《大学物理学 上》袁广宇总主编；尹新国，江贵生，江燕燕，徐士涛主编|(epub+azw3+mobi+pdf)电子书下载

图书名称：《大学物理学 上》

【作　者】袁广宇总主编；尹新国，江贵生，江燕燕，徐士涛主编

【丛书名】普通高等学校省级规划教材

【页 数】 162

【出版社】 合肥：中国科学技术大学出版社 , 2018.02

【ISBN号】978-7-312-04289-8

【价 格】25.00

【分 类】物理学-高等学校-教材

【参考文献】 袁广宇总主编；尹新国，江贵生，江燕燕，徐士涛主编. 大学物理学 上. 合肥：中国科学技术大学出版社, 2018.02.

图书封面：

图书目录：

《大学物理学 上》内容提要：

尹新国、江贵生、江燕燕、徐士涛主编的《大学物理学(上普通高等学校省级规划教材)》是根据教育部2006年颁发的“非物理类理工学科大学物理课程教学基本要求”，结合目前大学物理课程学时设置的实际情况编著的。在编著过程中秉承了体系完整、结构合理、简明扼要、化难为易以利于学生理解接受的原则。《大学物理学》分上、下两册。上册包括力学(1～5章)、气体动理论和热力学基础(6～7章)，下册包括电磁学(8～13章)、光学(14～16章)和量子力学基础(17～19章)。本书为上册，建议安排108～126学时。本书可作为高等学校理工科非物理专业全日制大学生大学物理课程的教材，也可作为有关教师和相关技术人员的参考书。

《大学物理学 上》内容试读

第一篇力

学

自然界中一切物体都在永不停息地运动着，运动形式多种多样，而在这些运动形式中，最简单、最普遍的一种运动形式是物体之间的位置变化，即一个物体相对于其他物体，或物体的一部分相对于其他部分的位置变化，这种形式的运动称为机械运动.力学是一门独立的基础学科，是专门研究物体机械运动规律的学科

在力学中，研究物体运动的位置随时间变化关系的内容属于运动学，而研究物体在运动中和周围其他物体之间相互作用关系的内容则属于动力学.力学的内容体现了牛顿力学的两个显著特点：第一，牛顿力学是质点力学，处理质点系，需用隔离体法；第二，牛顿力学是用矢量表示的，描述质点运动的物理量如速度、加速度、动量、力等都是矢量，因此，微积分和矢量是我们的两个最基本的数学工具，这就要求我们在学习过程中必须熟悉微积分和矢量运算的一些基本规则和方法

本篇介绍经典力学中有关质点（组）运动的一些基本概念和规律，包括在物理学中有着广泛应用和重要作用的能量守恒定律、动量守恒定律和角动量守恒定律等，并介绍了狭义相对论力学的基本内容

第1章运动学

运动学是力学的一个重要分支学科，它是运用几何学的方法来研究物体的运动，通常不考虑力和质量等因素的影响.运动学在发展的初期从属于动力学，随着动力学的发展而发展.古代，人们通过对地面物体和天体运动的观察，逐渐形成了物体在空间中位置变化和时间变化的概念.我国战国时期，《墨经》中已有关于运动和时间先后的描述.古希腊时期，亚里士多德在《物理学》中讨论了落体运动和圆运动，已有了速度的概念

用几何方法描述物体的运动必须先确定一个参考系，因此，单纯从运动学的观点看，对任何运动的描述都是相对的.这里，先引入有关运动学的一些基本概念，在此基础上定义描述质点运动的物理量，如速度、加速度，并讨论平面上的圆周运动等曲线运动和相对运动，

1.1质点运动的描述

1.1.1参考系

宇宙万物，大至日、月、星、辰，小至原子内部的粒子，都在不停地运动着.自然界一切物体没有绝对静止的.这就是运动的绝对性.但是对运动的描述却是相对的.例如，坐在运动着的火车上的乘客看同车厢的乘客是“静止”的，看车外地面上的人却是运动的；反过来，在车外路面上的人看见车内乘客随车前进，而路边一同站着的人静止不动.这是因为车内乘客是以“车厢”为标准进行观察的，而路面上的人是以“地面”为标准来观察的.即选取不同的标准物对同一物体的运动进行描述时，所得到的结论是不同的，我们把相对于不同的标准物所描述物体运动情况不同的现象叫运动的相对性，而把被选为描述物体运动的标准物（或一组相对位置不改变的物体)叫参考系（或参照系）.参考系是可以任意选取的，同一个物体的确定的运动，对于不同的参考系可表现为不同的运动，选择合适的参考系可以简化对物体运动的描述，便于探索运动的规律.在研究地面上物体的运动时，人们通常选择地

第1章运动学

·3·

面或相对于地面静止的物体作为参考系。

1.1.2质点模型

物体总有一定的大小和形状，它在运动时各部分的运动可能不一样.实际的运动往往是复杂的，有整体的运动，也有其内部各部分之间的相对运动.在研究物体运动规律的时候，为了便于研究，往往要突出问题中的主要矛盾，重点考虑主要因素，而有意识地忽略那些不重要的因素.如果物体的大小和形状不起作用，或者所起的作用并不显著而可以忽略不计时，我们可以近似地把该物体看作一个只具有质量而其体积、形状可以忽略不计的几何点，这种有质量、无大小和形状的点称为质点.

质点是从实际物体中抽象出来的简化模型，是运动物体的一个最基本的理想模型.一个物体能否看成质点，由所研究的物理问题来确定.研究行星围绕太阳的公转运动，半径数千千米的行星，跟它们绕太阳公转的轨道相比，完全可以看作空间中的质点.研究物体的平动运动时，物体内部各点的运动状态完全相同，故也可以把它看成质点.在研究物体的转动（如地球的自转）或形变时，物体的几何尺寸就不可忽略了，因而不能再把物体看作质点

1.1.3位置矢量

在选定参考系后，为了定量地描述物体的位置，位置随时间的变化以及质点运动的快慢、方向等，需要在参考系上建立适当的坐标系，该坐标系称为参考坐标系.坐标系的选取多种多样，如直角坐标系、极坐标系、自然坐标系、球坐标系以及柱坐标系等，本书中主要考虑直角坐标系，

取直角坐标系O-xyz固连在参考系上，

如图1.1所示，O为坐标原点，P为质点.定义

由坐标原点到质点所在位置的矢量O为位置

矢量（简称位矢或径矢），用r表示.设质点在直角坐标系中的位置坐标为(x,y,z),以i、j、k分别表示沿x、y、z轴正方向上的单位矢量，则”就可用沿三个坐标轴的分量的和矢量表示为

r=xi+yi+zk

(1.1.1)

图1.1位置矢量和坐标

位矢的大小即它的模为

r=r=vx2+y2+z2

(1.1.2)

。4。

大学物理学·上册

位矢的方向余弦为

cos a =x,cos B=y,cosy =z

(1.1.3)

《

其中a、B、Y分别为位矢与x、y、z轴的夹角，且cos2a+cos2B+cos2Y=1.

1.1.4运动学方程

由式(1.1.1)可知，若质点静止不动，则位矢”就是不变的常矢量，位置坐标x、y、z都是常数；当质点运动时，它的位置必然随时间变化，位置坐标x、y、z就是时间的函数，位矢也是时间的函数，即

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

(1.1.4)

我们把这个表达式叫作质点的运动学方程.这是矢量形式的运动学方程，在处理具体问题时，通常把矢量方程通过质点的位置坐标与时间的函数关系表示成标量形式：

x =x(t),y=y(t),z =z(t)

(1.1.5)

通常我们定义：从标量形式的运动学方程式(1.1.5)中消掉时间变量t,得出的x、y、z之间的关系式叫作质点的运动轨迹（道）方程，

例1.1质点在z=0平面上运动，矢量形式的运动学方程为

r=r(t)=ti+tj

运动学方程的标量形式是

x =t,y=t2,z=0

为了得到轨迹方程，消去时间变量t,有

y=x2,z=0

它是抛物面与平面z=0的交线，也就是在z=0平面上的抛物线，

事实上，运动学方程用位置-时间图像来表示，可以更简捷地得到直观的物理图像.运动学方程本身就是以t为参量的表示质点运动的轨迹方程，并不需要消去时间变量，只是在质点轨迹（道）为平面上的曲线时，我们往往习惯于消去时间变量而得到两个坐标变量之间的关系式，并称这个关系式为质点的运动轨迹（道）方程，

例1.2示波器屏幕上一亮点的运动学方程为x=3sin(500t),y=2cos(500t),试求亮点的轨迹方程，并画出图形，标出亮点的运动方向.

解消去时间变量1，得到轨迹方程为

(告)+()=1

当t=0s时，得到亮点A的坐标为

XA=0,yA =2

当t=0.0001s时，得到亮点B的坐标为

xB=0.15,yB≈2

第1章运动学

·5·

亮点是随着时间移动的，且时间的改变很小，故亮点的运动是由A沿着短路

径移到B的，因此其方向是顺时针方向.参见图1.2中的箭头标示

图1.2屏幕上一亮点的轨迹

1.1.5位移

给出质点的运动学方程r=r(t),设质点在t=t1时刻，其初始位置在A处，对应的位矢为r1=r(t1);质点在t=t2时刻，其末位置在B处，对应的位矢为r2=r(t2),定义质点的位移就是从A到B的有向线段AB(参见图1.3)，其大小就是

A的长度，方向由A指向B,这里位移AB与发生该位移的时间间隔△t=t2-t相对应.一般来说，在不同的时间间隔内位移有不同的大小和方向，因此位移是不同的.由于AB=r2-r1=r(t2)-r(t1),故位移就是位置矢量函数r(t)的增量，可以用△r表示

V

△

0

图1.3质点位移示意图

。6·

大学物理学·上册

设t1=t时，质点位矢是r(t),而t2=t+△t时，质点位矢是r(t+△t),则得到从t至t+△t时间间隔内质点的位移是

△r=r(t+△t)-r(t)

(1.1.6)

位移就是位置矢量函数r(t)的增量，由于位置矢量r(t)与标量函数有关，则位移应与标量函数的增量有关.在直角坐标系下，我们不难得到这个关系.由式(1.1.4),在t时刻，有

r=r(t)=x1i+yj+zik =x(t)i+y(t)j+z(t)k

在t+△t时刻，有

r2=r(t+△t)=x2i+y2j+z2k=x(t+△t)i+y(t+△t)j+z(t+△t)k将以上两式代入式(1.1.6)，得到在△t=(t+△t)-t间隔内位矢的增量即位移为

△r=r2-r1=(x2-x1)i+(y2-y1)j+(z2-z1)k=△xi+△以+△zk

(1.1.7)

式中△x=x(t+△t)-x(t),△y=y(t+△t)-y(t),△z=z(t+△t)-z(t);位移的大小为r=△r=√（△x)2+(△y)2+(△z)2.图1.4中给出了当质点在z=0的平面上运动时位移与标量函数的增量的关系示意图：

B

y(+△)

△y

△

y(t)

△x

x(t)

x(t+△)

图1.4质点位移与函数增量关系示意图

位矢和位移虽然都是矢量，但二者是两个不同的概念.位矢是在某一时刻，以坐标原点为起点，以运动质点所在位置为终点的有向线段；而位移是在一段时间间隔内，从质点的起始位置引向质点的终止位置的有向线段.位矢描述的是某一时刻运动质点在空间中的位置，而位移描述的是某一时间间隔内运动质点位置变动的大小和方向.位矢与时刻相对应，位移与时间间隔相对应

例1.3写出例1.2中示波器屏幕上一亮点的运动学方程的矢量形式，并计算

···试读结束···