本书是根据编者在独立学院多年的教学经验编写而成的,全书包含经典力学、振动与波动、电磁学、热学、近现代物理五大部分。本书有如下特点:内容分层次,并用不同的记号标注,读者可自行选择不同难度的内容;习题分层次,课堂练习是初级习题,总习题属于高级习题;例题与习题都具有很强的目标性,每个题目仅针对一个特定的知识点进行训练,不掺杂其他知识点;必讲内容与选讲内容尽量分开,必讲内容中不包含选讲内容,有利于教师调整教学大纲;多次强调微元法的思想,分析曲线积分、曲面积分等数学运算的含义,加强与数学的联系。讲授全书大约需要120学时,经过适当删减组合,本书也可以作为60~80学时的大学物理教材。
物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式及相互作用的学科。它的基本理论渗透在自然科学的各个领域,应用于许多生产技术部门,是其他自然科学和工程技术的基础。在人类探索未知世界的过程中,物理学提供了一系列科学的世界观和方法论,深刻影响着人类对物质世界的基本认识及人类的思维方式。
在高等教育大众化的今天,曾经备受关注的大学物理学的教学面临着种种困难与挑战。社会和经济的发展,使得学生的思维习惯、学习方式、学习兴趣发生了很大的变化,导致大多数学生对物理课程产生畏惧心理。从物理学科自身来看,为了定量描述自然现象,从而达到深刻的理解,物理学必须建立起基于数学的科学基础,从而对人的逻辑思维能力及抽象建模能力提出了更高的要求,这使得部分学生在学习过程中遇到一定的困难。面对这些困难,教师必须直面以对,重新审视当今的物理教学。本教材就是在这样的背景之下产生的。
作者于2009年春季制订编写大纲,2010年冬季完成第一稿,经过一年的修订,于2011年冬季交付科学出版社以书名《基础物理学》出版,在北京理工大学珠海学院使用了3年。2015年1月,经过修订的第二版交付武汉大学出版社,以《基础物理学讲义》之名出版。在此期间,智能手机已经在高校全面普及,各种实时在线通信工具成为许多师生必不可少的沟通手段,智能互联网成为生活的一部分。在此背景之下,国际国内的基础课教学掀起了改革高潮,微课、慕课、翻转课堂等许多新颖的教学方式被提了出来,在碎片化的时间中学习碎片化的知识俨然成为时髦的口号。在本次修订中,我们进一步梳理了各个章节的知识结构,对于能够进一步拆分的知识点做了拆分,为以后将知识点进一步碎片化做两手准备。
本教材有如下特点。
①内容支持分层次教学。教师在课堂上应该讲解全部的层次,但是学生课下可以根据自己的特点自由选择学习的深度。目前国内出版的各种教材大都将基础知识与较高层次的知识混合在一起。物理学是一个严密的逻辑体系,如果原作者将各种层次的知识混杂在一起,即便是教师也无法将它们分隔开来,更不要说特质各异的学生。因此本书在内容安排上做了较好的切割,使得某些较难的内容即便跳过不讲,也不影响后续的教学。
②习题分为两个层次。每节课后面的课堂练习是最简单的、最直接的与基本概念相关的题目。而每一章后面的总习题难度稍微大一些,是中等层次以上的学生需要掌握的。
③尽量贴近高等数学。当学生学习物理课程时,高等数学——微积分课程正在进行或者已经结束。许多学生的微积分知识已经忘记,即便记住也不太理解、不会使用。本教材尽量还原微积分中各种模型建立时的最初设想,从最基本的出发点去理解微积分,而不是简单地拿来使用。
④实用性内容多。本书更多地编写了一些有较高实用价值的内容,比如理想流体、黏性流体、弹性体、表面张力、多普勒效应、超声波、光学成像等。而对于纯理论性的牛顿定律、各种守恒定律等都尽量简化处理,以适合应用型本科院校的实际培养需求。
第一章 经典力学
第1讲 质点的直线运动
1.1 质点模型
1.2 直线运动的描述
第2讲 平面运动
第3讲 圆周运动
3.1 圆周运动的简单描述
3.2 圆周运动的加速度
3.3 任意曲线运动
3.4 加速度公式详细推导
第4讲 牛顿运动定律
4.1 牛顿定律的表述
4.2 作用力
4.3 牛顿定律解题
第5讲 相对运动
5.1 平动参考系引起的相对运动
5.2 非惯性参考系
第6讲 动量与冲量
6.1 力的冲量
6.2 动量定理
第7讲 动量守恒
7.1 动量守恒的应用
7.2 质点系的质心
7.3 质心运动学
第8讲 功与动能定理
8.1 功的定义
8.2 动能定理
第9讲 保守力与势能
9.1 常见势能
9.2 势能的严谨定义
第10讲 机械能守恒定律
第11讲 刚体运动学
11.1 刚体的基本概念
11.2 关联刚体的运动
11.3 陀螺运动
第12讲 刚体的转动惯量
12.1 转动惯量的定义与性质
12.2 连续刚体转动惯量的计算
第13讲 力矩
第14讲 刚体的能量
14.1 力矩的功
14.2 定轴转动刚体的动能定理
第15讲 刚体转动定律
第16讲 质点的角动量
第17讲 角动量守恒
17.1 刚体的角动量
17.2 角动量守恒的条件
17.3 刚体力学公式汇总
第18讲 弹性固体
18.1 固体内部的应力
18.2 固体的应变
18.3 胡克定律
第19讲 理想流体
19.1 流体内部的压强
19.2 理想流体的运动
第20讲 伯努利方程
20.1 方程的表述
20.2 伯努利方程的应用
第21讲 黏性流体
21.1 层流
21.2 哈根-泊肃叶公式
第22讲 液体表面
22.1 表面张力
22.2 毛细现象
总习题一
……
第二章 振动与波动
第三章 电磁学
第四章 热学
第五章 近现代物理
参考文献
附录