大學物理精講與典型難題詳解（下 電磁學、光學與量子力學） pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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李翠蓮 編

圖書標籤:

• 大學物理
• 電磁學
• 光學
• 量子力學
• 物理學
• 教材
• 精講
• 習題
• 考研
• 大學

齣版社： 上海交通大學齣版社

ISBN：9787313172662

版次：1

商品編碼：12179803

包裝：平裝

叢書名： “十二五”普通高等教育本科規劃教材 ，

開本：16開

齣版時間：2017-08-01

用紙：膠版紙

頁數：267

字數：353000

正文語種：中文

內容簡介

　　《大學物理精講與典型難題詳解》分上下兩冊，上冊為力學與熱學部分，下冊為電磁學、光學和量子力學。每冊包括32個知識點精講和相應知識點課後習題中部分難題的詳解。每個知識點從層層遞進的若乾問題齣發揭示知識點的內涵和外延，並配設若乾課後練習。
　　《大學物理精講與典型難題詳解（下）》可作為非物理類大學本科生的物理教材，也可作為期末、考研復習時強化物理知識點和熟悉大學物理解題方法的參考書。

內頁插圖

目錄

第一講 電荷、庫侖定律及電場
第二講 電場綫、電通量與高斯定理
第三講 靜電場的安培環路定理與電勢
第四講 靜電場與導體的相互作用
第五講 電介質與外加靜電場的相互作用
第六講 電容器與靜電場能
第七講 電源、穩恒電流
第八講 磁感應強度與電流的磁效應
第九講 磁場的高斯定理和安培環路定理
第十講 磁場對載流導綫的作用
第十一講 霍爾效應
第十二講 磁介質及其與磁場的相互作用
第十三講 鐵磁質
第十四講 電磁感應現象及電磁感應定律
第十五講 自感、互感以及磁場的能量
第十六講 麥剋斯韋方程組及電磁波
第十七講 光的直綫傳播、光的反射及摺射
第十八講 光的偏振
第十九講 光的乾涉
第二十講 薄膜乾涉
第二十一講 光的衍射
第二十二講 光柵衍射
第二十三講 黑體輻射規律及普朗剋能量量子假說
第二十四講 光電效應
第二十五講 原子結構、氫原子光譜、玻爾理論
第二十六講 德布羅意波
第二十七講 不確定關係
第二十八講 波函數統計詮釋及態疊加原理
第二十九講 薛定諤方程及其應用
第三十講 一維散射問題
第三十一講 氫原子的量子理論
第三十二講 電子自鏇和泡利不相容原理
附錄 典型難題詳解

前言/序言

　　目前中國國內使用的大學物理教材版本眾多：有上海交通大學基礎物理教研室編的《大學物理教程》、清華大學齣版社齣版的《大學物理》（硃峰主編）、北京大學齣版社齣版的《簡明大學物理》等。關於大學物理的習題集就更多瞭，這裏不一一舉例。這些教材為物理理論在工科學生中的普及和推廣起到瞭重要的作用。然而，由於這些教材大都在“取其精華、去其糟粕，中學為體、洋為中用”的指導原則下完成，顯示齣物理學精乾的一麵，強調物理公式的應用，物理學的“血肉”卻被削弱瞭。這直接導緻大多數同學尤其是女同學覺得物理難學，也漸漸對物理失去瞭興趣。如我的學生段嘉同學在她的讀書報告中寫道：“一直以來，我的物理學習都不是我的優勢，因此有時會越學越沒有耐心。經過這次讀書報告，我有機會能夠以深入瞭解為目的去研讀課本以及論文資料，使我對麥剋斯韋速度分布律有瞭更加深入詳細的瞭解，而不是僅限於做題，它使我有機會感知每一個公式的詳細來源和公式背後的努力與故事。”當然也有一些同學物理學得不錯，那也是就考分而言的，欣賞物理的能力、用物理科學方法思考問題的能力還十分欠缺。如我的學生王裕傑同學在完成瞭仔細研讀“多普勒效應”後寫道：“第一次接觸到這個知識是在高中的物理課本上，當時老師僅僅是一筆帶過瞭，自己也沒有多大的印象，覺得隻需要記住一個公式就行瞭。然而在我為寫這篇讀書報告查找瞭許多資料之後，纔發現多普勒效應的應用竟然如此廣泛，作用如此之大，它在我們的生活中幾乎無處不在。我深深感受到瞭多普勒效應的魅力所在，同時也認識到沒有哪個物理知識是沒有用的，一個物理知識的實現與應用隻是時間問題。”所以，我寫這本教材的第一個目的就是解開物理學神秘的麵紗，讓學習者明白物理是有故事的，是有趣的，是可以在等車、排隊的間隙閱讀的。
　　物理學不僅僅是“學霸”們的“遊戲”，它更是關於自然運動的法則。學習它就像學習交通規則一樣，隻要是一個具有正常思維邏輯的人都可以去理解它，並且自覺遵守這些自然法則。反之，違反自然法則雖不像違反交通法則一樣立即受到懲罰，但這種懲罰隻可能遲到而不會缺席，而且其懲罰的程度遠遠大於違反交通法則。例如，明顯違反自然法則的畝産“萬斤”論造成的懲罰性後果讓經曆過這場災難的中國人至今還銘心刻骨地痛。所以，編寫一本理工科甚至文科學生都能讀懂的且有興趣讀下去的物理學教材是物理教育工作者的責任。另外，本書對每一個知識點的相關方程都進行瞭較為詳盡的數學推理，並且列舉瞭一些該知識點在工業、醫學中的應用例子，所以本書完全可以滿足理工科學生學習的需要。
　　由於當代學生生活在知識爆炸、信息暢通的時代，純粹的知識灌輸遠遠不能滿足學生的需要，培養學生的學習能力、創新能力比任何時代都更加迫切。正如愛因斯坦指齣的“發展獨立思考和獨立創新的一般能力，應當始終放在首位，而不應當把知識學習放在首位”。這是我寫這本教材的第二個目的。
　　那麼怎樣纔能提高學生的欣賞能力、學習能力和創新能力呢？我們知道愛因斯坦在他26歲時就完成論文《論動體的電動力學》，獨立而完整地提齣狹義相對論，開創瞭物理學的新紀元，他的創新能力是毋庸置疑的。那麼，他的創新能力從哪裏來呢？讀過愛因斯坦傳記的讀者都知道，早在中學時代，他就從伯恩斯坦所著的多捲本《自然科學通俗讀本》中瞭解瞭整個自然科學領域裏主要的成果和方法。這套書第一捲的開始部分就論述瞭有關光速以及光和距離的內容，以至於當時16歲的愛因斯坦在無意中想到瞭一個奇特的“追光悖論”。從此，他開始瞭長達10年之久的關於光速相對性以及關於光的傳播介質“以太”存在問題的探索。這樣，在他26歲那年發錶瞭《論動體的電動力學》，成功地解釋瞭他的“追光悖論”，創立狹義相對論也就是水到渠成的事瞭。從這個事例中，我們明白瞭創新是需要源頭、需要傳承、需要視野的。再舉一個例子：兩隻狼來到草原，其中一隻狼很失落，因為它看不見肉，這是視力；另一隻狼很興奮，因為它知道有草就有羊，這是視野。在不創新就要落後的現代社會，物理學教學的目的不僅要培養學生的“視力”——觀察、分析能力，更要培養學生的“視野”——推理、預測能力。筆者基於多年教學中遇到的這種睏惑以及大量閱讀國外教材的一些感悟，為瞭提高學生科學欣賞能力、科學思維和創新能力，在最近五年教學過程中逐漸引導學生在閱讀物理教材和課外學術資料時重點關注物理學知識點的來源、現在發展到什麼程度以及今後可能往哪裏去等問題，追蹤以前的物理學傢遇到問題時思考解決問題的方法與解決問題的過程，讓學生從六個方麵去學習物理的每一個知識點，這六個方麵分彆為：①當時遇到瞭怎樣的難題需要建立該新知識點？②建立該知識點過程中經曆瞭哪些睏難、歧途？最後怎樣統一到目前這個認識的？③目前物理界對該知識點的解析有哪些？④該知識點有沒有相似的其他描述？如果有，各有什麼優缺點？⑤該知識點美在哪裏？對自然科學的發展起瞭怎樣的作用？對人類生活有哪些影響？舉一例說明之。⑥該知識點建立後有怎樣的發展？你對該知識點的發展有什麼看法、建議？此外，要求每一個同學提交一份關於某個知識點的閱讀報告。通過5年的實踐，學生們收獲很大。如楊若虛同學在他的讀書報告裏的個人感悟中寫道：“最開始的時候對於熱力學第二定律真的是一無所知，不過查瞭一下就被嚇倒瞭，因為它引齣瞭一個超級‘牛’的概念：熵。雖然我也不知道熵到底有多牛，不過但凡看過《生活大爆炸》的人或多或少都有點概念吧。不過從最開始來講，熱力學第二定律單單是指熱量從高溫物體嚮低溫物體傳導，到後來開始討論宇宙的無序與黑洞，讓我不得不佩服物理學傢的巨大‘腦洞’（此處為褒義）。

好的，這是一本關於大學物理的精講與典型難題詳解的圖書簡介，涵蓋瞭力學、熱學、電磁學、光學和近代物理學（量子力學基礎），旨在為學習者提供深入理解和解題能力的全麵指導。 --- 圖書名稱：大學物理精講與典型難題詳解（全冊） 麵嚮讀者： 普通高等院校理工科專業本科生、自學者、考研備考者。 圖書定位： 本書旨在成為學習大學物理課程的得力助手，不僅提供紮實的理論精講，更側重於如何應用這些理論解決實際問題。全書內容全麵，體係嚴謹，邏輯清晰，力求幫助讀者實現從“學會”到“會用”的跨越。 第一部分：力學基礎與熱學精要 第一章 運動學基礎 本章係統梳理瞭質點和剛體的運動描述方法。從一維、二維和三維空間中的直綫運動、麯綫運動入手，引入瞭描述運動狀態的關鍵物理量：位移、速度和加速度。重點講解瞭矢量在運動學分析中的應用，特彆是正交分解法和自然坐標係下的加速度分析。對於剛體的轉動運動，則詳細闡述瞭角位移、角速度、角加速度的概念，以及綫速度與角速度之間的關係，為後續的動力學分析奠定基礎。 第二章 牛頓運動定律 牛頓定律是經典力學的核心。本章首先清晰闡述瞭三大定律的物理含義和適用範圍。通過大量的實例分析，如繩子上的受力分析、傳送帶上的摩擦力問題、碰撞問題等，深入剖析瞭動量定理、衝量以及動量守恒定律的應用場景。重點對非慣性係中的運動進行瞭探討，引入瞭慣性力（如離心力和科裏奧利力）的概念，並講解瞭它們在復雜運動係統中的作用。 第三章 功、動能與機械能守恒 本章聚焦於能量的概念及其守恒規律。詳細講解瞭力、功、功率的定義及其計算方法，特彆是變力做功的積分計算。動能定理的推導和應用是本章的重點，它將力與運動的變化聯係起來。能量守恒定律的引入，極大地簡化瞭復雜係統的分析。本章通過分析彈簧係統、變力場中的運動以及保守力做功的特性，使讀者深刻理解機械能守恒的物理意義和限製條件。 第四章 動量守恒與剛體轉動 本章深入研究瞭係統整體的運動規律。係統動量和質心概念的引入，使得處理多體問題和復雜碰撞問題變得直觀。動量守恒定律在爆炸、火箭推進等問題中的應用被詳盡解析。剛體轉動動力學是本章的難點，係統介紹瞭轉動慣量、力矩的概念，詳細推導並應用瞭轉動定律。對轉動動能、角動量及其守恒定律的講解，為理解陀螺運動等現象提供瞭理論工具。 第五章 萬有引力與振動 本章從牛頓的萬有引力定律齣發，探討瞭引力場、引力勢能的概念。重點分析瞭天體運動問題，如軌道速度、周期公式以及能量分析。隨後，轉嚮宏觀世界的振動現象，詳細講解瞭簡諧振動的特徵方程、相位、周期和頻率。對受迫振動和共振現象的分析，揭示瞭自然界中普遍存在的周期性運動規律。 第六章 熱力學與統計物理基礎 本章係統介紹瞭熱力學的基礎概念，包括宏觀狀態量（溫度、壓強、體積）、內能、熱量和功。熱力學第一定律的推導和應用是本章的核心，涵蓋瞭理想氣體的狀態方程、等溫、等壓、等容、絕熱過程的分析。熱力學第二定律的引入，解釋瞭自然過程的方嚮性，包括卡諾循環和熱力學效率的計算。統計物理部分則初步探討瞭氣體分子動理論，推導齣氣體壓強和方均根速率的公式，將微觀運動與宏觀性質聯係起來。 --- 第二部分：電磁學與光學 第七章 靜電場 本章作為電磁學的開端，嚴格定義瞭電荷和電場。庫侖定律和疊加原理是基礎。場強概念的引入，使得電場分析更加係統化。本章重點闡述瞭電場中的等勢麵概念，並詳細推導瞭電勢與場強的關係。高斯定理作為電場分析的強大工具，在計算具有對稱性的電場分布（如無限長均勻帶電綫、均勻帶電球殼）時展現齣巨大優勢。 第八章 靜電場的能量與電介質 本章深入探討瞭靜電場的能量存儲特性，以及電介質在電場中的響應。係統講解瞭靜電場的能量密度和總能量的計算方法。電介質的極化現象是理解電容器工作原理的關鍵，本章詳細分析瞭電介質對電場強度的影響，引入瞭電位移矢量 $D$ 的概念，並利用高斯定理的推廣形式解決瞭電介質中場強的計算問題。 第九章 穩恒電流與磁場 本章從電流的概念齣發，引入瞭電流密度和歐姆定律。隨後，進入磁場的討論，重點闡述瞭畢奧-薩伐爾定律和安培環路定律，這是計算穩恒電流産生的磁場的基礎。通過安培定律，分析瞭直綫電流、螺綫管等典型載流導綫周圍的磁場分布。洛倫茲力是磁場對運動電荷作用力的體現，其在帶電粒子在磁場中運動（如迴鏇加速器）中的應用是本章的亮點。 第十章 電磁感應與交流電 法拉第電磁感應定律是本章的核心，係統闡述瞭磁通量的變化如何産生感應電動勢。楞次定律為感應電流的方嚮提供瞭判斷依據。麥剋斯韋引入的位移電流概念，修正瞭安培環路定律，是麥剋斯韋方程組的統一關鍵。本章還涉及電感、自感和互感等概念，並對RLC電路在交流電下的響應（瞬態和穩態）進行瞭詳細分析。 第十一章 麥剋斯韋方程組與電磁波 本章是對整個電磁學部分的升華。係統迴顧並完整闡述瞭麥剋斯韋方程組（積分形式和微分形式），展示瞭電、磁場之間的內在聯係。以麥剋斯韋方程組為基礎，本章推導瞭電磁波的産生和傳播條件，闡明瞭電磁波是能量以波的形式傳播的載體。波的性質、能流密度（坡印廷矢量）以及電磁波的譜，為後續光學內容的學習做好瞭理論鋪墊。 第十二章 幾何光學與波動光學 光學部分分為幾何光學和波動光學兩大部分。幾何光學部分基於光的直綫傳播、反射和摺射定律，詳細分析瞭平麵鏡、球麵鏡和透鏡成像問題。本章對成像係統進行瞭高斯公式和放大率的推導，並討論瞭像差的産生。波動光學部分則轉嚮光的波動性，重點闡述瞭光的乾涉（雙縫乾涉、薄膜乾涉）和衍射（單縫衍射、光柵衍射）現象，並對光的偏振態進行瞭介紹，使讀者對光的本質有瞭更深刻的理解。 --- 第三部分：量子力學基礎與近代物理 第十三章 普朗剋輻射定律與光電效應 本章作為近代物理學的開端，旨在突破經典物理學的局限。首先，講解瞭黑體輻射問題，通過普朗剋假設（能量量子化），導齣瞭普朗剋輻射定律，標誌著量子化的開端。隨後，詳細分析瞭光電效應，利用愛因斯坦的光子理論成功解釋瞭其實驗規律，確立瞭光的粒子性。對康普頓散射的分析，進一步鞏固瞭光子的概念。 第十四章 原子結構與波粒二象性 本章探討瞭原子內部結構。從盧瑟福的原子模型到玻爾的原子理論，係統闡述瞭氫原子能級、光譜的規律。玻爾模型的成功與局限性分析，自然引齣瞭德布羅意提齣的物質波概念，確立瞭波粒二象性。本章還講解瞭電子衍射實驗，證實瞭物質波的存在，為量子力學的建立提供瞭實驗基礎。 第十五章 量子力學的基本概念 本章進入量子力學的主體內容。首先介紹瞭波函數 $Psi$ 的物理意義，以及它必須滿足的歸一化和定態條件。海森堡不確定性原理是量子力學核心概念之一，本章詳細解釋瞭其數學錶達和物理內涵。對粒子在一維無限深勢阱、階梯勢阱等簡單勢場中的薛定諤方程求解，使讀者直觀感受量子化能級的産生。 第十六章 角動量與氫原子 本章將量子力學應用於更復雜的係統——氫原子。通過求解三維薛定諤方程，係統闡述瞭量子數（主量子數 $n$、軌道量子數 $l$、磁量子數 $m_l$）的物理意義及其取值規則。電子的自鏇量子數的引入，使得電子的四個量子數得以確定。本章還涉及氫原子能級的精細結構，為理解元素周期律和化學鍵提供瞭根本的物理圖像。 --- 典型難題詳解與學習方法 本書的特色在於每一章後都附有“典型例題詳解”部分。這部分內容精選瞭曆年來高校期末考試和各類競賽中齣現的具有代錶性和綜閤性的難題。解題過程不僅給齣最終答案，更注重解題思路的剖析、模型選擇的依據以及物理過程的完整闡述。例如，在力學部分，復雜碰撞問題通常會結閤動量守恒和能量守恒進行聯閤分析；在電磁學部分，電磁波的傳播往往需要結閤場論和邊界條件進行嚴格推導。對於量子力學難題，則側重於薛定諤方程的建立和解的物理意義的解讀。 學習建議： 本書建議學習者在學完對應章節的理論知識後，立即對照例題進行分析。不要滿足於套用公式，而要深入理解公式背後的物理情景和限製條件，這是掌握大學物理精髓的關鍵。

評分☆☆☆☆☆

本書在物理學的“下冊”內容上，對經典電磁理論的闡述可以說是一氣嗬成，將從初中到高中乃至大學一年級所接觸到的零散知識點串聯成瞭一個完整而強大的理論體係。作者在講解庫侖定律、高斯定律、安培定律、法拉第電磁感應定律等基本定律時，都配有詳實的曆史背景和實驗依據，這使得讀者不僅能掌握公式，更能理解這些定律是如何被發現和驗證的。尤其是在講到位移電流和麥剋斯韋方程組的時候，那種將靜電、靜磁、電磁感應統一起來的“劃時代”意義被強調得淋灕盡緻。我特彆喜歡書中對電磁場能量密度和動量密度的討論，這讓我意識到電磁場不僅僅是一種作用媒介，它本身也具有能量和動量，可以獨立傳播。雖然一些更深入的討論，如相對論性電動力學的部分，可能需要更強的數學基礎，但就對經典電磁學核心概念的構建和聯係而言，這本書已經給瞭我一個非常完整的圖景。

評分☆☆☆☆☆

這本書確實是一本非常紮實的理論基礎讀物，尤其是在現代物理的引入部分。作者在闡述量子力學的基本概念時，並沒有止步於薛定諤方程的推導，而是深入淺齣地剖析瞭波粒二象性、不確定性原理以及量子態的疊加與坍縮等核心思想。通過生動的類比和對早期實驗（如雙縫乾涉實驗）的細緻解讀，即便是我這種初次接觸量子世界的讀者，也能逐漸建立起對其奇異性的初步認識。書中對海森堡不確定性原理的討論尤為精彩，它不僅給齣瞭數學公式，更重要的是解釋瞭其物理意義，強調瞭觀測行為本身對微觀粒子狀態的不可避免的乾擾。這一點對於理解量子力學的非經典性質至關重要。此外，書中還對氫原子光譜等早期量子理論的成功之處進行瞭迴顧，為理解量子力學的發展脈絡提供瞭清晰的綫索。雖然尚未接觸到更深入的應用，但就基礎概念的講解而言，這本書已經為我打下瞭堅實的地基，讓我對後續的學習充滿信心。

評分☆☆☆☆☆

量子力學部分的介紹，可以說是整本書中最具挑戰性但也最引人入勝的部分。作者在開篇就點明瞭宏觀經典物理與微觀量子物理的巨大差異，並以光電效應、康普頓散射等實驗現象為切入點，引齣瞭能量量子化的概念。對玻爾模型和能級躍遷的解釋，雖然是早期量子理論的産物，但為理解原子光譜提供瞭直觀的圖像。而真正進入量子力學核心時，作者對波函數的引入，以及它所代錶的概率幅的意義，是理解整個理論的關鍵。書中對求解一維勢阱中粒子的薛定諤方程的詳細過程，以及所得齣的離散能級，讓我切實感受到瞭量子世界的“不連續性”。雖然書中對泡利不相容原理、自鏇等更復雜的量子現象的提及還比較初步，但就對量子力學基本框架和核心概念的鋪墊而言，這本書已經足夠讓我對這個奇妙的世界産生濃厚的興趣和初步的認識，也為我後續深入學習打下瞭基礎。

評分☆☆☆☆☆

在電磁學部分，這本書的深度和廣度都給我留下瞭深刻的印象。從靜電場、靜磁場的基本定律齣發，逐步過渡到電磁感應、麥剋斯韋方程組的推導，再到電磁波的産生與傳播，整個邏輯鏈條清晰而嚴謹。作者對於各個定律的物理圖像的描繪非常到位，例如在講解高斯定律時，詳細解釋瞭電場通量的概念如何與電荷分布的對稱性聯係起來，使得抽象的數學公式有瞭直觀的理解依據。書中對洛倫茲力、安培力等力的解釋也十分細緻，結閤瞭具體的運動場景，讓我能夠更好地理解導綫中電流的受力情況。而當書中談及麥剋斯韋方程組時，那種將電場、磁場、電位移和磁場強度等變量融為一體的宏大敘事，確實令人震撼。它不僅統一瞭已有的電磁定律，更預言瞭電磁波的存在，這是物理學史上的一個偉大飛躍，書中對這一點的闡述充滿瞭敬意。雖然在某些復雜的計算題型上我還在摸索，但就概念的梳理和理論的構建而言，這本書無疑是提供瞭一個非常紮實的框架。

評分☆☆☆☆☆

光學章節的處理讓我驚喜。它並沒有局限於幾何光學和惠更斯原理，而是將波動光學和現代光學的一些基礎內容也納入其中。對於乾涉和衍射的講解，書中提供瞭多種情況下的分析，包括單縫衍射、雙縫乾涉以及更為復雜的夫琅禾費衍射。作者通過對光程差的詳細計算，清晰地展示瞭相乾光波疊加時明暗條紋的形成機理，並給齣瞭相應的公式和應用實例，例如在測量小尺寸物體時衍射的應用。更令我印象深刻的是，書中在介紹偏振時，不僅僅停留在馬呂斯定律，還簡要觸及瞭布儒斯特角以及圓偏振、橢圓偏振的概念，這為我打開瞭理解光的多樣性的大門。雖然書中對激光等現代光學技術的具體應用和原理的深入討論還未展開，但就光的基本性質以及其衍射、乾涉等經典現象的透徹剖析而言，這本書已經提供瞭非常豐富的知識和深刻的理解。