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
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