本书依据教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会编制的 《理工科类大学物理课程教 学基本要求》 (2010 年版) 的指导思想与教学要求, 为 96 学时两学期的工科大学物理课程而 编写。
     全书共 16 章, 内容包括力学、 热学、 振动与波动、 狭义相对论概述、 电磁学、 波动光学、 量子物理简介等。 全书注重体系的完整与论述的简洁, 兼具教学性、 实用性、 科学性特色。 

       大学物理是理工科学生重要的基础课程,在人才的科学素质培养方面起着不 可替代的关键作用。 编者根据教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会编 制的《理工科类大学物理课程教学基本要求》(2010 年版)的思想和精神,结合理工 类人才培养的特点及新时代教学改革的要求,组织编写了本书。 
       编者结合多年理工类物理教学实践经验,确定了本书编写的基本思路和特点: 有完整的普通物理学基本内容体系;对传统章节和内容作了适当的调整和删减;简 化了一些理论推导和论证过程;每章根据教学学时配有同步习题。 
       本书为计划教学时数为 96 学时的两学期理工科大学物理课程而编写,适合作 为高等学校理工科非物理专业的大学物理教材。 
       本书共 16 章,其中第 1 章至第 8 章为第一学期讲授内容,计划教学时数 48 学 时,包括力学、热学、振动与波动、狭义相对论概述;第 9 章至第 16 章为第二学期讲 授内容,计划教学时数 48 学时,包括电磁学、波动光学、量子物理简介。 书中标注 ？的为选讲或略讲内容。 
       本书由高永浩、张闪、刘向民主编。具体参加编写的人员及分工如下:史严编 写第 1 章、第 8 章;唐翰昭编写第 2 章;谷卓编写第 3 章;张彦立编写第 4 章、第 5 章;张闪编写第6 章、第7 章;郭宏凯编写第10 章;乔治编写第11 章;刘向民编写第 12 章、第 14 章和第 15 章;李月晴编写第 13 章;高永浩编写第 9 章、第 16 章,并负 责全书统稿。 
       在本书编写过程中,参考和借鉴了不少国内外的同类优秀教材,在此向其作者 表示衷心的感谢。 
       由于编者水平有限,书中难免有不妥和疏漏之处,敬请广大读者批评指正。 
                                                                                    编 者 2021 年 10 月

第 1 章 质点运动学  1

1. 1 参考系和坐标系 质点  1

一、运动的绝对性和相对性  1

二、参考系和坐标系  1

三、质点  2

1. 2 运动状态的描述  2

一、位置矢量 运动方程  2

二、位移  3

三、速度  3

四、加速度  4

五、运动学中的两类问题  5

1. 3 曲线运动的描述  6

一、运动叠加原理  6

二、抛体运动  7

三、圆周运动的描述  7

四、任意的平面曲线运动 11

1. 4 相对运动 12

第 2 章 质点动力学 15

2. 1 牛顿运动定律 15

一、牛顿运动定律概述 15

二、几种常见力 17

三、牛顿运动定律的应用 18

2. 2 动量 动量守恒定律 20

一、质点的动量定理 21

二、质点系的动量定理 23

三、动量守恒定律 23

2. 3 功与能 25

一、功与功率 25

二、质点的动能定理 26

三、保守力的功和势能 26

2. 4 功能原理 机械能守恒定律 29

一、质点系的动能定理 29

二、质点系的功能原理和机械能守恒定律 29

第 3 章 刚体的转动 34

3. 1 刚体运动的描述 34

一、刚体的平动与转动 34

二、刚体绕定轴转动的角速度和角加速度 35

3. 2 力矩 转动定律 35

一、力矩 35

二、转动定律 36

三、转动定律应用举例 38

3. 3 角动量 角动量守恒定律 39

一、角动量 39

二、角动量定理 40

三、角动量守恒定律 40

3. 4 刚体绕定轴转动的动能定理 42

一、力矩的功 42

二、转动动能 42

三、刚体定轴转动的动能定理 43

第 4 章 气体动理论 48

4. 1 平衡态 理想气体状态方程 48

一、平衡态 48

二、状态参量 48

三、理想气体的状态方程 49

4. 2 理想气体的压强公式 50

一、理想气体的微观模型 50

二、理想气体压强公式 51

4. 3 理想气体的温度公式 52

一、理想气体状态方程的分子形式 52

二、温度的微观解释 52

三、气体分子的方均根速率 52

4. 4 能量均分定理 理想气体的内能 53

一、自由度 53

二、能量均分定理 54

三、理想气体内能 54

4. 5 麦克斯韦气体分子速率分布律 56

一、测定分子速率分布的实验 56

二、速率分布函数 57

三、麦克斯韦速率分布律 57

四、分子速率的三种统计平均值 58

4. 6 分子平均碰撞频率和平均自由程 60

第 5 章 热力学基础 63

5. 1 准静态过程 功 热量 内能 63

一、准静态过程 63

二、内能 63

三、热量 64

四、准静态过程中的功 64

5. 2 热力学第一定律及其应用 65

一、热力学第一定律 65

二、热力学第一定律的应用 65

5. 3 气体的摩尔热容 67

一、理想气体的等体摩尔热容 68

二、理想气体的等压摩尔热容 68

三、比热容比 69

5. 4 理想气体的绝热过程 ？多方过程 69

一、绝热过程 69

二、多方过程 71

5. 5 循环过程 卡诺循环 73

一、循环过程 73

二、热机 73

三、制冷机 74

四、卡诺循环 74

5. 6 热力学第二定律   卡诺定理 76

一、热力学第二定律 77

二、可逆过程和不可逆过程 78

三、卡诺定理 78

5. 7 热力学第二定律的统计意义   熵 79

一、热力学第二定律的统计意义 79

二、熵增加原理 80

第 6 章 机械振动  84

6. 1 简谐振动 84

一、弹簧振子和简谐振动 84

二、常见的简谐振动模型 85

6. 2 简谐振动的描述 87

一、简谐振动的速度、加速度和图像描述  87

二、描述简谐振动的三个特征物理量 87

6. 3 简谐振动的旋转矢量图表示法 89

一、旋转矢量与简谐振动 89

二、旋转矢量图的应用 90

6. 4 简谐振动的能量 94

一、简谐振动的能量表示式 94

二、简谐振动的能量曲线 95

三、能量守恒与简谐振动 95

6. 5 简谐振动的合成 96

一、两个同方向同频率简谐振动的合成 96

二、两个同方向不同频率简谐振动的合成 98

三、两个相互垂直的同频率简谐振动的合成 99

四、两个相互垂直的不同频率简谐振动的合成  100

第 7 章 机械波  103

7. 1 机械波的基本概念  103

一、机械波的产生  103

二、波动的基本形式和传播特征  103

三、波速、波的频率和波长 104

四、波的几何描述  105

7. 2 平面简谐波的波动方程及其物理意义  106

一、平面简谐波的波动方程  106

二、波动方程的物理意义  107

7. 3 波的能量  111

一、波动能量的传播  111

二、波的能量密度和能流密度  111

7. 4 惠更斯原理和波的衍射  113

一、惠更斯原理  113

二、波的衍射  113

7. 5 波的叠加原理与波的干涉  114

一、波的叠加原理  114

二、波的干涉  114

7. 6 驻波和半波损失  117

一、驻波的产生  117 

二、驻波方程  118

三、半波损失  120

第 8 章 狭义相对论概述  123

8. 1 伽利略变换 经典力学时空观  123

一、经典力学的相对性原理  123

二、伽利略变换  123

三、经典力学时空观  124

8. 2 洛伦兹变换 狭义相对论时空观  124

一、狭义相对论的基本假设  124

二、洛伦兹变换  125

三、狭义相对论时空观  125

四、狭义相对论动力学基础  127

第 9 章 真空中的静电场  129

9. 1 电荷 库仑定律 电场强度  129

一、电荷  129

二、库仑定律  129

三、电场强度  130

9. 2 高斯定理及其应用  136

一、电场线  136

二、电场强度通量  136

三、高斯定理  137

四、高斯定理的应用  139

9. 3 静电场的环路定理 电势能  143

一、静电场力做功  143

二、静电场的环路定理  144

三、电势能  144

9. 4 电势 等势面 电势梯度  145

一、电势  145

二、等势面  148

？三、电势梯度  148

第 10 章 静电场中的导体  电容 154

10. 1 静电场中的导体概述 154

一、静电场中的导体与静电平衡  154

二、空腔导体和静电屏蔽  159

三、静电屏蔽 160

10. 2 电容 电容器 163

一、孤立导体的电容  163

二、电容器  164

三、电容器的并联和串联  166

？10. 3 静电场的能量 167

第 11 章 电流与磁场 171

11. 1 电流 电动势 171

一、电流 电流密度  171

二、电源 电动势  173

11. 2 电流的磁场 174

一、电流的磁效应  174

二、磁场 磁感应强度  175

三、毕奥-萨伐尔定律  175

四、毕奥-萨伐尔定律的应用  176

五、运动电荷的磁场  178

11. 3 磁通量 磁场的高斯定理 179

一、磁感应线  179

二、磁通量 磁场的高斯定理  179

11. 4 安培环路定理 180

11. 5 磁场对载流导线的作用 185

一、安培定律  185

二、两平行长直载流导线间的相互作用  186

三、磁场对载流线圈作用的磁力矩  188

四、磁力的功  189

11. 6 带电粒子在磁场中的运动 189

一、洛伦兹力  189

二、带电粒子在匀强磁场中的运动  190

三、霍尔效应  191

第 12 章 电磁感应  199

12. 1 法拉第电磁感应定律 楞次定律 199

一、电磁感应现象  199

二、楞次定律  200

三、法拉第电磁感应定律  201

12. 2 动生电动势 203

一、动生电动势的产生机制  203

二、动生电动势的计算  204 

三、洛伦兹力与动生电动势伴随的能量转换  205

12. 3 感生电动势 感生电场 206

一、感生电场  206

二、感生电场和感生电动势的计算  207

三、涡电流  208

12. 4 自感和互感 210

一、自感  210

二、互感  212

12. 5 磁场的能量 214

一、自感线圈的储能  214

二、磁场能量的计算  215

第 13 章 光的干涉  220

13. 1 光源 光的相干性 220

一、光源及发光机制  220

二、光的相干性  221

13. 2 杨氏双缝干涉实验及其他厂常见干涉实验装置 221

一、杨氏双缝干涉实验  221

二、菲涅耳双镜实验  223

三、劳埃德镜实验  223

13. 3 光程和光程差 224

一、光程和光程差的计算  224

二、透镜不引起附加光程差  225

三、反射光的附加光程差  226

13. 4 薄膜干涉 227

一、薄膜干涉的光程差  227

二、等倾干涉  229

13. 5 劈尖 牛顿环 迈克耳孙干涉仪 230

一、劈尖  230

？二、牛顿环  232

三、迈克耳孙干涉仪  233

第 14 章 光的衍射  237

14. 1 光的衍射现象 惠更斯-菲涅耳原理  237

一、光的衍射现象  237

二、惠更斯-菲涅耳原理  237

三、衍射的分类  238

14. 2 单缝的夫琅禾费衍射 239

一、实验装置和衍射图样 239

二、菲涅耳半波带法和条纹分布规律  239

14. 3 光栅衍射 243

一、多缝衍射  243

二、光栅  244

三、光栅衍射的计算  244

四、光栅光谱  247

14. 4 圆孔衍射 光学仪器的分辨本领 249

一、圆孔衍射  249

二、光学仪器的分辨本领  249

第 15 章 光的偏振  254

15. 1 光的偏振状态 254

一、线偏振光  254

二、自然光  255

三、部分偏振光  255

四、圆偏振光和椭圆偏振光  256

15. 2 偏振片 起偏和检偏 马吕斯定律 256

一、偏振片  256

二、起偏和检偏  256

三、马吕斯定律  257

四、应用  258

15. 3 光在反射和折射时的偏振 259

第 16 章 量子物理简介 262

16. 1 黑体辐射 普朗克能量子假说 262

一、黑体辐射  262

二、普朗克能量子假说  263

16. 2 光电效应 光的波粒二象性 263

一、光电效应  263

二、光的波粒二象性  265

16. 3 巴耳末公式 氢原子的玻尔理论 265

一、巴耳末公式  265

二、氢原子的玻尔理论  265

16. 4 德布罗意波 不确定关系 267

一、德布罗意波  267

二、不确定关系  267

附录 教材内容与思政元素的融合  270

高永浩，任教于石家庄铁道大学数理系，专业研究方向为微纳光电子器件，主授课程包括大学物理、量子力学。

张闪，副教授，任教于石家庄铁道大学数理系，专业研究方向为理论物理；主授课程包括大学物理、热力学统计物理、电动力学。所获奖项包括省教学成果二等奖、校教学成果一等奖等多项。

 刘向民，教授，任教于石家庄铁道大学数理系，专业研究方向为导波光学，主授课程包括大学物理、电动力学。

（1）本书有合理、完整的普通物理学基本内容体系，部分内容标识*为选讲内容适用于不同学时的需求；
（2）对传统物理的内容作了适当的调整和删减，并简化了一些理论推导和论证过程；
（3）每章配有同步习题，以便学生更好地理解和掌握相关知识点。