本书是以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)的基本精神为依据而编写的,并将首届国家级教学名师、华中科技大学和中国石油大学(华东)特聘教授李元杰创立的中华数字化教学改革成果融入到教材中,解决了一些传统大学物理教材中没有解决的问题。本书改变了纯知识的传授,加强了物理模型的建立、物理思想和方法的培养,把传授思想、方法和知识放在同等重要的地位;将原来教材中面面俱到的教学内容变为问题引导式内容,突出对学生自主探究式学习能力和创新能力的培养。
大自然千姿百态,变化万千。老子说,三生万物。大自然的最高规律有三大类:决定论、随机论和混沌论。在人类探索自然奥秘的过程中形成的物理学是自然科学的基础,物理学不仅要充分体现大自然的最高规律,而且要改变人类理解大自然的思维方式,物理学为人类文明的发展提供了科学的世界观和方法论,是人类文明发展的基石。
20世纪科学技术给人类社会所带来的最大冲击,莫过于以现代计算机为基础发展起来的电子与网络信息技术,它标志着人类社会进入了“信息时代”。掌握使用现代信息技术的能力是当代高校对大学生能力的培养提出的三个指标之一。
2006年,首届国家级教学名师、华中科技大学和中国石油大学(华东)特聘教授李元杰将科学的思想文化与现代数字计算技术相结合,创立了“新技术一新理念一新模式”的中华数字化教学体系,并在多所重点大学精英班试用。在现代创新教育中实现了学而有思、思而有行、行能有果、果自生趣、趣必成才。
为了让更多的高等学校大学生受益于数字化教学改革的成果,中国石油大学(华东)大学物理教研组将数字化教学体系与现有大学物理教学体系有机结合,对传统的教材体系和内容进行了重新整合,编写了全新的数字化大学物理教材。新编的教材突出了以下几个特点:
1.注重物理思想和方法及多学科思维和文化的融合
将科学思想文化和分析、解决问题的方法从物理知识中提炼出来,与具体的实例相结合,提高教学内容的思想性。各章中增加对科学家研究方法和典型事迹的介绍,使整本教材在严谨的自然科学讨论中散发出浓浓的人文气息。
2.采用“镶嵌式”的方法,将数字化典型案例引入大学物理教学知识体系
将数字化教学改革成果融入教材中。选择有代表性的数字物理典型案例,采用“教师讲授去繁求简,学生实践依简入深”的指导思想,重在通过典型案例传授方法,启发创新思维。将抽象、复杂的物理问题转化为可视化的图像,使之既符合学生的实际情况,又能解决传统物理教学无法解决的实际问题。
3.增加问题引导式教学内容,启发学生积极思考
从面面俱到的传统教学内容中,提炼出学生根据基本知识可以自主探究而解决的问题,引导学生在学习过程中积极思考,培养学生的逻辑思维能力和解决实际问题的能力。具体做法是将大学物理的知识整合,针对学生能力可达的部分知识形成引导式问题,以引导式问题代替面面俱到的知识表述,引导学生以基本知识为思考依据,变被动接受为主动思考,从而建立属于自己的知识体系。
第一篇 力学
第一章 质点运动学
1.1 质点运动的矢量描述
1.2 相对运动
本章习题
第二章 质点(系)动力学
2.1 牛顿运动定律
2.2 非惯性系
2.3 冲量和动量
2.4 力矩和角动量
2.5 功和能
2.6 对称性与守恒定律
2.7 哈密顿动力学简介
本章习题
第三章 刚体力学基础
3.1 刚体运动学
3.2 刚体定轴转动的角动量定理
和角动量守恒定律
3.3 刚体定轴转动的功和能
3.4 进动与陀螺仪
本章习题
第四章 狭义相对论
4.1 狭义相对论的基本假设
4.2 洛伦兹变换狭义相对论的时空观
4.3 狭义相对论动力学
4.4 广义相对论
本章习题
第二篇 振动与波动
第五章 机械振动与机械波
5.1 简谐振动
5.2 阻尼振动受迫振动共振
5.3 简谐振动的合成
5.4 机械波的基本概念
5.5 平面简谐波
5.6 波的干涉
5.7 多普勒效应
5.8 冲击波
本章习题
第六章 波动光学
6.1 光波的物理图像
6.2 光波干涉的一般论述
6.3 杨氏双缝干涉
6.4 薄膜干涉
6.5 迈克耳孙干涉仪
6.6 光波衍射的一般论述
6.7 单缝夫琅禾费衍射
6.8 圆孔夫琅禾费衍射成像仪器
分辨本领
6.9 光栅衍射
6.10 x射线衍射
6.11 光的偏振
本章习题
第三篇 热学
第七章 气体动理论
7.1 气体的宏观描述
7.2 气体的微观图像
7.3 理想气体模型
7.4 热运动的统计规律
7.5 气体分子分布律
7.6 输运过程
本章习题
第八章 热力学
8.1 热力学第一定律
8.2 理想气体的等值过程与摩尔热容
8.3 绝热过程与多方过程
8.4 循环过程卡诺循环
8.5 热力学第二定律
8.6 熵增加原理
8.7 热力学第三定律
8.8 信息与信息熵
本章习题