內容簡介
本書涵蓋了教育部新制定的《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》中的核心內容，以“精品化、立體化、實用化”為目標，在修訂過程中繼承了第1版和第2版的特色，採取壓縮經典、簡化近代、突出重點的方法精選和組織內容. 全書共13章，涉及力學、熱學、電磁學、振動和波、波動光學、狹義相對論和量子物理基礎.每章包括引入、基本內容、知識拓展、閱讀材料、複習與小結和練習題.內容深淺適當，講解正確清晰，例題指導詳盡，全書聯繫實際，特別是注意介紹物理知識和物理思想在實際中的套用.本書有電子教案和學習輔導書等配套資料. 本書可作為高等院校非物理類專業本科少學時的大學物理教材和教學參考書，也可用作高等職業教育各專業的物理教材，還可以供其他有關專業選用和廣大讀者閱讀.
第3版前言
《大學物理(第3版)》立體化教材包括主教材、學習輔導書和電子教案，均由清華大學出版社出版.主教材緊緊圍繞教育部新制定的《非物理類理工學科大學物理課程教學基本要求》，介紹了大學物理的相關知識，突出物理知識在實際中的套用，內容簡練，深廣度適當，概念清晰，每章包括引入、基本內容、知識拓展、科學家簡介、複習與小結、練習題.
學習輔導書和電子教案是為了配合主教材而編寫.學習輔導書共分13章，每章分為教學目標、知識框架、本章提要、檢測點解答、思考題、典型例題、練習題精解等七個模組，書中還包括六套階段自我檢測題和兩套綜合自我檢測題，書後附有教學大綱、教學日曆和自我檢測題答案，可作為教師輔導學生學習時的參考，也可幫助學生更好地掌握基礎知識，提高分析問題和解決問題的能力. 電子教案與主教材同步配套，利用PowerPoint平台，分為課堂教學、例題講解、本節小結、動畫演示和影視資料等五部分，使大學物理中抽象的、難以理解的內容變得生動、直觀，操作簡單，播放流暢，易於掌握，便於教師授課和讀者自學.
根據使用本教材的教師和讀者的建議，在保留原書總體結構和風格的基礎上，對原書作了如下的補充和刪減.
(1) 全書每個知識點增加了“檢測點”；
(2) 每章增加了“引入”和“知識拓展”，介紹重要知識點的原理和套用；
(3) 練習題增加了“填空題和選擇題”；
(4) 部分章節和內容適當調整，以“精品化和實用化”為原則；
(5) 修訂第2版教材中的疏漏和錯誤.
本次修訂由肖勝利負責第1、2、3、13章；鄭好望負責第4、5章；朱峰負責第6、7、8、12章及附錄；齊利華負責第9、10章；任文輝負責第11章；西安空軍飛行學院周安省負責補充內容的審定；最後由朱峰完成統稿工作.
本教材適用於高等學校非物理專業70~90學時的大學物理課程，是高等學校少學時本科、專科及成人高等院校的大學物理教材.本教材中加“*”號部分為選講內容，教師可根據本校物理課程的教學要求自行選取.
編者衷心感謝西安通信學院對本書編寫和出版給予的大力支持和幫助，感謝廣大教師和讀者在使用本教材過程中提出的寶貴意見.
由於編者水平有限，書中難免有不恰當之處，請讀者不吝指正.
編者2014年9月
目錄
第1章質點運動學1
1.1位置矢量和位移2
1.1.1參照系與坐標系2
1.1.2位置矢量（運動方程）2
1.1.3位移矢量3
1.2速度和加速度4
1.2.1速度4
1.2.2加速度5
1.3運動的相對性7
1.3.1直線運動7
1.3.2相對運動8
1.4平面曲線運動9
1.4.1拋體運動9
1.4.2圓周運動11
1.5知識拓展——全球定位系統和質點運動學14
閱讀材料1伽利略16
複習與小結17
練習題18
第2章質點動力學21
2.1牛頓運動定律22
2.1.1牛頓運動定律的內容22
2.1.2牛頓運動定律所涉及的基本概念和物理量22
2.1.3常見的幾種力23
2.1.4牛頓運動定律的套用25
2.2動量動量守恆定律29
2.2.1質點的動量及動量定理29
2.2.2質點組的動量定理302.2.3動量守恆定律及其意義31
2.3動能動能定理34
2.3.1功34
2.3.2功率35
2.3.3質點的動能定理35
2.3.4質點組的動能定理36
2.4勢能機械能轉化及守恆定律40
2.4.1保守力及保守力的功40
2.4.2勢能41
2.4.3功能原理42
2.4.4機械能轉化和機械能守恆定律42
2.4.5能量轉化和能量守恆定律43
2.5知識拓展——降落傘大小的合理設計46
閱讀材料2牛頓48
複習與小結48
練習題50
第3章剛體的定軸轉動54
3.1剛體定軸轉動的運動學55
3.2剛體定軸轉動的動力學57
3.2.1剛體定軸轉動的轉動定律57
3.2.2剛體定軸轉動的動能定理62
3.2.3剛體定軸轉動的角動量守恆定律65
3.2.4克卜勒定律67
3.3知識拓展——門吸的合理安裝70
閱讀材料3克卜勒71
複習與小結72
練習題73
第4章氣體動理論77
4.1理想氣體的壓強和溫度78
4.1.1狀態參量平衡態78
4.1.2理想氣體模型 78
4.1.3理想氣體狀態方程78
4.1.4統計假設79
4.1.5理想氣體的壓強79
4.1.6理想氣體的溫度81
4.2能均分定理理想氣體的熱力學能83
4.2.1自由度83
4.2.2能量按自由度均分定理84
4.2.3理想氣體的熱力學能85
4.3麥克斯韋速率分布律三種統計速率86
4.3.1麥克斯韋速率分布律86
4.3.2最概然速率、平均速率和方均根速率87
*4.4氣體分子碰撞和平均自由程89
4.4.1分子的平均自由程和碰撞頻率89
4.4.2平均自由程和平均碰撞頻率的關係89
4.4.3“真空”泵及其工作原理91
4.5知識拓展——如何預防汽車高速公路爆胎94
閱讀材料4克勞修斯95
複習與小結96
練習題97
第5章熱力學基礎99
5.1熱力學第零定律溫度100
5.1.1熱力學第零定律100
5.1.2溫度和溫標101
5.1.3熱力學溫標102
5.1.4攝氏溫標和華氏溫標102
5.2熱力學第一定律及其套用103
5.2.1熱量、功和熱力學能103
5.2.2熱力學第一定律104
5.2.3準靜態過程104
5.2.4理想氣體的等體、等壓和等溫過程106
5.2.5氣體的摩爾熱容107
5.2.6理想氣體的絕熱過程109
5.3循環過程卡諾循環111
5.3.1循環過程111
5.3.2卡諾循環112
5.4熱力學第二定律卡諾定理115
5.4.1熱力學第二定律115
5.4.2可逆過程和不可逆過程116
5.4.3卡諾定理117
5.4.4熵熵增加原理118
5.4.5熵的微觀解釋119
5.5知識拓展——低溫實現的方法120
閱讀材料5開爾文122
複習與小結123
練習題125
第6章靜電場129
6.1庫侖定律電場強度129
6.1.1電荷的量子化129
6.1.2電荷守恆定律130
6.1.3庫侖定律130
6.1.4電場強度131
6.1.5由點電荷引起的電場132
6.1.6由連續電荷分布引起的電場133
6.1.7噴墨列印134
6.2高斯定理及其套用138
6.2.1電場線138
6.2.2電場強度通量139
6.2.3高斯定理140
6.2.4高斯定理的套用142
6.3電勢145
6.3.1靜電場力是保守力145
6.3.2靜電場的環路定律146
6.3.3電勢能電勢146
6.3.4由點電荷引起的電勢147
6.3.5由連續電荷分布引起的電勢148
6.4靜電場中的導體和電介質150
6.4.1導體的靜電平衡150
6.4.2靜電平衡時導體上的電荷分布151
6.4.3尖端放電靜電禁止152
6.4.4從原子觀點看電介質153
6.4.5電介質中的高斯定理154
6.5電容電場能量156
6.5.1電容器的電容156
6.5.2電容的計算156
6.5.3電容器的充電158
6.5.4心臟除顫器159
6.5.5靜電場的能量能量密度159
6.6知識拓展——電磁禁止服161
閱讀材料6庫侖162
複習與小結163
練習題165
第7章穩恆磁場170
7.1磁場磁感應強度170
7.1.1磁場170
7.1.2磁感應強度172
7.1.3洛倫茲力172
7.2畢奧薩伐爾定律及其套用173
7.2.1畢奧薩伐爾定律173
7.2.2畢奧薩伐爾定律套用舉例174
7.3磁場的高斯定理和安培環路定理176
7.3.1磁感線176
7.3.2磁通量高斯定理177
7.3.3安培環路定理178
7.3.4安培環路定理套用舉例179
7.4磁場對運動電荷和載流導線的作用182
7.4.1帶電粒子在磁場中的運動182
7.4.2霍耳效應183
7.4.3回旋加速器184
7.4.4安培定律185
7.4.5電磁軌道炮186
7.4.6均勻磁場對載流線圈的作用187
7.5磁介質中的磁場190
7.5.1磁介質的分類190
7.5.2磁介質中的安培環路定理191
7.5.3鐵磁質192
7.6知識拓展——霍耳感測器測量汽車車速194
閱讀材料7法拉第195
複習與小結196
練習題197
第8章電磁感應202
8.1電磁感應的基本定律202
8.1.1電磁感應現象202
8.1.2法拉第電磁感應定律203
8.1.3楞次定律204
8.1.4電吉他204
8.2動生電動勢感生電動勢205
8.2.1動生電動勢206
8.2.2感生電動勢208
8.3自感互感磁場的能量209
8.3.1自感現象209
8.3.2互感現象210
8.3.3磁場的能量211
8.4麥克斯韋方程組213
8.4.1位移電流全電流安培環路定律213
8.4.2麥克斯韋方程組的積分形式214
8.5知識拓展——電磁波216
閱讀材料8麥克斯韋218
複習與小結219
練習題219
第9章振動學基礎224
9.1簡諧振動225
9.1.1彈簧振子的振動225
9.1.2簡諧振動的定義225
9.1.3單擺的運動規律226
9.1.4LC振盪迴路中電容器上電量的變化規律226
9.2簡諧振動的規律227
9.2.1簡諧振動的運動學方程、速度、加速度227
9.2.2簡諧振動的三要素227
9.2.3簡諧振動的能量228
9.2.4簡諧振動的旋轉矢量表示230
9.2.5阻尼振動受迫振動共振231
9.3簡諧振動的合成232
9.3.1同方向同頻率簡諧振動的合成232
9.3.2兩個互相垂直的同頻率的簡諧振動的合成233
9.4知識拓展——鋼琴的“拍”235
閱讀材料9惠更斯236
複習與小結237
練習題238
第10章波動學基礎242
10.1機械波的產生及描述242
10.1.1機械波的產生242
10.1.2波陣面波射線243
10.1.3波的頻率、波長和波速244
10.2平面簡諧波244
10.2.1平面簡諧波的波動方程244
10.2.2波的能量能流密度波的吸收247
10.3波的衍射和干涉249
10.3.1惠更斯原理249
10.3.2波的衍射250
10.3.3波的疊加原理250
10.3.4波的干涉250
10.3.5駐波251
10.3.6都卜勒效應253
10.4知識拓展——魚洗噴水255
閱讀材料10都卜勒256
複習與小結257
練習題258
第11章波動光學261
11.1光源光的相干性261
11.1.1光學發展簡史261
11.1.2光的電磁波性質262
11.1.3光源263
11.1.4光的相干性264
11.1.5光程光程差265
11.2分波陣面干涉266
11.2.1楊氏雙縫干涉266
11.2.2洛埃鏡實驗268
11.2.3光的空間相干性和時間相干性268
11.3薄膜干涉270
11.3.1平行平面薄膜產生的干涉270
11.3.2楔形平面薄膜（劈尖）干涉272
11.3.3牛頓環274
11.3.4邁克耳孫干涉儀275
11.4光的衍射276
11.4.1光的衍射現象276
11.4.2惠更斯菲涅耳原理277
11.4.3夫琅禾費單縫衍射278
11.5光柵衍射281
11.5.1光柵的構造281
11.5.2光柵衍射的主極大條紋281
11.5.3光柵光譜283
11.5.4X射線的衍射284
11.6圓孔的夫琅禾費衍射光學儀器的分辨本領285
11.6.1圓孔的夫琅禾費衍射285
11.6.2光學儀器的分辨本領286
11.7光的偏振現象287
11.7.1偏振光和自然光287
11.7.2偏振片起偏和檢偏289
11.7.3馬呂斯定律289
11.7.4光的反射和折射起偏290
11.8雷射簡介292
11.8.1雷射的基本原理292
11.8.2氦氖雷射器295
11.8.3雷射的特點及套用296
11.9知識拓展——薄膜干涉296
閱讀材料11菲涅耳297
複習與小結298
練習題300
第12章狹義相對論307
12.1經典時空觀及其局限性308
12.1.1伽利略坐標變換308
12.1.2經典時空觀308
12.1.3力學相對性原理309
12.2狹義相對論時空觀309
12.2.1狹義相對論產生的歷史背景309
12.2.2狹義相對論的基本原理310
12.2.3洛倫茲坐標變換310
12.2.4狹義相對論時空觀311
12.3相對論動力學313
12.3.1相對論的質速關係313
12.3.2相對論的質能關係314
12.3.3能量動量關係315
12.4知識拓展——核反應堆315
閱讀材料12愛因斯坦317
複習與小結318
練習題319
第13章量子物理基礎322
13.1量子論的形成322
13.1.1黑體輻射和普朗克能量子假設322
13.1.2光電效應和愛因斯坦光子假設324
13.1.3原子結構與原子光譜玻爾的量子論327
13.2物質波不確定關係331
13.2.1物質波331
13.2.2物質波的統計解釋332
13.2.3不確定關係333
*13.3波函式薛丁格方程335
13.3.1波函式335
13.3.2薛丁格方程336
13.3.3一維無限深方勢阱中運動的粒子337
13.3.4氫原子的薛丁格方程339
13.4知識拓展——實現光子轉化為電子的最小波長340
13.4.1電子對效應340
13.4.2實現電子對效應時光子的最大波長341
閱讀材料13普朗克342
複習與小結342
練習題344
附錄346
附錄A國際單位制（SI）346
附錄B常用物理常量347
附錄C數學公式348
練習題參考答案351
