.1）

從t1到t2積分可得

∫t2t1F→dt=∫p→2p→1dp→=p→2－p→1（3.2）

∫t2t1F→dt錶示閤力F→（此處一般稱為衝力）在t1到t2這段時間內的纍積，稱為閤力的衝量，通常記作I→，即

I→=p→2－p→1（3.3）

其中，p→1和p→2分彆代錶質點在t1和t2時刻的動量。式（3.3）錶明，質點在t1至t2時間間隔內所受閤力的衝量等於在這段時間間隔內該質點動量的增量。這一結論稱作質點的動量定理。式（3.1）和式（3.2）分彆為動量定理的微分形式和積分形式。動量定理是矢量式，可寫成如下分量式形式： 

Ix=p2x－p1x

Iy=p2y－p1y

Iz=p2z－p1z（3.4）

動量定理是由牛頓第二定律導齣的，其適用範圍也於慣性係。

用動量定理解決問題的優越性在於，我們不必關注質點在整個過程中所受閤力的變化細節，隻要力的衝量相同就會産生相同的動量的增量。這在解決閤力隨時間劇烈變化的問題，如碰撞問題時非常方便。此時，常引入平均力的概念

F→-=∫t2t1F→dtt2－t1=p→2－p→1t2－t1（3.5）

F→-即平均力。式（3.5）錶明，作用在質點上的平均力等於質點動量的增量與力的作用時間之比。

例3.1鐵匠打鐵時將鐵錘抬起到h1=1.0m的高度後讓其自由落下，鐵錘與鐵砧上的工件碰撞後彈起到h2=5.0cm高度處。鐵錘質量m=5.0kg，作用時間為 Δt=0.02s，求重錘對工件的平均作用力。

解設竪直嚮上為正方嚮，此問題為一維問題，可簡單地用正、負號錶示其方嚮。根據式（3.5）知道，欲求平均作用力，必須先求得始、末狀態的動量差，碰撞過程初始時刻的動量即鐵錘質量與其從高度h1處自由下落的末速度的乘積

p1=－m2gh1

碰撞後的動量即鐵錘質量與鐵錘彈起到h2高度的初速度的乘積

p2=m2gh2

鐵錘對工件的平均衝力與工件對鐵錘的作用力是一對作用、反作用力，用f-′錶示工件對鐵錘的平均作用力，有

f-′=p2－p1Δt=m2g(h2+h1)Δt=5.0×2×9.8×(0.05+1.0)0.02=1.35×103N

則鐵錘對工件的平均衝力f-為

f-=－f-′=－1.35×103N

其中包括鐵錘重力mg=－49N，與衝力相比，重力為一可忽略的小量。通常在處理這類碰撞問題時，往往忽略重力的作用。

例3.2力F→=12t2i→作用在質量m=1.0kg的物體上，使之從靜止開始運動，求物體在2s末的動量。

解由動量定理，有

∫t2t1F→dt=p→2－p→1=p→2

代入力的錶達式有

p→2=∫2012t2i→dt=4t320i→=32i→kg·m/s

......

......

《大學物理（上冊）：概念、規律與應用》 編著者： [此處為編者姓名，例如：李明，張華，王強] 齣版社： [此處為齣版社名稱，例如：人民教育齣版社] 學科定位： 專為非物理類理工科專業本科生設計的大學物理基礎教材 內容梗概： 本書是為滿足非物理類理工科專業學生掌握基礎物理知識、培養科學思維、理解物理世界運行規律而精心編撰的係列教材（上冊）。全書緊密圍繞物理學的核心概念、基本定律及其在工程技術和社會發展中的廣泛應用展開，旨在為學生構建堅實的物理學知識體係，提升解決實際問題的能力。 上冊內容聚焦：力學、熱學與波動學 第一部分：經典力學——運動的描述與原因 本部分將帶領讀者深入理解物體運動的規律，從最基本的概念入手，逐步建立起對宏觀世界運動現象的係統認知。 第一章：運動的描述。 我們將從“運動是物質固有屬性”這一基本論斷齣發，學習如何精確地描述物體的運動狀態。這包括對參考係的選擇、位移和路程的區彆、速度（瞬時速度與平均速度）和加速度的定義與計算。學生將掌握矢量運算在物理學中的應用，並通過大量實例理解勻速直綫運動、勻變速直綫運動以及一般麯綫運動的運動學方程。我們將討論軌跡方程的概念，以及如何通過分解和閤成運動來分析復雜的運動軌跡，例如拋體運動和圓周運動。對相對運動的探討也將貫穿其中，幫助學生理解不同參考係下物體運動描述的差異性。 第二章：力——運動的原因。 運動的改變源於力的作用。本章將係統介紹各種力的概念，包括重力（及其在不同星球上的變化）、彈力（鬍剋定律及其適用範圍）、摩擦力（靜摩擦與動摩擦的區分及其計算）以及張力等。核心內容將集中在牛頓運動定律的深入剖析。我們將詳細闡述牛頓第一定律（慣性定律）的意義，理解慣性是物體保持其運動狀態的內在屬性。牛頓第二定律 ($F = ma$) 將是本章的重點，通過分析各種典型的受力情況，如連接體問題、傳送帶問題等，訓練學生建立受力圖、運用矢量方程分析物體加速度的能力。牛頓第三定律（作用力與反作用力定律）的對相互性的理解，將幫助學生分析係統中的相互作用。本章還會涉及衝量和動量的概念，引齣動量守恒定律，並探討其在碰撞等問題中的應用。 第三章：功、能與功率——運動的另一視角。 能量是描述物體狀態的一個重要物理量。本章將引入功的概念，定義功的計算方式，並探討恒力做功和變力做功（利用積分方法）的不同情況。在此基礎上，我們將引齣動能，並推導動能定理，它提供瞭一種不直接涉及力的運動分析方法。接著，我們深入探討機械能（包括動能和勢能）的概念。重力勢能和彈性勢能的定義及其變化量將得到詳細介紹。機械能守恒定律的條件及其應用是本章的另一重點，學生將通過解決斜麵、彈簧振子等問題來鞏固對能量轉化與守恒的理解。最後，我們將引入功率的概念，定義其為單位時間內做的功，並討論其在不同機械和過程中的意義。 第四章：圓周運動與萬有引力。 在理解瞭直綫運動之後，本章將進一步探索圓周運動的規律。我們將分析圓周運動中的嚮心加速度和嚮心力，重點討論在非勻速圓周運動中切嚮加速度和徑嚮加速度的區彆。通過對實際例子（如汽車過彎道、內軌與外軌的火車）的分析，加深對嚮心力的理解。隨後，本章將迎來物理學中一個裏程碑式的成就——萬有引力定律。我們將介紹牛頓發現萬有引力定律的偉大思想，並闡述其數學錶達式。在此基礎上，我們將探討引力場的概念，以及行星運動定律（開普勒定律）與萬有引力定律的統一。學生將學習如何利用萬有引力定律解決天體運動問題，例如計算衛星的軌道速度、周期以及能量在天體係統中的轉化。 第五章：剛體轉動初步。 考慮到部分理工科學生可能需要對鏇轉運動有初步認識，本章將對剛體的概念進行界定，並引入轉動慣量這一描述物體轉動惰性的物理量。我們將介紹力矩的概念，它在轉動中的作用相當於直綫運動中的力。牛頓第二定律的轉動形式（$M = Ialpha$）將得到闡述。此外，我們還將簡要介紹角動量及其守恒定律，為後續可能接觸到的更復雜的動力學問題打下基礎。 第二部分：熱學——溫度、能量與宏觀規律 本部分將引導學生認識物質的宏觀屬性，理解熱現象背後的微觀本質，以及能量在熱過程中的轉化和傳遞。 第六章：溫度與熱量。 本章將從“溫度”這一基本概念入手，理解其作為物體冷熱程度的物理量，並介紹常用的溫度計及其測量原理（如攝氏溫標、華氏溫標、開爾文溫標）。我們將區分熱量與內能，定義熱量為物體間通過溫差傳遞的能量。比熱容和熱容的概念將被詳細闡釋，並介紹如何計算吸收或放齣熱量。相變現象（如熔化、汽化）及其吸放熱特性也將被深入討論，包括熔化熱和汽化熱的定義與應用。 第七章：氣體狀態方程與熱力學第一定律。 本章將重點研究理想氣體的模型，並介紹玻意耳定律、查理定律和蓋-呂薩剋定律，最終推導齣理想氣體狀態方程 ($PV = nRT$ 或 $PV = NkT$)。學生將學會利用此方程分析氣體在不同過程中的狀態變化（如等溫過程、等壓過程、等容過程）。隨後，本章將引入內能的概念，並闡述熱力學第一定律——能量守恒在熱學中的具體體現。我們將詳細討論功在熱力學過程中的意義，以及熱量的傳遞方式。通過分析等容吸熱、等容放熱、等溫膨脹/壓縮、絕熱過程等，幫助學生理解熱力學第一定律的應用。 第八章：熱力學第二定律與熱機。 在掌握瞭熱力學第一定律的基礎上，本章將引入熱力學第二定律，它是關於熱現象方嚮性的基本定律。我們將介紹剋勞修斯錶述（熱量不能自發地從低溫物體傳嚮高溫物體）和開爾文錶述（不存在隻從單一熱源吸熱，並將此熱量完全轉化為功而不産生其他影響的熱機）。可逆過程和不可逆過程的區彆將是理解熱力學第二定律的關鍵。本章還將探討熱機的效率，介紹卡諾循環作為理想熱機的模型，並討論其效率的極限。這將幫助學生理解能量轉化過程的不可逆性以及實際生産和生活中的能源利用效率問題。 第三部分：波動學——波的傳播與性質 本部分將帶領讀者認識周期性運動在空間中的傳播——波，理解波的産生、傳播方式、疊加以及其在聲學和光學中的重要應用。 第九章：機械波——振動的傳播。 我們將從機械振動齣發，引申到機械波的産生。波源的振動是産生波的前提。我們將區分橫波和縱波，並學習如何描述波的波長、頻率、周期和波速。波的傳播速度與介質的性質有關。波的圖像（振動圖像與波形圖像）的解讀將是本章的重點，通過對不同時刻波形圖的分析，掌握波的傳播方嚮。簡諧波的概念將貫穿始終。 第十章：波的乾涉與衍射。 當兩列或多列波相遇時，會發生波的乾涉現象。我們將詳細闡述相乾波的條件，以及如何判斷加強點和減弱點。乾涉條紋的形成將通過具體例子（如水波槽中的乾涉）進行說明。波的衍射現象，即波繞過障礙物或通過狹縫繼續傳播的現象，也將被介紹。我們將解釋惠更斯原理，並說明衍射是波的普遍性質。理解乾涉和衍射對於認識光的波動性至關重要。 第十一章：聲波與聲音。 作為最常見的機械波之一，聲波在日常生活中無處不在。本章將詳細討論聲波的産生（振動）、傳播（介質）、以及其特性。聲音的三要素：音調（與頻率有關）、響度（與振幅有關）和音色（與波形有關）將得到清晰的界定。我們將介紹聲速在不同介質中的傳播情況，以及聲波的反射（迴聲）和摺射現象。多普勒效應作為聲學中的一個重要現象，也將被引入，解釋當聲源或觀察者相對運動時，觀察到的頻率會發生變化。 本書的特色與優勢： 1. 概念清晰，邏輯嚴謹： 每一章都從最基本、最核心的概念入手，層層遞進，確保學生能夠建立起紮實的物理學思維框架。 2. 注重應用，聯係實際： 大量選取與非物理類理工科專業密切相關的實例，如工程機械、材料科學、能源利用、聲學傳感等，展現物理學在解決實際問題中的力量。 3. 圖文並茂，直觀易懂： 配備大量高質量的插圖、示意圖和實驗照片，幫助學生直觀理解抽象的物理概念。 4. 習題設計，強化訓練： 每章末都配有不同難度和類型的習題，包括概念辨析題、計算題和應用題，旨在鞏固所學知識，提升解題能力。 5. 語言平實，易於接受： 采用通俗易懂的語言，避免使用過於專業或晦澀的術語，降低學習門檻，使非物理專業的學生也能輕鬆入門。 6. 科學精神與人文關懷： 在講解物理規律的同時，穿插介紹物理學史上的重要事件和科學傢的故事，激發學生對科學探索的熱情，培養嚴謹求實的科學精神。 學習本書將使學生： 掌握經典力學、熱學和波動學的基礎知識和基本原理。 培養運用物理概念和數學工具分析和解決實際問題的能力。 建立起科學的思維方式和嚴謹的邏輯推理能力。 對自然界和人類社會中的物理現象産生更深的理解和興趣。 為後續專業課程的學習奠定堅實的物理基礎。 本書旨在成為每一位非物理類理工科學生學習物理的良師益友，引導他們踏上探索奇妙物理世界的旅程。

评分☆☆☆☆☆

從一位非物理科班齣身的讀者的角度來看，這本書的價值體現在它能夠有效地“破除壁壘”，讓更多人有機會觸碰和理解物理學的魅力。它沒有上來就堆砌深奧的數學模型，而是從最基礎的力學原理開始，用一種更加平易近人的方式去闡釋。我尤其喜歡它在講解過程中所展現的“過程性”，即它不僅僅告訴你“是什麼”，更重要的是告訴你“怎麼來的”以及“為什麼是這樣”。例如，在解釋動量守恒定律時，它會從兩個物體碰撞的場景齣發，通過對係統內外力的分析，一步步推導齣動量守恒的數學錶達式。這種嚴謹而又不失邏輯的推導過程，讓我感覺自己仿佛也參與到瞭科學探索的過程中，而不是被動地接受知識。而且，書中對每一個公式的齣現，都會解釋其物理意義，並給齣相應的應用場景，讓我知道這些公式不僅僅是符號，而是對現實世界規律的精確描述，這對我來說是非常寶貴的學習體驗。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，在拿到這本書之前，我對於“大學物理”這個詞的聯想，還停留在中學時代那些枯燥的公式和解不完的應用題。然而，《大學物理 上冊》徹底顛覆瞭我的認知。它並不是簡單地羅列知識點，而是更側重於培養讀者的物理思維方式。書中對於每一個物理現象的解釋，都不僅僅停留在現象層麵，而是深入挖掘其背後的原因和規律，引導讀者去思考“是什麼導緻瞭這樣的結果”。例如，在講解萬有引力定律時，作者並沒有止步於介紹公式，而是通過伽利略的自由落體實驗、牛頓蘋果落地的故事等，生動地展現瞭科學傢是如何一步步探索和發現這一偉大定律的。這種敘事性的講解方式，讓物理知識變得活潑有趣，不再是冰冷的符號組閤。而且，書中在給齣理論講解的同時，也會配以大量的插圖和圖示，這些視覺化的輔助材料極大地幫助我理解瞭復雜的空間關係和力的作用方嚮，讓原本可能難以想象的物理過程變得直觀易懂。

评分☆☆☆☆☆

作為一本為非物理類理工科學生設計的教材，《大學物理 上冊》在內容編排上顯得格外用心。它並沒有像為物理專業學生準備的書籍那樣，一開始就深入到過於復雜的數學推導和抽象理論。相反，它從最貼近我們生活的力學現象入手，比如最基本的運動學，如何描述一個物體的位置、速度和加速度，這些都是我們能夠切身感受到的。然後，它自然而然地過渡到動力學，解釋是什麼力導緻瞭這些運動。我特彆欣賞書中對“力”這個概念的細緻闡述，從摩擦力到彈力，再到引力，它都通過具體的例子幫助我們理解不同類型的力在現實世界中的作用。而且，書中對於功和能的講解也做到瞭化繁為簡，讓我理解瞭能量是如何在不同形式之間轉化的，以及能量守恒定律的普遍意義。即使是對物理學不太感興趣的讀者，也能從中找到理解的樂趣。

评分☆☆☆☆☆

我之前一直對物理學抱有一種敬畏又有些距離的態度，總覺得那是物理專業學生的“專屬”，非理工科的我們大概隻需要瞭解一些皮毛就夠瞭。但這次為瞭彌補一些基礎知識的欠缺，我翻開瞭這本《大學物理 上冊》，完全沒想到，它帶來的驚喜遠超我的預期。書本的開篇就以一種非常友好的方式，循序漸進地介紹瞭力學的基礎概念，從最簡單的運動描述，到牛頓三大定律的深刻剖析，再到能量守恒、動量守恒等核心原理，都講解得清晰易懂，沒有絲毫的晦澀難懂。我尤其喜歡它在講解每一個概念時，都會穿插一些生活中的實際案例，比如過山車運動中的能量轉化、汽車刹車時的動量變化等等，這些生動的例子讓我能立刻將抽象的物理原理與我們日常所見所感聯係起來，大大降低瞭理解的門檻。而且，書中在概念的推導過程中，也保留瞭足夠的邏輯鏈條，讓我能理解“為什麼是這樣”，而不是僅僅記住一個結論。對於我這種非物理專業的學生來說，能夠真正理解物理學的邏輯美，這本身就是一種巨大的收獲。

评分☆☆☆☆☆

在我看來，《大學物理 上冊》最成功的地方在於它能夠巧妙地平衡理論深度和易讀性，尤其是在麵對非物理專業的學生時。我之前一直覺得物理學離我太遠，但這本書卻像一位耐心的嚮導，一步一步地引領我走入物理學的殿堂。它在引入每一個新的概念時，都會先從一個我們熟悉的現象開始，然後層層剝繭，給齣背後的物理原理。比如，在講解麯綫運動的時候，它會從我們日常生活中投擲物體産生的軌跡入手，然後引齣嚮心力、角速度等概念。這種“由淺入深，由實及虛”的教學方式，讓我在學習過程中不會感到挫敗，反而會因為每一次的理解而産生學習的動力。書中還穿插瞭一些曆史小故事和科學傢的趣聞，這些內容雖然不直接涉及公式推導，但卻能極大地激發我們對科學的好奇心和探索欲，讓我意識到物理學不僅僅是知識，更是一種智慧和精神。