《大学物理学 上》徐晋|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《大学物理学 上》

【作　者】徐晋

【丛书名】应用型本科“十三五”规划教材

【页 数】 207

【出版社】 重庆：重庆大学出版社 , 2020.03

【ISBN号】978-7-5689-0654-8

【分 类】物理学-高等学校-教材

【参考文献】 徐晋. 大学物理学 上. 重庆：重庆大学出版社, 2020.03.

图书封面：

《大学物理学 上》内容提要：

本书在满足教育部高等学校非物理类专业物理基础课程教学指导分委员会颁布的《理工科非物理类专业大学物理课程教学基本要求》的前提下，从现代科学技术的发展及对工程技术人才培养的总体要求出发，精选了大学物理课程的教学内容。针对一般院校大学物理教学的要求和方便课堂教学，本书在课程内容现代化、突出工程意识、突出能力和素质的培养等方面作了较大幅度的改革。全书分为上、下册，主要内容包括力学、振动和波、气体动理论及热力学、电磁学、光学、相对论和量子物理等部分。本书既可作为一般院校理工科非物理类专业大学物理课程的教学用书，又可作为工程技术人员的参考书。本册为上册。

《大学物理学 上》内容试读

第1章质点运动学

一个物体相对于另一个物体的位置，或者一个物体的某些部分相对于其他部分的位置，随着时间而变化的过程，称为机械运动.机械运动是人们最熟悉的一种运动，本章讨论的运动就是指宏观物体机械运动.描述物体运动的基本物理量包括位置矢量、位移、速度和加速度等，这些物理量表征的就是物体的运动状态，运动学是描述物体位置及其变化规律的学科，即讨论上述物理量之间的关系，但不涉及物体间的相互作用，即不讨论物体为什么运动，以及运动状态因何而改变，物体运动状态因何改变及如何改变等问题将在质点动力学部分讨论

1.1

质点运动的描述

1.1.1物体的平动和转动质点

物体的运动有平动和转动两种基本形式，实际物体的运动都可看作这两种运动的一种或它们的组合

当一个物体位置变化时，如果物体上任意两点连线的空间方位始终保持不变，则称之为平动.物体平动时，其中每一点的运动状态，包括速度、加速度及运动轨道的形状等完全相同，因此可以用物体上任何一个点的运动代表整个物体的运动.平动物体的运动轨迹可以是直线，也可以是曲线

如果运动的物体上任意两点连线的空间方位改变了，则说明物体发生了转动.进一步，如果物体上的各个点都绕同一条直线做圆周运动，这条直线称为转轴，转轴固定的转动称为定轴转动或纯转动

如果在所研究的问题中，物体的大小和形状对讨论物体的运动没有影响，或者影响可以忽略不计时，就可以把该物体看作一个具有质量但没有大小和形状的点，称为质点，质点是一种理想的物理模型.

2大学物理学（上册】

显然，做平动的物体通常是可以看作质点的将物体看作质点的前提，并不在于物体做平动还是转动，也不在于物体的大小和形状，仅仅取决于物体的转动、形状和大小对研究物体的运动没有影响或影响很小.即，如果研究的问题不关注物体的转动、形状和大小，那么物体就可以看作质点。

例如，地球相对于太阳既公转又自转，地球上各点相对于太阳的运动是各不相同.但是考虑到地球的平均半径（约为6.4×103km)比地球与太阳间的距离（约为1.50×103km)小得多，以致在研究地球公转时可以忽略地球的大小和形状对这种运动的影响，认为地球上各点的运动情形基本相同，这时可以把地球看成

一个质点.又如，在研究乒乓球的运动轨迹时，乒乓球可以看作质点，但在研究乒乓球的上旋和下旋时就不能看作质点，因为它的旋转是其运动的重要因素

对不同物体，乃至对同一个物体，因为研究的问题不同，有时可以把它看作质点，有时则不能.不过，即便物体不能看作为质点的时候，却总可以把这个物体看作是由许多质点组成的，对其中的每一个质点都可以运用质点运动的结论，叠加起来就可以得到整个物体的运动规律，

1.1.2参考系与坐标系空间和时间

宇宙中的一切物体，大到星系，小到原子、电子，都处于永恒的运动之中，绝对静止的物体是不存在的运动和物质是不可分割的，运动是物质存在的形式，是物质的固有属性.物质的运动客观存在，存在于人们意识之外，这便是运动的绝对性

物体的机械运动是指物体位置的变化，而为了指明这种变化必须选择另一个物体并假定其不动，作为参考物.研究物体运动时被假定为不动的物体，称为参考系例如，研究地球相对于太阳的运动，常选择太阳作参考系：研究人造地球卫星的运动，常选择地球作参考系：研究地球表面物体的运动，常选择地面作参考系等.

从运动的描述来说，参考系的选择可以是任意的，主要看问题的性质和研究的方便而定.同一物体的运动，由于所选取的参考系不同，因此对它的运动的描述就会不同.例如，在做匀速直线运动的飞机上，有一个自由下落的物体，以飞机为参考系，物体做直线运动：以地面为参考系，物体作抛物线运动：如以太阳或其他天体为参考系，运动的描述将更为复杂.在不同参考系中，对同一物体运动的描述可能不相同，说明运动的描述具有相对性

为了把运动物体在每一时刻相对参考系的位置定量地表示

第1章质点运动学3

出来，在参考系上可建立适当的坐标系.常用的坐标系是直角坐标系，它的三条坐标轴(x轴、y轴和z轴)互相垂直.根据需要，也可以选用其他的坐标系，例如极坐标系、球坐标系或柱坐标系等

物体的运动和空间及时间有着密切的联系.空间反映了物质的广延性.它的概念是与物体的体积和物体位置的变化联系在一起的.时间表示一个过程对应的时间间隔，反映的是物理事件的顺

序性和持续性，它是国际单位制(S)七个基本物理量之一，单位

是s(秒).时间具有单方向性.在一定坐标系中考察质点运动时，质点的位置是与时刻相对应的，质点运动所经过的路程是与时间相对应的.

随着科学的进步，人们经历了从牛顿的绝对时空观到爱因斯坦的相对论时空观的转变，从时空的有限与无限的哲学思辨到可以用科学手段来探索的阶段.目前量度的时空范围，从宇宙范围的尺度106m到微观粒子尺度105m,从宇宙的年龄（根据大爆炸宇宙模型推算，宇宙年龄大约138.2亿年)到微观粒子的最短寿命104s物理理论指出，空间长度和时间间隔都有下限，它们分别是普朗克长度105m和普朗克时间103s.当小于普朗克时空间隔时，现有的时空概念就可能不再适用了，

1.1.3位置矢量位移

为了描述质点P在任意时刻的位置，可用从坐标原点O到点

P所引的有向线段来表示，该有向线段可用矢量代表，称为质点

P的位置矢量，简称位矢.如图1.1所示，位置矢量r既给出质点P

相对参考系固定点O的方位，又给出质点P相对O点的距离大

小在直角坐标系中，位矢可以写成

r=xi+川+zk

(1.1)

位矢的大小为：

r=Vx2+y2+2

图1.1位置矢量

位矢的方向可用方向余弦确定：

csa=7,mB=六，osy

式中，aB、y分别为r与Ox轴、Oy轴和Oz轴之间的夹角，

一般情况下，质点位置随时间在改变，即位矢是时间的函数：

r=r(t)=x(t)i+y(t)j+z(t)k

(1.2】

上式称为质点的运动学方程.知道了运动方程，就能确定任一时刻质点的位置，从而确定质点的运动.从质点的运动方程中消去时间

4大学物理学（上册）

t,即可求得质点的轨迹方程.如果轨迹是直线，就叫做直线运动：如果轨迹为曲线，就叫做曲线运动

设质点沿图1.2所示的任意曲线L运动.质点在t时刻处于点

B

A,其位置矢量为rA,经过△t时间，质点到达点B,位置矢量为rB

在此过程中，质点位置的变化可以用从点A到点B的有向线段

AB来表示，写作△r,这称为质点由A到B的位移.位移△r是矢

0

量，质点位置变化的大小为点A与点B之间的距离，位置变化的

方向为点B相对于点A的方位.参照图1.2，根据矢量运算法则可

图1.2位移矢量

以得出

△r=rA-rB

(1.3)

质点从点A到点B的位移△r,等于点B的位矢与点A的位矢之差

质点在△t时间内所经过的曲线AB的长度称为路程，写作△，它是标量.显然，路程与位移是不同的.在一般情况下，位移矢量的模|△r|是不等于路程△s的，只有在质点作单向直线运动时，它们才相等.如果运动的时间无限地缩短，「△r和△s将趋近相等，即：

lim△r=lim△s

位移与路程的单位相同，在国际单位制中均为m(米).长度单位m(米)是国际单位制(SI)七个基本物理量之一，

1.1.4速度和速率

在一般情况下，质点的位置是随时间发生变化的.为了描述质点运动的方向和运动的快慢，引入速度的概念

1)平均速度

如果质点在△t时间内的位移为△，则定义

Ar

(1.4)

△t

为质点的平均速度.平均速度是矢量，这个矢量的大小等于位移的模|△r|与所取时间间隔△t的比值；平均速度的方向与位移矢量的方向相同.平均速度的大小和方向与所取时间及时间间隔的大小有关，即=(t,△t).所以，当使用平均速度来表征质点运动时，总要指明相应的时间与时间间隔2)瞬时速度

用平均速度来描述质点的运动是粗略的，因为它只反映在某

第1章质点运动学5

段时间内或某段路程中质点位置的平均变化.只有当质点以恒定速度运动时，平均速度才是质点在任一时刻的真正速度，

平均速度与所取的时间间隔有关，时间间隔越小，对物体速度的描述越细致.如果所取时间间隔趋近零，平均速度的极限就等于质点在某一时刻的速度，这个极限就是质点运动的瞬时速度，简称速度.速度表示为

△rdr

v=9Ad山

(1.5)

上式表明，质点运动的速度等于质点的位矢对时间的一阶导数.速度是矢量.它的方向是当△趋于零时，平均速度或位移的极限方向如质点沿曲线运动，质点在曲线某点的速度方向，就是曲线在该点沿前进方向的切线方向.

在直角坐标系中，位矢”在直角坐标轴上的分量为x、y、a,所以速度的三个分量分别为

dx

dydz

U,didi=

dt

速度用分量表示为

v=vi+v,j +vk

(1.6)

速度的大小为

v=|v|=√+心+

3)平均速率和瞬时速率

将质点所经过的路程与所需时间的比值

△s

i-

(1.7)

△t

称为质点在△t时间内的平均速率.平均速率是标量，它等于质点在单位时间内所通过的路程，而不考虑运动方向.平均速率和平均速度是两个不同的概念.前者是标量，后者是矢量.另外，它们在数值上也不一定相等。

△：趋于零时平均速率的极限，定义为质点运动的瞬时速率，简称速率.即

△sds

v=lim=

(1.8)

a-0△tdt

因为当△趋于零时，路程的极限等于质点位移矢量的模的极限，所以

ds dr

U=

=|v

dt I dt

6大学物理学（上册）

既然速率等于速度的模，即等于速度的大小，所以速率总是正值速度和速率具有相同的单位，在国际单位制中为m/s(米/秒).

根据速度的定义，可得

dr =v(t)dt

若求质点在从t到t时间内完成的位移，可对上式在此时间内积分就可以了，即

△r=r-ro=d山=v(t)d

(1.9)

如果已知质点运动速度与时间的函数关系，代入上式积分即可算得位移.

1.1.5加速度

一般情况，物体的速度是变化的①.为描述速度的变化，引入加速度的概念。

如图1.3所示，在时刻t,质点位于点A,其速度为"，在时刻t+△t,质点位于点B,其速度为v,则在时间间隔△t内，质点的速度增量为△v=vB-v定义

a=Av

(1.10)

△t

为质点的平均加速度.它表示在单位时间内的速度的增量.一般情况下，平均加速度的大小和方向与所取时间及时间间隔的大小有关，即a=a(t,△t)

图1.3平均速度

用平均加速度来描述质点的运动变化快慢是粗略的.当△→0时，平均加速度的极限值称为瞬时加速度，简称加速度，用α表示，即

vdpd2r

a lim-

(1.11)》

a-o△dt dr2

a的方向是△t0时△v的极限方向，而a的大小是|△v/△t|的极限值，即

lal =limAv

在直角坐标系中，式v=v,i+vj+u,k,加速度可以写为

a=(ui+时+uk)

d

①因为速度是一个矢量，无论是速度的大小发生变化，还是其方向发生变化，都表示速度发生了变化

···试读结束···