進階式探究物理 大學物理混閤教學模式學生用書 epub pdf mobi txt 電子書 下載 2024

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內容簡介

本書是配閤大學物理混閤式教學而編寫的學生課外學習用書。其設計理念是： 建造一個適閤學生自我探究的階梯，讓學生從易到難，從簡單到復雜，由單個知識點到多個知識點進階式地學習大學物理。

本書將大學物理的基本內容劃分為16章81節，每節由閱讀指南、閱讀題、概念練習題和綜閤訓練題組成。學生可在課前按照閱讀指南的提示，閱讀相關的教材或觀看教學視頻，完成閱讀題； 課後復習課堂所學知識後，完成概念練習題和綜閤訓練題。教師還可針對學生在使用該書學習過程中普遍存在的難點問題，在習題課上進行深入的探討。

本書的特色： ①遵循認知規律和腳手架理論來設計題目，讓學生對物理概念從接受到理解到掌握，以序列問題的方式展開； ②題目主要以選擇題為主，目的在於學生可以快速作答，課前快速預習，課後快速復習課上知識，在較短的時間內掌握物理概念，獲得成就感。

本書適閤理工科大學生學習大學物理使用，尤其適閤開展混閤式教學改革的課堂學生使用。

作者簡介

蔡天芳：副教授， 1992年畢業於清華大學物理係獲理學碩士，1994年任職於北京交通大學物理係至今。長期工作在本科教學第一綫，從事基礎物理教學與教改工作。將國外先進的教育技術--應答互動係統引入課堂，對教學工作做瞭大量的實證研究，其研究成果閤作發錶在美國《Science》，並被《Nature》轉載（2009年）。曾獲北京高校青年教師教學基本功一等奬（2001年），國傢高等教育成果二等奬（2005年，排名第4），北京市高等教育成果一等奬（2013年，排名第2）。教學與科研論文*一作者8篇，第二作者5篇，其中SCI論文6篇。曾齣版《大學物理教學軟件》《大學物理學電子教案》《大學物理學網絡導學係統》。

目錄

第1章質點運動學
1.1矢量
1.2質點運動的描述
1.3在直角坐標係中質點運動的分析
1.4在自然坐標係下質點運動的分析
*1.5在極坐標係下質點運動的分析
1.6運動的相對性
1.7質點運動綜閤練習
答案及部分解答
第2章動量與牛頓運動定律
2.1牛頓運動定律
2.2非慣性係及慣性力
2.3質點(或質點係)的動量與動量守恒
2.4衝量與動量定理
2.5質心與質心運動定理
答案及部分解答
第3章功和能
3.1功
3.2勢能
3.3功能原理和機械能守恒
答案及部分解答
第4章質點與質點係的角動量
4.1質點角動量、力矩和角動量定理
4.2質點與質點係的角動量守恒定律
答案及部分解答
第5章剛體
5.1剛體運動學
5.2剛體的轉動慣量
5.3剛體繞定軸轉動的轉動定理
5.4角動量定理轉動中的功與能
5.5剛體的進動
5.6剛體綜閤訓練
答案及部分解答
第6章相對論
6.1狹義相對論運動學
6.2狹義相對論動力學
答案及部分解答
第7章靜電場
7.1電荷庫侖定律電場強度
7.2電通量高斯定理
7.3靜電場的環路定理電勢
答案及部分解答
第8章導體與電介質
8.1靜電場與導體的相互作用
8.2空腔導體在靜電場中的性質
8.3電介質在靜電場中的性質
8.4電容靜電能
答案及部分解答
第9章磁場
9.1恒定電流和恒定電場
9.2恒定磁場的計算
9.3安培環路定理
9.4磁通量穩恒磁場中的“高斯定理”
9.5磁場對運動電荷和載流導體的作用
9.6磁介質
答案及部分解答
第10章電磁感應
10.1電磁感應的基本規律法拉第電磁感應定律
10.2動生電動勢
10.3感生電動勢
10.4自感與互感
10.5磁場的能量
10.6電磁場與電磁波
答案及部分解答
第11章氣體動理論
11.1熱學基本概念和理想氣體物態方程
11.2理想氣體的壓強公式和溫度公式
11.3能量按自由度均分定理和理想氣體的內能
11.4麥剋斯韋速率分布律
11.5氣體分子的平均自由程
11.6氣體內的遷移現象
*11.7實際氣體和範德瓦爾斯方程
答案及部分解答
第12章熱力學
12.1熱力學第一定律
12.2熱力學第一定律對準靜態過程的應用
12.3循環與效率
12.4熱力學第二定律和卡諾定理
12.5熱力學第二定律的統計意義、熵
答案及部分解答
第13章簡諧振動
13.1簡諧振動的描述
13.2簡諧振動的鏇轉矢量錶示法
13.3簡諧振動的能量
13.4振動的閤成
答案及部分解答
第14章波動
14.1波的傳播
14.2平麵簡諧波的波函數
14.3簡諧波的能量
14.4波的乾涉
14.5駐波
14.6多普勒效應
答案及部分解答
第15章波動光學
15.1光、光源、光的乾涉基本性質
15.2分波前乾涉
15.3分振幅乾涉
15.4光的衍射——夫琅禾費單縫衍射
15.5光的衍射——圓孔衍射
15.6光的衍射——光柵衍射
15.7光的衍射——X射綫衍射
15.8光的偏振基本概念
15.9雙摺射現象波片
答案及部分解答
第16章量子物理
16.1光的量子性
16.2實物粒子的波粒二象性
16.3波函數
16.4海森伯不確定關係
16.5薛定諤方程及其應用
16.6氫原子的量子力學描述原子中的電子
答案及部分解答

精彩書摘

　　3.1.5(知識點： 功的計算)
　　接上題，則在t=1s到t=2s時間內該力所做的功應為。
　　3.1.6(知識點： 質點的動能定理)
　　質量為0.1kg的質點，由靜止開始沿麯綫r=(5/3)t3i+2j(SI)運動，則在t=0到t=2s時間內，作用在該質點上的閤力所做的功應為。
　　3.1.7(知識點： 質點的動能定理)
　　質量為1kg的質點，沿x軸由靜止齣發作直綫運動。所受閤力為F=4ti(SI)，前t秒內閤力做功為。
　　3.1.8(知識點： 一對力)
　　對一對作用力和反作用力來說，二者持續時間相同。下列結論中正確的是()。
　　A. 二者做功必相同B. 二者做功總是大小相等、符號相反
　　C. 二者的衝量完全相同D. 二者的衝量不同，做功也不一定相等
　　3.1.9(知識點： 內力)
　　下列錶述中正確的是()。
　　A. 內力不能改變係統的總動量B. 內力不能改變係統的總動能
　　C. 內力對係統做功的總和不一定為零D. 以上都不對
　　3.1.10(知識點： 內力做功)
　　在質點係中，以下哪些例子內力做功不為零，使得係統的動能增大？（）
　　A. 炮彈爆炸時，以炮彈作為一個係統
　　B. 蕩鞦韆時，以人和鞦韆作為一個係統
　　C. 滑塊沿光滑的斜麵無摩擦地滑下，斜麵置於光滑的水平麵上，以滑塊和斜麵作為一個係統
　　D. 以上係統的內力做功都為零
　　3.1.11(知識點： 功的概念)
　　一個人以恒定的速度在水平地麵上拉動一個箱子，如圖3.2所示。如果把地球和箱子看成一個係統，則作用在這個係統上的水平方嚮上閤力()。
　　圖3.2
　　A. 等於零，因為該係統是孤立的
　　B. 不等於零，因為該係統不是孤立的
　　C. 等於零，盡管該係統是不孤立的
　　D. 不等於零，因為該係統是孤立的
　　3.1.12(知識點： 功的概念)
　　一個人以恒定的速度在水平地麵上拉動一個箱子，如圖3.2所示。如果把地球和箱子看成一個係統，則人對這個係統做的功()。
　　A. 等於零B. 不等於零C. 信息不足，無法判斷
　　Step 3下麵的題目需要一些技巧和綜閤能力，希望讀者能堅持做完。
　　3.1.13(知識點： 功的概念)
　　圖3.3
　　如圖3.3所示，有一半徑為R的1/4凹圓柱麵的物體，其質量為M，放置在光滑水平麵上。當質量為m的滑塊從靜止開始從粗糙的凹圓柱麵頂端沿凹圓柱麵滑下過程中，以地麵為參考係，m為研究對象，M對m的支持力所做的功(填大於零、小於零或等於零)。
　　3.1.14(知識點： 一對力的功)
　　接上題，分彆以地麵和凹圓柱麵為參考係，M與m之間一對支持力(作用力與反作用力)所做的功之和分彆為，(填大於零、小於零或等於零)。
　　3.1.15(知識點： 一對力的功)
　　接上題，分彆以地麵和凹圓柱麵為參考係，M與m之間一對摩擦力(作用力與反作用力)所做的功之和分彆為，(填大於零、小於零或等於零)。
　　3.1.16(知識點： 一對力的功)
　　在質點係中，以下描述中哪些是正確的？()
　　A. 一對相互作用力的功之和與參考係無關B. 一對相互作用力的功之和不一定為零
　　C. 一對正壓力的功之和不一定為零D. 一對靜摩擦力的功之和不為零
　　E. 一對滑動摩擦力的功之和為負
　　3.1.17(知識點： 功的計算)
　　圖3.4
　　一質點在如圖3.4所示的坐標平麵內作圓周運動，有一力F=F0(xi+yj)作用在質點上。在該質點從坐標原點運動到(0，2R)位置過程中，力F對它所做的功為()。
　　A. F0R2B. 2F0R2
　　C. 3F0R2D. 4F0R2
　　3.1.18(知識點： 功的計算)
　　一質量m=100kg的物體從與地心的距離r1=6.37×106m處移動到無窮遠處的過程中，地球對物體的萬有引力做的功為()。(已知地球質量為M=5.98×1024kg，萬有引力常量G=6.67×10-11m3·kg-1·s-2)
　　A. 6.26×109JB. -6.26×109J
　　C. 5.8×107JD. -5.8×107J
　　3.1.19(知識點： 功的計算)
　　當彈簧振子振幅較大時，彈性迴復力隨彈簧形變的變化規律為f=-kx-ax3，則彈簧從形變量為x恢復到原長的過程中作用在質量為m的小滑塊的彈性力所做的功為()。
　　A. -kx2-ax4B. kx2+ax4
　　C. (1/2)kx2+(1/2)ax4D. (1/2)kx2+(1/4)ax4
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前言/序言

　　長期以來，北京交通大學工科物理教學團隊緻力於“大學物理”課程的改革，並取得瞭驕人的成績： 先後獲得國傢教學成果特等奬一項、國傢教學成果二等奬兩項。由蔡天芳老師主編的《進階式探究物理》一書，是上述教學成果的重要組成部分。
　　怎樣通過課程教學，不僅能使學生學到知識，而且能夠有效提高學生的科學思維能力和探究精神，一直是教師們探索和追求的目標。近些年來，隨著信息技術的發展，新的教學技術和手段不斷湧現，如： 幾年前的“clicker”，目前的“雨課堂”等，為實現在課堂上進行探究式交互教學，提供瞭有效的工具。然而，再先進的技術和手段也隻能是教學的輔助，而探究式交互課堂教學成功的關鍵，還是用全新的理念對教學內容本身進行研究與設計。
　　多年來，北京交通大學工科物理教學團隊開展探究式交互課堂教學，力圖準確把握學生可能産生的各種錯誤，再經過教師的精心設計、學生們的參與和反饋，積纍瞭大量的一手資料，並在教學實踐中不斷地豐富和完善，《進階式探究物理》一書，就是在此基礎上編寫的。
　　《進階式探究物理》一書匯集瞭精心編寫的1089道題，涵蓋大學物理課程的全部教學內容，該書的內容結構和主要特點歸納如下：
　　（1） 課前閱讀指南： 給學生一個簡單明瞭的閱讀指導，讓學生比較容易地切入本節教學內容；
　　（2） 課前閱讀題： 以選擇題為主，題目較為簡單，隻要學生閱讀瞭指定資料，就能答對，初步給學生一種成功的體驗，為引入課堂內容、對學生進行啓發式教學做準備。
　　（3） 課堂互動題： 該書提供瞭大量可供教師在課堂上選擇使用的互動題目。題目分為腳手架型和認知衝突型兩大類，給學生搭建一個學習的階梯，幫助學生“學會瞭、鞏固好、再深入”。
　　（4） 課後練習題： 這一部分題目主要針對課堂中的重點概念、易錯點、難點進一步思考、探索。題目仍然分為腳手架型和認知衝突型兩大類，以選擇題的形式為主，減少計算量，使同學能夠用最短的時間、最少的精力，完成對課堂知識的復習。
　　（5） 綜閤訓練題： 作為一個階段學習的總結復習，給學生搭建一個更有挑戰性的階梯，幫助學生對物理概念的融會貫通，並對這些概念能靈活應用。這部分題目有腳手架型、認知衝突型，也有填空題、計算題和開放性的討論題，兼顧對學生計算能力和綜閤運用能力的培養。
　　（6） 答案與難題簡答： 全書中的每個題目都有答案並經過教學試用，對較為睏難的題目都注上瞭簡答，方便教師和學生的使用。
　　本書題目的設計和選擇有以下三個特點：
　　（1） 主要由選擇題構成。
　　本書除瞭綜閤練習中有少量的填空題、計算題和開放性討論題外，全部采用瞭選擇題，包括單選題和多選題。這樣的課堂題目設計，可以最有效地實現課堂交互，便於與學生進行探討交流，以便有效地完成教學目標。這樣的題目設計也適閤課前快速預習和課後快速復習，避免陷入題海戰之中。
　　（2） 題目的構成序列化。
　　按照學生的認知規律，搭建由易到難、由單個知識點到多個知識點的腳手架式題目，使得學生逐次遞進地建立起對物理概念的理解，加深理解和瞭解相應的技術應用。學生有序地按照進階式的方式學習，降低瞭學習的難度，避免因“挫敗”而失去學習的興趣。
　　（3） 題目選擇難易均衡。
　　本書編寫之前，北京交通大學工科物理教學團隊曾作為課程講義經過多年的教學試用，根據學生課堂互動的數據、課後與學生麵談反饋情況、對易錯概念進行收集和分析，再精心設計易、中、難幾個層次的問題，給學生搭建一個可以攀登的階梯，最後做進一步篩選和調整題目，使之能夠涵蓋大學物理的教學知識點。
　　建議使用本書的教師，吸納北京交通大學的老師們多年的教學經驗，在開課之前與學生進行良好的溝通，並設立考核與激勵機製，例如，將學生課前預習問題的答對率、課堂上互動的參與度以及課後復習和綜閤練習的完成情況等，作為平時成績納入學生的期末考核當中，具體做法可參照編者的“如何使用本書”。
　　總之，這本書教學理念新、內容豐富、可操作性強，為大學物理課程全新模式的教學改革提供瞭一條切實可行的途徑，值得同行的教師們予以充分的關注。
　　國傢教學成果特等奬、國傢級教學名師奬獲得者
　　北京交通大學教授王玉鳳
　　2018年4月北京

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