《大學(xué)物理簡明教程》著眼于物理內(nèi)容的闡述和物理本質(zhì)的揭示,從現(xiàn)象出發(fā),從實(shí)驗(yàn)出發(fā)!镀胀ǜ叩冉逃笆晃濉本氛n程建設(shè)教材:大學(xué)物理簡明教程》分12章對流體力學(xué)、液體的表面性質(zhì)、氣體動理論、熱力學(xué)基礎(chǔ)、靜電場、恒定磁場、電磁感應(yīng)與麥克斯韋方程組等作出了詳細(xì)的闡述。
物理學(xué)研究自然界各種最基本的運(yùn)動形態(tài),它為自然界中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)的相互作用和運(yùn)動規(guī)律提供了一幅豐富多彩、結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膱D畫。人類自古至今的科學(xué)發(fā)展史雄辯地說明,物理學(xué)是一切自然科學(xué)、技術(shù)科學(xué)、生命科學(xué)乃至某些社會科學(xué)的基礎(chǔ),歷史上的一些重要技術(shù)革命,社會生產(chǎn)力的每一次飛躍提高,無不以物理學(xué)的進(jìn)展為先導(dǎo)。當(dāng)前科學(xué)技術(shù)發(fā)展越來越呈現(xiàn)出各學(xué)科交叉與結(jié)合的特征,在這種學(xué)科交叉的大趨勢中,最廣泛和最具影響力的乃是與物理各學(xué)科的交叉與融合,而在生命科學(xué)日益成為科研熱點(diǎn)的今天,物理學(xué)及其技術(shù)在農(nóng)學(xué)的科研和技術(shù)發(fā)展中起著越來越重要的作用。
如何給非物理專業(yè)的學(xué)生,尤其是農(nóng)科的學(xué)生講授大學(xué)基礎(chǔ)物理的課程,在農(nóng)業(yè)院校中有不同的看法。一種看法是,既然講授的對象是農(nóng)學(xué)(和生物)的學(xué)生,講授的內(nèi)容乃至教材要與他們的專業(yè)相結(jié)合,簡言之,物理課要為專業(yè)服務(wù)。另一種看法是,物理學(xué)是一切自然科學(xué)的基礎(chǔ),農(nóng)科專業(yè)和理工科專業(yè)的學(xué)生一樣,需要具備有關(guān)物理學(xué)知識的扎實(shí)基礎(chǔ);物理學(xué)中的一套最全面、最有效的科學(xué)方法以及物理學(xué)課程對學(xué)生科學(xué)素質(zhì)所起的作用是其他課程無法替代的,這才是物理課程的主要目的。我們持后一種看法。實(shí)際上作為大學(xué)基礎(chǔ)物理課程及其教材也是難以直接服務(wù)于專業(yè)的。一則我們的教師不夠熟悉農(nóng)學(xué)專業(yè);二則即使對某一專業(yè)的某些方面有所了解,如果對此作較詳細(xì)的介紹,也會喧賓奪主,沖淡大學(xué)基礎(chǔ)物理的教學(xué)目的;三則農(nóng)科有數(shù)十個專業(yè),數(shù)十學(xué)時(shí)的物理課程及其教材何能做到都為它們服務(wù),這是根本辦不到的事情。當(dāng)然,我們也主張?jiān)诖髮W(xué)物理課程及其教材中,在可能的情況下舉些物理學(xué)及其技術(shù)在農(nóng)學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例,以此說明物理學(xué)也是農(nóng)學(xué)的基礎(chǔ)和提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)的興趣,這對物理學(xué)教學(xué)無疑是有益的。
此外,學(xué)校的一些研究生和教師經(jīng)常向我們物理教師請教他們在工作中遇到的一些問題。我們發(fā)現(xiàn),這些問題并不涉及高深的物理學(xué)知識或物理學(xué)前沿問題,而往往是些物理學(xué)基礎(chǔ)知識。這從一個側(cè)面告訴我們,加強(qiáng)大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)教學(xué)是很重要的。
為了適應(yīng)許多農(nóng)、林院校物理學(xué)課程學(xué)時(shí)較少的狀況,在本書編寫過程中舍棄了大學(xué)基礎(chǔ)物理學(xué)中的力學(xué)內(nèi)容,對熱學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)和量子物理基礎(chǔ)中較深的內(nèi)容也作了適當(dāng)?shù)膭h減。
緒論
第1章 流體力學(xué)
1.1 流體靜力學(xué)
1.1.1 靜止流體內(nèi)應(yīng)力的特點(diǎn)壓強(qiáng)
1.1.2 靜止流體內(nèi)兩點(diǎn)的壓強(qiáng)差
1.2 理想流體的定常流動
1.2.1 理想流體
1.2.2 定常流動流線和流管
1.2.3 連續(xù)性方程
1.2.4 伯努利方程
1.2.5 伯努利方程的應(yīng)用
1.3 黏滯流體的運(yùn)動
1.3.1 層流的黏滯定律
1.3.2 泊肅葉公式
1.3.3 湍流雷諾數(shù)
1.3.4 黏滯流體中運(yùn)動物體受到的阻力
習(xí)題
第2章 液體的表面性質(zhì)
2.1 液體的表面張力
2.2 彎曲液面的附加壓強(qiáng)
2.3 毛細(xì)現(xiàn)象
2.3.1 接觸角
2.3.2 毛細(xì)現(xiàn)象
習(xí)題
第3章 氣體動理論
3.1 理想氣體狀態(tài)方程
3.1.1 宏觀描述與微觀描述
3.1.2 平衡態(tài)和非平衡態(tài)熱力學(xué)平衡
3.1.3 理想氣體狀態(tài)方程
3.2 麥克斯韋氣體分子速率分布律
3.2.1 麥克斯韋氣體分子速率分布律
3.2.2 麥克斯韋3種統(tǒng)計(jì)分子速率
3.3 玻耳茲曼分布
3.3.1 玻耳茲曼能量分布
3.3.2 大氣分子分布
3.4 能量均分定理
3.4.1 理想氣體的壓強(qiáng)公式
3.4.2 理想氣體的溫度公式
3.4.3 能量均分定理
3.4.4 理想氣體的內(nèi)能
3.5 分子的平均碰撞頻率和平均自由程
3.5.1 分子的平均碰撞頻率
3.5.2 分子的平均自由程
3.6 輸運(yùn)現(xiàn)象的氣體動理論
3.6.1 氣體的黏滯性
3.6.2 熱傳導(dǎo)
3.6.3 擴(kuò)散
習(xí)題
第4章 熱力學(xué)基礎(chǔ)
4.1 熱力學(xué)第一定律
4.1.1 系統(tǒng)的內(nèi)能、功和熱量
4.1.2 熱力學(xué)第一定律
4.1.3 平衡過程中的熱力學(xué)第一定律
4.1.4 熱力學(xué)第一定律對理想氣體過程的應(yīng)用
4.1.5 循環(huán)過程卡諾循環(huán)
4.2 熱力學(xué)第二定律
4.2.1 熱力學(xué)第二定律的兩種表述
4.2.2 熱力學(xué)第二定律的微觀意義
4.2.3 卡諾定理
4.3 熵熵增加原理
4.3.1 克勞修斯公式
4.3.2 態(tài)函數(shù)熵
4.3.3 熵增加原理
習(xí)題
第5章 靜電場
5.1 電荷庫侖定律
5.1.l電荷
5.1.2 庫侖定律
5.2 電場電場強(qiáng)度
5.2.1 電場強(qiáng)度
5.2.2 電場強(qiáng)度的疊加原理
5.2.3 電場對帶電體的作用
5.3 靜電場的高斯定理
5.3.1 電場線
5.3.2 電通量
5.3.3 高斯定理
5.4 靜電場環(huán)路定理電勢
5.4.l電場力的功靜電場環(huán)路定理
5.4.2 電勢
5.4.3 電勢疊加原理
5.4.4 等勢面場強(qiáng)與電勢的關(guān)系
5.5 靜電場中的導(dǎo)體
5.5.1 導(dǎo)體的靜電平衡條件
5.5.2 導(dǎo)體表面的電荷分布
5.6 電容電容器
5.6.1 孤立導(dǎo)體的電容
5.6.2 電容器及其電容
5.6.3 電容器的串聯(lián)、并聯(lián)
5.7 電介質(zhì)
5.7.1 電介質(zhì)的極化
5.7.2 電極化強(qiáng)度
5.7.3 有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理
5.8 靜電場的能量
習(xí)題
第6章 恒定磁場
6.1 恒定電流
6.1.1電流密度矢量
6.1.2 恒定電流
6.1.3 歐姆定律的微分形式
6.2 電動勢
6.2.1 電源電動勢
6.2.2 含源電路的歐姆定律
6.3 磁現(xiàn)象與磁場
6.3.l基本磁現(xiàn)象
6.3.2 磁現(xiàn)象的電本質(zhì)
6.3.3 磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度
6.4 畢奧-薩伐爾定律
6.4.1 畢奧-薩伐爾定律
6.4.2 畢奧-薩伐爾定律應(yīng)用舉例
6.4.3 運(yùn)動電荷的磁場
6.5 恒定磁場的性質(zhì)
6.5.1 磁場的高斯定理
6.5.2 安培環(huán)路定理
6.6 磁場對運(yùn)動電荷的作用
6.6.1 洛侖茲力
6.6.2 帶電粒子在均勻磁場中的運(yùn)動
6.6.3 質(zhì)譜儀
6.6.4 霍爾效應(yīng)
6.7 磁場對載流導(dǎo)線的作用
6.7.1 安培定律
6.7.2 均勻磁場對載流線圈的作用
6.8 磁介質(zhì)
6.8.1 磁介質(zhì)及其磁化
6.8.2 有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理
6.8.3 鐵磁質(zhì)
習(xí)題
第7章 電磁感應(yīng)與麥克斯韋方程組
第8章 振動與波
第9章 光波
第10章 波粒二象性
第11章 原子的量子理論
第12章 專題選讀
附錄
第1章 流體力學(xué)
1.1 流體靜力學(xué)
流體力學(xué)主要研究在各種力的作用下,流體本身的狀態(tài)以及流體和固體壁面、流體和流體之間的相互作用的力學(xué)分支。按研究對象的運(yùn)動方式分為流體靜力學(xué)和流體動力學(xué)。
流體的運(yùn)動取決于組成流體的每個分子的運(yùn)動。由于分子運(yùn)動的復(fù)雜性,不可能求解每個分子的運(yùn)動,事實(shí)上也沒有必要這樣做。從宏觀角度來看,流體是由無數(shù)流體元連續(xù)組成的。所謂流體元,指的是這樣的一小塊流體,它的大小與放置在流體中的實(shí)物相比較是微不足道的,但比分子的平均自由程卻要大得多;它包含足夠多的分子,能施行統(tǒng)計(jì)平均求出宏觀參量,少數(shù)分子出入于流體元不會影響穩(wěn)定的平均值。流體分子的物理量(質(zhì)量、速度、動量和能量)經(jīng)過統(tǒng)計(jì)平均后變成了流體元的質(zhì)量、速度、壓力和溫度等宏觀物理量;分子質(zhì)量、動量和能量等輸運(yùn)過程,經(jīng)過統(tǒng)計(jì)平均后表現(xiàn)為擴(kuò)散、黏滯性等宏觀性質(zhì)。將流體看成是連續(xù)的假設(shè)稱為連續(xù)介質(zhì)假設(shè)。有了此假設(shè)才能把一個微觀問題轉(zhuǎn)化成宏觀問題,且數(shù)學(xué)上容易處理。實(shí)驗(yàn)表明在一般情況下這個假設(shè)總是成立的。
流體力學(xué)在水利工程學(xué)、空氣動力學(xué)、氣象學(xué)、氣體和液體輸運(yùn)、動物血液循環(huán)和植物液汁輸運(yùn)等科研技術(shù)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。