大学基础物理学精讲与练习

作者简介

长期从事大学物理、电路、电子技术等课程的教学和相关研究工作，至今已有34年教龄。 独立编写出版《大学物理实验》、《大学物理实验教程》，参编其他教材一部，主持校精品课程《大学物理》建设，承担多个校教改项目，正式发表论文20多篇。 曾分管学生科技创新实践，成功组织和策划多次学科竞赛，获省级竞赛最佳（优秀）组织奖，指导学生获省级一等奖等多个奖项等荣誉。 曾分管和负责实验室建设，建成省级示范中心1个，多个专业实验室以及多个校外实践基地。负责申报和建设的实验室，两次获财政部资助。

内容简介

第一部分 内容概要与典型例题 第1篇力学 力学是研究物体机械运动规律及其应用的一门学科。力学部分主要包括质点运动学、牛顿运动定律(质点动力学)、动量和角动量、功和能、刚体的定轴转动以及狭义相对论。 伽利略开创了科学实验方法，创立了对物理现象进行观察与实验，并把实验方法与理论思维（科学假设，数学推理，逻辑论证和演绎）相结合的科学研究方法。 力学从质点模型出发，采用演绎法，应用基本规律和基本原理解决问题。 17世纪后，以牛顿运动定律为基础，总结并形成了牛顿力学体系或经典力学体系。牛顿力学体系仅适用于运动速度远小于光速的宏观物体的机械运动。力学已成为许多工程技术的重要基础。 第1章质点运动学 运动学是力学中的一部分。它通过位移、速度、加速度等物理量，用质点模型描述和研究物体位置随时间变化的情况，但不涉及变化的原因(受力)和质量等因素。 【内容概要】 1. 质点与参考系 (1) 质点 质点是指具有一定质量而没有大小和形状的物体，它是物理学中的一个理想化模型。 实际物体都有大小，但当其尺度在所讨论的问题中对整个运动过程影响很小时(例如，研究地球公转时，地球半径比太阳、地球之间的距离小得多)，可以不计物体内部各处运动状况的差别，而把它看成只有质量的点，使问题大为简化。 若干相互之间具有一定联系的质点组成的系统称为质点系，也称质点组。在力学中，一个物体可看作由无数质点组成的体系。 刚体是各质点间距离都保持不变的特殊质点系。质点、刚体都是在一定条件下从实际物体抽象出来的理想化模型。 (2) 参考系 为了确定一个物体的位置和描述其运动而选作基准的另一个物体称为参考系，也称参照系、参照物。为了定量描述物体的运动，通常还要在参考系上建立坐标系。 从不同参考系看，同一物体的运动状态各不相同。宇宙间不存在绝对静止的物体，所有的参考系都在运动。但在具体问题中，常常将某个选定的参考系视为静止。如习惯取地球为参考系(定参考系、基本参考系)，在天文学上取太阳或某个恒星为定参考系。 2. 描述质点运动的四个物理量 以下四个物理量具有共同的基本特征： 瞬时性、方向性(矢量性)、相对性、叠加性、独立性。 (1) 位置矢量(位矢) r=r(t)=xi+yj+zk 质点的运动方程 r=r(t)=x(t)i+y(t)j+z(t)k或x=x(t)，y=y(t)，z=z(t) (2) 位移 Δr=r2－r1=Δxi+Δyj+Δzk=(x2－x1)i+(y2－y1)j+(z2－z1)k 位移是描述质点位置变化的物理量，为矢量。质点在某一时间内的位移，用其在这时间内的初位置指向末位置的有向直线段表示。 路程是质点在某一时间内所经过的路线(轨迹)的总长度，为标量。 (3) 速度与速率 ？瘙
經=drdt 速度是描述位置变化的快慢和方向的物理量，为矢量。在日常生活中，有时也把各种量随时间变化的快慢、各种过程进行的快慢称为速度。 位移和所历时间的比值，称为这段时间内的平均速度。如果这一时间极短(趋近于零)，这一比值的极限称为物体在该时刻的速度或瞬时速度。在直线运动中，速度方向沿物体前进的直线方向； 在曲线运动中，速度方向沿运动轨道的切线方向。 速度的大小为速率，即 v=drdt=dsdt 在路径确定的情况下，可用速率描述路径上位置的变化率，因为速度的方向就是各点的切线方向。 (4) 加速度 a=d？瘙
經dt=d2rdt2 加速度是描述速度变化的快慢和方向的物理量，为矢量。其方向为速度变化的极限方向。 速度的变化与这变化所历时间Δt的比值，称为这段时间内的平均加速度。若Δt极短(Δt→0)，此比值的极限称为物体在该时刻的瞬时加速度，简称加速度。 当质点在Ox轴作直线运动，加速度为常矢量时，为匀加速直线运动。若初始条件为x0或v0，则 v=v0+at，x=x0+v0t+12at2，v2－v20=2ax 全书包括三部分：内容概要、典型例题和课外练习。“内容概要”着重体现大学基础物理学的主要理论和知识点，并不是对教材重要内容的简单提取或压缩，而是进行了概括性描述与总结，适当融入科学文化与人文方面的知识，使之更具有可读性，力求做到物理概念表达准确，内容严谨，教学内容思路清晰，便于读者理解和复习。课外练习为学生作业。