《大學(xué)物理學(xué)》分為上、下兩冊(cè),《大學(xué)物理學(xué)(下)》為下冊(cè),從第8章到第14章。第8章和第9章屬于熱學(xué)內(nèi)容,講述氣體動(dòng)理論和熱力學(xué)基本定律;第10章到第12章屬于電磁學(xué)內(nèi)容,講述靜電場(chǎng)、穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)和電磁波的基本概念;第13章和第14章屬于量子物理基礎(chǔ)內(nèi)容,講述量子物理基本概念、原子中電子的狀態(tài)和分布規(guī)律,并簡(jiǎn)單介紹固體的結(jié)構(gòu)及其組成粒子之間的相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律。上、下冊(cè)都開設(shè)專題閱讀,介紹物理前沿和現(xiàn)代物理思想。
《大學(xué)物理學(xué)》涵蓋《理工科非物理類專業(yè)大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》的所有A類內(nèi)容,B類內(nèi)容有的帶“?”號(hào)出現(xiàn),有的寫成專題形式;適合中等學(xué)時(shí)的大學(xué)物理教學(xué)。
物理學(xué)是研究物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)、相互作用和物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最基本、最普遍的形式及其相互轉(zhuǎn)化規(guī)律的科學(xué)。物理學(xué)的研究對(duì)象具有極大的普遍性,它的基本理論滲透在自然科學(xué)的一切領(lǐng)域,并廣泛地應(yīng)用于生產(chǎn)技術(shù)的各個(gè)部門。以物理學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)為內(nèi)容的“大學(xué)物理學(xué)”課程,它所包括的經(jīng)典物理、近代物理以及它們?cè)诳茖W(xué)技術(shù)上應(yīng)用的初步知識(shí)是理工科學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)。為了很好地完成“大學(xué)物理學(xué)”課程的教學(xué)任務(wù),目前有大量的相關(guān)教材。不同的教材是根據(jù)不同的實(shí)際情況編寫的,這是因?yàn)殡S著高校招生規(guī)模的擴(kuò)大,高等教育正在從精英教育向大眾教育過渡,分層次辦學(xué)以及人才培養(yǎng)多樣化的趨勢(shì)日漸突出。
本書編寫的初衷,是為中等學(xué)時(shí)的大學(xué)物理教學(xué)提供一套難度合適、篇幅精練、易教易學(xué)的教材。本書是根據(jù)教育部最新制定的《理工科非物理類專業(yè)大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》,在福州大學(xué)邱雄等人主編的《大學(xué)物理》(上、下冊(cè),2002版)基礎(chǔ)上進(jìn)行編寫的。它涵蓋《理工科非物理類專業(yè)大學(xué)物理課程教學(xué)基本要求》的所有A類內(nèi)容;B類內(nèi)容有的帶“”號(hào)出現(xiàn)、有的寫成專題形式。
在本書編寫初衷的指導(dǎo)下,本書具備以下特色: ①?gòu)?qiáng)調(diào)物理思想和物理圖像,簡(jiǎn)約推導(dǎo),能夠用物理圖像解釋清楚的,盡量不用復(fù)雜的數(shù)學(xué)推證; ②精心設(shè)計(jì)問題,引導(dǎo)讀者學(xué)習(xí),體現(xiàn)引導(dǎo)式、研究性學(xué)習(xí)理念; ③注重物理學(xué)知識(shí)與科學(xué)技術(shù)相結(jié)合、與自然現(xiàn)象相結(jié)合、與生活相結(jié)合,以增強(qiáng)物理學(xué)理論的真實(shí)感和生動(dòng)感; ④注重科學(xué)思維和方法的培養(yǎng),把物理學(xué)方法論中所涉及的一些基本原理介紹給讀者; ⑤在近代物理學(xué)內(nèi)容的敘述上力求通俗、生動(dòng),突出物理學(xué)圖像,以近代物理學(xué)發(fā)展的歷史為主線編寫近代物理; ⑥開設(shè)專題閱讀,介紹物理前沿和現(xiàn)代物理思想,以激發(fā)讀者學(xué)習(xí)物理的興趣; ⑦版面設(shè)計(jì)美觀,寫作語(yǔ)言樸實(shí)流暢、通俗易懂。
本書分上、下兩冊(cè)。上冊(cè)包括質(zhì)點(diǎn)力學(xué)、剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)、狹義相對(duì)論、振動(dòng)波動(dòng)和光學(xué)等內(nèi)容,下冊(cè)包括熱學(xué)、電磁學(xué)、量子物理基礎(chǔ)和固體物理簡(jiǎn)介等內(nèi)容。在保證大學(xué)物理教學(xué)體系的整體性和系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上,章節(jié)的編排適當(dāng)?shù)乜紤]了教學(xué)上的方便。例如,狹義相對(duì)論雖然屬于近代物理內(nèi)容,但本書把它排在質(zhì)點(diǎn)力學(xué)和剛體定軸轉(zhuǎn)動(dòng)之后,目的是在經(jīng)典時(shí)空觀之后緊接著全新的狹義相對(duì)論時(shí)空觀,形成鮮明的對(duì)比;又如,由于振動(dòng)和波動(dòng)是波動(dòng)光學(xué)的基礎(chǔ),所以把光學(xué)安排在上冊(cè)。
編寫教材是提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑之一,福州大學(xué)的所有大學(xué)物理學(xué)任課教師都參與了本書的編寫工作。龔炎芳、張曉嵐和陳永毅編寫第1章到第4章和專題A,陳美鋒、曾群英、江云坤和楊開宇編寫第5章到第7章和專題B,蔣夏萍和黃碧華編寫第8章、第9章、專題C和專題D,曾曉萌、蘇萬(wàn)鈞、鐘志榮和翁臻臻編寫第10章到第12章、專題E和專題F,曾永志、黃春暉、王松柏和夏巖編寫第13章、第14章和專題G。全書由陸培民、陳美鋒和曾永志主編。
本書編寫參考了許多資料和兄弟院校的教材,在此一并表示真誠(chéng)的謝意。
由于水平所限,加上時(shí)間緊,書中的錯(cuò)誤和不足在所難免,請(qǐng)讀者提出寶貴意見,以期再版時(shí)作進(jìn)一步的修改。
第8章 氣體動(dòng)理論1
8.1 熱學(xué)的基本概念 1
8.1.1 熱力學(xué)系統(tǒng) 平衡態(tài)1
8.1.2 熱力學(xué)第零定律2
8.1.3 理想氣體狀態(tài)方程4
8.2 理想氣體的壓強(qiáng)和溫度5
8.2.1 理想氣體的壓強(qiáng)5
8.2.2 理想氣體的溫度8
8.3 能量均分原理10
8.3.1 自由度10
8.3.2 能量按自由度均分原理11
8.3.3 理想氣體的內(nèi)能11
8.4 麥克斯韋速率分布律12
8.4.1 速率分布函數(shù)13
8.4.2 麥克斯韋速率分布函數(shù)14
8.4.3 麥克斯韋速率分布函數(shù)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證15
8.5 玻耳茲曼分布律17
8.6 碰撞及輸運(yùn)過程19
8.6.1 氣體分子的碰撞和平均自由程19
8.6.2 氣體分子的輸運(yùn)過程21
8.7 實(shí)際氣體的狀態(tài)方程23
習(xí)題27
第9章 熱力學(xué)基礎(chǔ)30
9.1 熱力學(xué)第一定律30
9.1.1 內(nèi)能、功和熱量30
9.1.2 熱力學(xué)第一定律33
9.2 幾個(gè)典型的熱力學(xué)過程34
9.2.1 等體過程35
9.2.2 等壓過程35
9.2.3 等溫過程36
9.2.4 絕熱過程和多方過程37
9.3 循環(huán)過程40
9.3.1 準(zhǔn)靜態(tài)的循環(huán)過程41
9.3.2 卡諾循環(huán)42
9.3.3 循環(huán)過程的應(yīng)用43
9.4 熱力學(xué)第二定律 熵47
9.4.1 熱力學(xué)過程的方向性47
9.4.2 熱力學(xué)第二定律48
9.4.3 熱力學(xué)第二定律的微觀意義49
9.4.4 克勞修斯熵公式52
9.4.5 熵增加原理53
專題c 熵概念的擴(kuò)展56
專題d 耗散結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介60
習(xí)題63
第10章 靜電場(chǎng)67
10.1 真空中的靜電場(chǎng)67
10.1.1 庫(kù)侖定律67
10.1.2 電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度69
10.2 真空中的高斯定理及其應(yīng)用73
10.3 環(huán)路定理 電勢(shì)78
10.3.1 靜電場(chǎng)的環(huán)路定理78
10.3.2 電勢(shì)與電勢(shì)差79
10.3.3 電勢(shì)的計(jì)算80
10.3.4 電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)的微分關(guān)系81
10.4 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體83
10.4.1 導(dǎo)體的靜電平衡83
10.4.2 靜電屏蔽84
10.5 靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)86
10.5.1 電介質(zhì)的極化87
10.5.2 電介質(zhì)中的高斯定理88
10.6 電容與電容器90
10.6.1 孤立導(dǎo)體的電容90
10.6.2 電容器的電容90
10.7 靜電場(chǎng)的能量92
10.7.1 電容器的能量93
10.7.2 電場(chǎng)的能量93
習(xí)題96
第11章 穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)100
11.1 穩(wěn)恒電流 電動(dòng)勢(shì)100
11.1.1 穩(wěn)恒電流 電流密度100
11.1.2 電源 電動(dòng)勢(shì)101
11.2 穩(wěn)恒電流的磁場(chǎng)102
11.2.1 磁場(chǎng) 磁感應(yīng)強(qiáng)度102
11.2.2 畢奧-薩伐爾定律103
11.3 磁場(chǎng)的高斯定理107
11.4 磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理及應(yīng)用109
11.4.1 磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理109
11.4.2 安培環(huán)路定理的應(yīng)用111
11.5 磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)112
11.5.1 磁介質(zhì)的磁化112
11.5.2 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理114
11.6 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷及電流的作用115
11.6.1 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用——洛倫茲力115
11.6.2 磁場(chǎng)對(duì)電流的作用——安培力121
11.6.3 磁場(chǎng)對(duì)載流線圈的作用122
11.6.4 磁力的功123
11.6.5 磁力的應(yīng)用124
習(xí)題125
第12章 電磁感應(yīng)130
12.1 電磁感應(yīng)定律130
12.1.1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象130
12.1.2 法拉第電磁感應(yīng)定律130
12.2 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)132
12.3 感生電動(dòng)勢(shì)和感生電場(chǎng)134
12.4 自感和互感137
12.4.1 自感和自感系數(shù)137
12.4.2 互感和互感系數(shù)139
12.5 磁場(chǎng)能量140
12.5.1 自感磁能140
12.5.2 磁場(chǎng)能量140
12.6 位移電流142
12.7 麥克斯韋方程組及電磁波144
12.7.1 麥克斯韋電磁場(chǎng)基本理論144
12.7.2 電磁波145
專題e 巨磁電阻效應(yīng)147
專題f 等離子體150
習(xí)題153
第13章 量子物理基礎(chǔ)156
13.1 經(jīng)典物理的困難157
13.1.1 黑體輻射157
13.1.2 光電效應(yīng)159
13.1.3 原子的線狀光譜和原子的結(jié)構(gòu)160
13.2 量子論的誕生163
13.2.1 普朗克的能量子理論163
13.2.2 愛因斯坦的光電效應(yīng)方程168
13.2.3 康普頓散射170
13.3 玻爾氫原子模型173
13.3.1 玻爾的三個(gè)假設(shè)173
13.3.2 玻爾的氫原子理論174
13.3.3 弗蘭克-赫茲實(shí)驗(yàn)176
13.3.4 對(duì)應(yīng)性原理179
13.4 微觀粒子的波粒二象性182
13.4.1 德布羅意物質(zhì)波的假設(shè)182
13.4.2 德布羅意假設(shè)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證183
13.5 波函數(shù) 不確定關(guān)系186
13.5.1 波函數(shù)186
13.5.2 波函數(shù)的統(tǒng)計(jì)詮釋187
13.5.3 粒子的力學(xué)量的平均值191
13.5.4 不確定關(guān)系194
13.5.5 不確定關(guān)系的物理意義196
13.6 薛定諤方程及其應(yīng)用197
13.6.1 薛定諤方程198
13.6.2 薛定諤方程的簡(jiǎn)單應(yīng)用200
13.7 氫原子結(jié)構(gòu)208
13.7.1 氫原子中電子的定態(tài)薛定諤方程208
13.7.2 三個(gè)量子數(shù)及其物理意義209
13.7.3 概率密度和電子云211
13.8 原子的殼層結(jié)構(gòu)213
13.8.1 自旋213
13.8.2 元素周期表217
專題g 量子光學(xué)220
習(xí)題223
第14章 固體物理簡(jiǎn)介228
14.1 晶體結(jié)構(gòu)228
14.2 晶體的結(jié)合231
14.3 晶體的能帶及其應(yīng)用233
14.3.1 固體能帶233
14.3.2 導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體的能帶論解釋235
14.3.3 半導(dǎo)體pn結(jié)237
14.4 超導(dǎo)電性239
14.4.1 超導(dǎo)體的兩個(gè)基本特征239
14.4.2 超導(dǎo)的基本理論240
14.4.3 高溫超導(dǎo)241
14.4.4 超導(dǎo)體的應(yīng)用241
習(xí)題242
參考文獻(xiàn)244