1、 普通高等教育大学物理规划教材 大学基础物理学习指导 郑勇林 朱晓玲 卢孟春 戴松晖 编著 内 容 简 介 本书是与大学基础物理学（上、下）配套的辅导教材。本书依据教育部非物理专业基础课程教学指导委员会颁布的理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求，从科学技术的发展和工程技术人才培养的总体要求出发，兼顾实用性和先进性，内容覆盖了所有需要掌握的基本理论和方法。书中对每章的教学重点和主要内容做了明确提示，精选例题分析有助于提高读者的解题能力，丰富的习题及参考答案有助于读者强化对所学知识的理解和运用。本书可作为高等学校非物理类专业大学物理课程的辅助教材，也可供相关领域的工程技术人员、研究生学习参考
2、。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。图书在版编目（CIP）数据 大学基础物理学习指导/郑勇林等编著 北京：电子工业出版社，20143（普通高等教育大学物理规划教材）ISBN 978-7-121-22012-8 I大 II郑 III物理学-高等学校-教学参考资料 IVO4 中国版本图书馆 CIP 数据核字（2013）第 282178 号 策划编辑：张小乐 责任编辑：张小乐 印 刷：装 订：出版发行：电子工业出版社 北京市海淀区万寿路 173 信箱 邮编 100036 开 本：787980 1/16 印张：15 字数：340 千字 印 次：2014 年 3
3、 第 1 次印刷 定 价：3200 元 凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。质量投诉请发邮件至 zltspheicomcn，盗版侵权举报请发邮件至 dbqqpheicomcn。服务热线：（010）88258888。前 言 为了更好地适应我国高等教育发展，满足目前社会对一般高等学校大众化教育背景下人才培养的各项要求，进一步探索和完善我国高等学校应用型人才培养体系，积极探索适应 21 世纪人才培养的教学模式，我们根据教育部非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会制定的理工科非物理类专业大学物理课程教学基
4、本要求（后简称“纲要”）的思想和精神，编写了大学基础物理学（上、下）（郑勇林、杨维、卢孟春、赵茂娟等编著）教材及大学基础物理学习指导辅导教材。大学基础物理是工科大学生学习其他后续课程的基础课，是一门全面、系统地培养学生综合素质的课程。大学基础物理课程的学习，可以培养学生科学的思维方式和研究问题的方法，能开阔学生思路，激发学生的探索和创新精神，提高学生科学素养，增强社会适应能力。同时，相应的学习指导和习题又是帮助学生理解和掌握物理学基本概念、基本规律、基本方法的必要手段，也是培养学生掌握科学的学习方法，培养独立获取知识和解决问题的能力的有效途径。为了帮助学生更好地学好大学物理基础知识和解题方法，
5、我们根据多年的教学经验编写了本书。本书共 12 章，与大学基础物理学（上、下）教材配套使用，但本书在章节的编排上相对教材具有一定独立性，以体现学习指导书的特征，同时也能对不使用配套教材的读者学习大学基础物理学提供学习指导。本书符合一般院校大学物理课程的教学要求并方便课堂教学，覆盖了需要掌握的基本理论和方法，精选了大学物理课程教学内容的知识点，每章按学习要求、内容提要、精选例题分析、重点难点分析、习题等几部分编写。学习要求部分，遵照“纲要”精神分为了解、理解、掌握和熟练掌握四个层次对学生提出不同要求，为教学不同的对象提供了理论依据。内容提要概述了本章需要掌握的基本概念、基本公式、定律和方法，重要
6、的知识点等内容，从易于学生理解的角度给出一定的分析阐述。精选例题部分主要从本章难于理解的知识点入手，对相关知识的应用给出一定的解题方法及关键步骤，旨在帮助学生学会运用基本理论分析解决实际问题。重点难点分析部分，一是指导教学双方理清思路，抓住主线，正确把握相关知识内容的教与学；二是对本章难点之处进行分析讨论，提出具体的解决方法。习题部分是对本章内容学习之后的自我检测。题目中含有基本概念、知识点的一般应用、综合应用等题目。在本书最后附有习题的参考解或答案。本书第 13 章由赵茂娟、王晓茜、戴松晖编写，第 48 章由杨维、朱晓玲、刘鸿、陆智编写，第 912 章由郑勇林、卢孟春、孙婷雅、朱晓玲编写，李
7、伯恒、陆智参加了例题、习题的编写及本书的讨论。全书由郑勇林统稿。IV 本书在编写过程中得到了成都大学教务处、长江师范学院教务处的大力支持，编者在此致以衷心的感谢。西南大学郑瑞伦教授仔细审阅了书稿并提出许多修改意见，在此表示感谢。成都大学汪令江教授，长江师范学院周晏副教授为本书编写做了大量工作，在此表示感谢。本书编写中参考了其他出版社的同类资料，在此一并致谢。由于编者水平有限，书中可能存在不妥甚至错误之处，敬请批评指正。编 者 2014 年 1 月于成都 目 录 第 1 章 力学 运动学 1 11 学习要求 1 12 内容提要 2 13 重点难点分析 14 14 精选例题分析 15 15 习题
8、21 第 2 章 振动 24 21 学习要求 24 22 内容提要 24 23 重点难点分析 32 24 精选例题分析 33 25 习题 36 第 3 章 波动 41 31 学习要求 41 32 内容提要 41 33 重点难点分析 47 34 精选例题分析 48 35 习题 52 第 4 章 静电场 55 41 学习要求 55 42 内容提要 55 43 重点难点分析 63 44 精选例题分析 63 45 习题 72 第 5 章 静电场中的导体与电介质 77 51 学习要求 77 52 内容提要 77 VI 53 重点难点分析 84 54 精选例题分析 85 55 习题 89 第 6 章 稳恒
9、磁场 恒定磁场中的磁介质 92 61 学习要求 92 62 内容提要 92 63 重点难点分析 98 64 精选例题分析 99 65 习题 105 第 7 章 电磁感应 电磁场理论 108 71 学习要求 108 72 内容提要 109 73 重点难点分析 116 74 精选例题分析 116 75 习题 121 第 8 章 气体动理论 热力学基础 126 81 学习要求 126 82 内容提要 127 83 重点难点分析 138 84 精选例题分析 138 85 习题 143 第 9 章 波动光学 147 91 学习要求 147 92 内容提要 148 93 重点难点分析 159 94 精选例
10、题分析 160 95 习题 165 第 10 章 狭义相对论基础 168 101 学习要求 168 102 内容提要 168 103 重点难点分析 173 104 例题精选分析 174 105 习题 178 VII第 11 章 量子力学基础 180 111 学习要求 180 112 内容提要 181 113 重点难点分析 188 114 精选例题分析 189 115 习题 191 第 12 章 分子与固体 现代高新技术 193 121 学习要求 193 122 内容提要 194 123 重点难点分析 203 124 精选例题分析 203 125 习题 204 部分习题参考答案 205 第 1
11、章 力学 运动学 本章知识是在质点模型基础上，定义描述质点运动的 4 个物理量（位置矢量、位移、速度和加速度）及运动方程，同时指出它们的相互关系，进而讨论质点的直线运动、曲线运动、刚体的定轴转动；讨论质点的运动状态和运动状态的变化，以及引起物体运动状态变化的规律牛顿定律，阐述力对物体的瞬时作用规律；进一步研究力的空间累积作用和力对时间的累积作用，提出质点与质点系的动量定理、动量守恒定律和能量守恒定律，进而建立起整个经典力学体系。物理学是研究物质的基本结构、基本运动形式及物质相互作用和转化规律的学科。自然界的一切物质都处于永恒的运动之中，物质的运动形式是多种多样的。物理学的研究目的在于认识物质运
12、动的普遍规律，揭示物质各层次的内部结构。在物质的各种运动中，机械运动是最普遍、最基本的物质运动形式，力学就是研究物体机械运动和相互作用的科学。1.1 学习要求 1质点运动的描述（1）掌握位置矢量、位移、速度、加速度等描述质点运动的物理量；理解平面曲线运动的角位移、角速度、角加速度、切向加速度、法向加速度等概念。（2）理解圆周运动的角速度、角加速度、切向加速度、法向加速度。（3）理解伽利略相对性原理，会利用伽利略坐标、速度变换式分析相对运动问题。2牛顿运动定律（1）掌握牛顿三定律及其适用条件，熟练运用隔离法和整体法分析物体受力。（2）熟练掌握运用微积分方法求解一维变力作用下的简单质点的动力学问题
13、。（3）正确理解质量、力等基本概念，会分析三种基本力万有引力、弹性力和摩擦力。3运动的守恒定律（1）掌握力做功的概念，会计算变力的功；掌握保守力做功的特点及势能的概念；会计算重力、弹性力、万有引力的势能。（2）掌握质点的动能定理和动量定理，理解质点系的内力和外力，了解质心概念和质心运动定理。大学基础物理学习指导 2（3）掌握质点系的动量守恒定律、机械能守恒定律，并能熟练应用功能关系解决一些简单实际的问题。（4）了解完全弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特点。4刚体定轴转动（1）掌握描述刚体转动的物理量及角量与线量的关系；理解转动惯量的概念，理解刚体定轴转动的转动动能的概念，了解刚体定轴转动的一般特点。
14、（2）掌握角动量概念，掌握刚体绕定轴转动的角动量守恒定律及其适用条件。（3）理解刚体的定轴转动的转动定律，能在有刚体绕定轴转动的问题中正确应用机械能守恒定律。（4）能应用刚体的定轴转动的角动量定律和角动量守恒定律解决简单的刚体运动的力学问题。1.2 内容提要 1基本概念（1）质点与刚体 把物体视为一个具有一定质量而大小可忽略的几何点，这样的几何点称为质点。质点是物体的一种理想模型。例如，导航地图中显示的移动的汽车、雷达屏幕上显示的飞行的飞机等就被处理成一个质点。在外力的作用下，物体的大小和形状都不变的物体称为刚体。刚体是物体的又一种理想模型。例如，某一特殊的质点系，无论它在多大的外力作用下，系
15、统内任意两质点间的距离始终保持不变。（2）参考系与坐标系 为了描述物体的运动而被选定的参考物体称为参考系。为了定量描述物体相对参考系的位置与运动情况，在选定的参考系上建立的，带有标尺的数学坐标，称为坐标系。在科学研究中通常选用的坐标系有直角坐标系、自然坐标系、柱坐标系和球坐标系等。（3）描述质点运动的物理量 位置矢量。在坐标系中质点的位置用一个被称为位置矢量（简称位矢）的矢量来描述。在参考系中任意取定一点 O 作为参考点，如图 11 所示，从 O 点指向质点在某一时刻所处的位置 P，作一矢量r，称为质点在该时刻的位矢，即=_ OPr 在直角坐标系中，位矢r可表示为 =+xyzrijk（1-1）
16、图 11 位置矢量 第 1 章 力学 运动学 3 其中，P点的位置坐标x、y、z就是该点位矢r在直角坐标系Oxyz中沿各轴的分量。直角坐标系Oxyz中各轴Ox、Oy、Oz的正方向分别用相应的单位矢量、ijk表示，而=xxri,=yyrj,=zzrk是位矢r的三个分矢量。质点的位置矢量r随时间t的变化关系式 ()=trr （1-2）叫做质点的运动方程。位移。位移是指自运动始点指向终点的有向直线线段。它描述质点在某段时间内位置的变化，为 21=-rrr（1-3）位移是位置矢量的增量。速度。速度是描述质点运动快慢和运动方向的物理量，速度的大小称为速率。平均速度：=trv （1-4）瞬时速度：0dlimd=tttrrv（1-5）平均速度是位移r与时间t的比值，反映了一段时间内位置变化的平均快慢，方向与r相同。在描述质点运动时，也常采用“速率”这个物理量，把路程s与时间t的比值/st称为质点在时间t内的平均速率。平均速度与平均速率都与t和t有关系。瞬时速度是位置矢量对时间的一阶导数，是0 t时平均速度的极限值，反映了t时刻位置变化的快慢和方向，瞬时速度只与t有关系。位移r、平均速度v与瞬时速度v