大学物理精讲与典型难题详解（下 电磁学、光学与量子力学） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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李翠莲 编

图书标签:

• 大学物理
• 电磁学
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出版社： 上海交通大学出版社

ISBN：9787313172662

版次：1

商品编码：12179803

包装：平装

丛书名： “十二五”普通高等教育本科规划教材 ，

开本：16开

出版时间：2017-08-01

用纸：胶版纸

页数：267

字数：353000

正文语种：中文

内容简介

　　《大学物理精讲与典型难题详解》分上下两册，上册为力学与热学部分，下册为电磁学、光学和量子力学。每册包括32个知识点精讲和相应知识点课后习题中部分难题的详解。每个知识点从层层递进的若干问题出发揭示知识点的内涵和外延，并配设若干课后练习。
　　《大学物理精讲与典型难题详解（下）》可作为非物理类大学本科生的物理教材，也可作为期末、考研复习时强化物理知识点和熟悉大学物理解题方法的参考书。

内页插图

目录

第一讲 电荷、库仑定律及电场
第二讲 电场线、电通量与高斯定理
第三讲 静电场的安培环路定理与电势
第四讲 静电场与导体的相互作用
第五讲 电介质与外加静电场的相互作用
第六讲 电容器与静电场能
第七讲 电源、稳恒电流
第八讲 磁感应强度与电流的磁效应
第九讲 磁场的高斯定理和安培环路定理
第十讲 磁场对载流导线的作用
第十一讲 霍尔效应
第十二讲 磁介质及其与磁场的相互作用
第十三讲 铁磁质
第十四讲 电磁感应现象及电磁感应定律
第十五讲 自感、互感以及磁场的能量
第十六讲 麦克斯韦方程组及电磁波
第十七讲 光的直线传播、光的反射及折射
第十八讲 光的偏振
第十九讲 光的干涉
第二十讲 薄膜干涉
第二十一讲 光的衍射
第二十二讲 光栅衍射
第二十三讲 黑体辐射规律及普朗克能量量子假说
第二十四讲 光电效应
第二十五讲 原子结构、氢原子光谱、玻尔理论
第二十六讲 德布罗意波
第二十七讲 不确定关系
第二十八讲 波函数统计诠释及态叠加原理
第二十九讲 薛定谔方程及其应用
第三十讲 一维散射问题
第三十一讲 氢原子的量子理论
第三十二讲 电子自旋和泡利不相容原理
附录 典型难题详解

前言/序言

　　目前中国国内使用的大学物理教材版本众多：有上海交通大学基础物理教研室编的《大学物理教程》、清华大学出版社出版的《大学物理》（朱峰主编）、北京大学出版社出版的《简明大学物理》等。关于大学物理的习题集就更多了，这里不一一举例。这些教材为物理理论在工科学生中的普及和推广起到了重要的作用。然而，由于这些教材大都在“取其精华、去其糟粕，中学为体、洋为中用”的指导原则下完成，显示出物理学精干的一面，强调物理公式的应用，物理学的“血肉”却被削弱了。这直接导致大多数同学尤其是女同学觉得物理难学，也渐渐对物理失去了兴趣。如我的学生段嘉同学在她的读书报告中写道：“一直以来，我的物理学习都不是我的优势，因此有时会越学越没有耐心。经过这次读书报告，我有机会能够以深入了解为目的去研读课本以及论文资料，使我对麦克斯韦速度分布律有了更加深入详细的了解，而不是仅限于做题，它使我有机会感知每一个公式的详细来源和公式背后的努力与故事。”当然也有一些同学物理学得不错，那也是就考分而言的，欣赏物理的能力、用物理科学方法思考问题的能力还十分欠缺。如我的学生王裕杰同学在完成了仔细研读“多普勒效应”后写道：“第一次接触到这个知识是在高中的物理课本上，当时老师仅仅是一笔带过了，自己也没有多大的印象，觉得只需要记住一个公式就行了。然而在我为写这篇读书报告查找了许多资料之后，才发现多普勒效应的应用竟然如此广泛，作用如此之大，它在我们的生活中几乎无处不在。我深深感受到了多普勒效应的魅力所在，同时也认识到没有哪个物理知识是没有用的，一个物理知识的实现与应用只是时间问题。”所以，我写这本教材的第一个目的就是解开物理学神秘的面纱，让学习者明白物理是有故事的，是有趣的，是可以在等车、排队的间隙阅读的。
　　物理学不仅仅是“学霸”们的“游戏”，它更是关于自然运动的法则。学习它就像学习交通规则一样，只要是一个具有正常思维逻辑的人都可以去理解它，并且自觉遵守这些自然法则。反之，违反自然法则虽不像违反交通法则一样立即受到惩罚，但这种惩罚只可能迟到而不会缺席，而且其惩罚的程度远远大于违反交通法则。例如，明显违反自然法则的亩产“万斤”论造成的惩罚性后果让经历过这场灾难的中国人至今还铭心刻骨地痛。所以，编写一本理工科甚至文科学生都能读懂的且有兴趣读下去的物理学教材是物理教育工作者的责任。另外，本书对每一个知识点的相关方程都进行了较为详尽的数学推理，并且列举了一些该知识点在工业、医学中的应用例子，所以本书完全可以满足理工科学生学习的需要。
　　由于当代学生生活在知识爆炸、信息畅通的时代，纯粹的知识灌输远远不能满足学生的需要，培养学生的学习能力、创新能力比任何时代都更加迫切。正如爱因斯坦指出的“发展独立思考和独立创新的一般能力，应当始终放在首位，而不应当把知识学习放在首位”。这是我写这本教材的第二个目的。
　　那么怎样才能提高学生的欣赏能力、学习能力和创新能力呢？我们知道爱因斯坦在他26岁时就完成论文《论动体的电动力学》，独立而完整地提出狭义相对论，开创了物理学的新纪元，他的创新能力是毋庸置疑的。那么，他的创新能力从哪里来呢？读过爱因斯坦传记的读者都知道，早在中学时代，他就从伯恩斯坦所著的多卷本《自然科学通俗读本》中了解了整个自然科学领域里主要的成果和方法。这套书第一卷的开始部分就论述了有关光速以及光和距离的内容，以至于当时16岁的爱因斯坦在无意中想到了一个奇特的“追光悖论”。从此，他开始了长达10年之久的关于光速相对性以及关于光的传播介质“以太”存在问题的探索。这样，在他26岁那年发表了《论动体的电动力学》，成功地解释了他的“追光悖论”，创立狭义相对论也就是水到渠成的事了。从这个事例中，我们明白了创新是需要源头、需要传承、需要视野的。再举一个例子：两只狼来到草原，其中一只狼很失落，因为它看不见肉，这是视力；另一只狼很兴奋，因为它知道有草就有羊，这是视野。在不创新就要落后的现代社会，物理学教学的目的不仅要培养学生的“视力”——观察、分析能力，更要培养学生的“视野”——推理、预测能力。笔者基于多年教学中遇到的这种困惑以及大量阅读国外教材的一些感悟，为了提高学生科学欣赏能力、科学思维和创新能力，在最近五年教学过程中逐渐引导学生在阅读物理教材和课外学术资料时重点关注物理学知识点的来源、现在发展到什么程度以及今后可能往哪里去等问题，追踪以前的物理学家遇到问题时思考解决问题的方法与解决问题的过程，让学生从六个方面去学习物理的每一个知识点，这六个方面分别为：①当时遇到了怎样的难题需要建立该新知识点？②建立该知识点过程中经历了哪些困难、歧途？最后怎样统一到目前这个认识的？③目前物理界对该知识点的解析有哪些？④该知识点有没有相似的其他描述？如果有，各有什么优缺点？⑤该知识点美在哪里？对自然科学的发展起了怎样的作用？对人类生活有哪些影响？举一例说明之。⑥该知识点建立后有怎样的发展？你对该知识点的发展有什么看法、建议？此外，要求每一个同学提交一份关于某个知识点的阅读报告。通过5年的实践，学生们收获很大。如杨若虚同学在他的读书报告里的个人感悟中写道：“最开始的时候对于热力学第二定律真的是一无所知，不过查了一下就被吓倒了，因为它引出了一个超级‘牛’的概念：熵。虽然我也不知道熵到底有多牛，不过但凡看过《生活大爆炸》的人或多或少都有点概念吧。不过从最开始来讲，热力学第二定律单单是指热量从高温物体向低温物体传导，到后来开始讨论宇宙的无序与黑洞，让我不得不佩服物理学家的巨大‘脑洞’（此处为褒义）。

好的，这是一本关于大学物理的精讲与典型难题详解的图书简介，涵盖了力学、热学、电磁学、光学和近代物理学（量子力学基础），旨在为学习者提供深入理解和解题能力的全面指导。 --- 图书名称：大学物理精讲与典型难题详解（全册） 面向读者： 普通高等院校理工科专业本科生、自学者、考研备考者。 图书定位： 本书旨在成为学习大学物理课程的得力助手，不仅提供扎实的理论精讲，更侧重于如何应用这些理论解决实际问题。全书内容全面，体系严谨，逻辑清晰，力求帮助读者实现从“学会”到“会用”的跨越。 第一部分：力学基础与热学精要 第一章 运动学基础 本章系统梳理了质点和刚体的运动描述方法。从一维、二维和三维空间中的直线运动、曲线运动入手，引入了描述运动状态的关键物理量：位移、速度和加速度。重点讲解了矢量在运动学分析中的应用，特别是正交分解法和自然坐标系下的加速度分析。对于刚体的转动运动，则详细阐述了角位移、角速度、角加速度的概念，以及线速度与角速度之间的关系，为后续的动力学分析奠定基础。 第二章 牛顿运动定律 牛顿定律是经典力学的核心。本章首先清晰阐述了三大定律的物理含义和适用范围。通过大量的实例分析，如绳子上的受力分析、传送带上的摩擦力问题、碰撞问题等，深入剖析了动量定理、冲量以及动量守恒定律的应用场景。重点对非惯性系中的运动进行了探讨，引入了惯性力（如离心力和科里奥利力）的概念，并讲解了它们在复杂运动系统中的作用。 第三章 功、动能与机械能守恒 本章聚焦于能量的概念及其守恒规律。详细讲解了力、功、功率的定义及其计算方法，特别是变力做功的积分计算。动能定理的推导和应用是本章的重点，它将力与运动的变化联系起来。能量守恒定律的引入，极大地简化了复杂系统的分析。本章通过分析弹簧系统、变力场中的运动以及保守力做功的特性，使读者深刻理解机械能守恒的物理意义和限制条件。 第四章 动量守恒与刚体转动 本章深入研究了系统整体的运动规律。系统动量和质心概念的引入，使得处理多体问题和复杂碰撞问题变得直观。动量守恒定律在爆炸、火箭推进等问题中的应用被详尽解析。刚体转动动力学是本章的难点，系统介绍了转动惯量、力矩的概念，详细推导并应用了转动定律。对转动动能、角动量及其守恒定律的讲解，为理解陀螺运动等现象提供了理论工具。 第五章 万有引力与振动 本章从牛顿的万有引力定律出发，探讨了引力场、引力势能的概念。重点分析了天体运动问题，如轨道速度、周期公式以及能量分析。随后，转向宏观世界的振动现象，详细讲解了简谐振动的特征方程、相位、周期和频率。对受迫振动和共振现象的分析，揭示了自然界中普遍存在的周期性运动规律。 第六章 热力学与统计物理基础 本章系统介绍了热力学的基础概念，包括宏观状态量（温度、压强、体积）、内能、热量和功。热力学第一定律的推导和应用是本章的核心，涵盖了理想气体的状态方程、等温、等压、等容、绝热过程的分析。热力学第二定律的引入，解释了自然过程的方向性，包括卡诺循环和热力学效率的计算。统计物理部分则初步探讨了气体分子动理论，推导出气体压强和方均根速率的公式，将微观运动与宏观性质联系起来。 --- 第二部分：电磁学与光学 第七章 静电场 本章作为电磁学的开端，严格定义了电荷和电场。库仑定律和叠加原理是基础。场强概念的引入，使得电场分析更加系统化。本章重点阐述了电场中的等势面概念，并详细推导了电势与场强的关系。高斯定理作为电场分析的强大工具，在计算具有对称性的电场分布（如无限长均匀带电线、均匀带电球壳）时展现出巨大优势。 第八章 静电场的能量与电介质 本章深入探讨了静电场的能量存储特性，以及电介质在电场中的响应。系统讲解了静电场的能量密度和总能量的计算方法。电介质的极化现象是理解电容器工作原理的关键，本章详细分析了电介质对电场强度的影响，引入了电位移矢量 $D$ 的概念，并利用高斯定理的推广形式解决了电介质中场强的计算问题。 第九章 稳恒电流与磁场 本章从电流的概念出发，引入了电流密度和欧姆定律。随后，进入磁场的讨论，重点阐述了毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律，这是计算稳恒电流产生的磁场的基础。通过安培定律，分析了直线电流、螺线管等典型载流导线周围的磁场分布。洛伦兹力是磁场对运动电荷作用力的体现，其在带电粒子在磁场中运动（如回旋加速器）中的应用是本章的亮点。 第十章 电磁感应与交流电 法拉第电磁感应定律是本章的核心，系统阐述了磁通量的变化如何产生感应电动势。楞次定律为感应电流的方向提供了判断依据。麦克斯韦引入的位移电流概念，修正了安培环路定律，是麦克斯韦方程组的统一关键。本章还涉及电感、自感和互感等概念，并对RLC电路在交流电下的响应（瞬态和稳态）进行了详细分析。 第十一章 麦克斯韦方程组与电磁波 本章是对整个电磁学部分的升华。系统回顾并完整阐述了麦克斯韦方程组（积分形式和微分形式），展示了电、磁场之间的内在联系。以麦克斯韦方程组为基础，本章推导了电磁波的产生和传播条件，阐明了电磁波是能量以波的形式传播的载体。波的性质、能流密度（坡印廷矢量）以及电磁波的谱，为后续光学内容的学习做好了理论铺垫。 第十二章 几何光学与波动光学 光学部分分为几何光学和波动光学两大部分。几何光学部分基于光的直线传播、反射和折射定律，详细分析了平面镜、球面镜和透镜成像问题。本章对成像系统进行了高斯公式和放大率的推导，并讨论了像差的产生。波动光学部分则转向光的波动性，重点阐述了光的干涉（双缝干涉、薄膜干涉）和衍射（单缝衍射、光栅衍射）现象，并对光的偏振态进行了介绍，使读者对光的本质有了更深刻的理解。 --- 第三部分：量子力学基础与近代物理 第十三章 普朗克辐射定律与光电效应 本章作为近代物理学的开端，旨在突破经典物理学的局限。首先，讲解了黑体辐射问题，通过普朗克假设（能量量子化），导出了普朗克辐射定律，标志着量子化的开端。随后，详细分析了光电效应，利用爱因斯坦的光子理论成功解释了其实验规律，确立了光的粒子性。对康普顿散射的分析，进一步巩固了光子的概念。 第十四章 原子结构与波粒二象性 本章探讨了原子内部结构。从卢瑟福的原子模型到玻尔的原子理论，系统阐述了氢原子能级、光谱的规律。玻尔模型的成功与局限性分析，自然引出了德布罗意提出的物质波概念，确立了波粒二象性。本章还讲解了电子衍射实验，证实了物质波的存在，为量子力学的建立提供了实验基础。 第十五章 量子力学的基本概念 本章进入量子力学的主体内容。首先介绍了波函数 $Psi$ 的物理意义，以及它必须满足的归一化和定态条件。海森堡不确定性原理是量子力学核心概念之一，本章详细解释了其数学表达和物理内涵。对粒子在一维无限深势阱、阶梯势阱等简单势场中的薛定谔方程求解，使读者直观感受量子化能级的产生。 第十六章 角动量与氢原子 本章将量子力学应用于更复杂的系统——氢原子。通过求解三维薛定谔方程，系统阐述了量子数（主量子数 $n$、轨道量子数 $l$、磁量子数 $m_l$）的物理意义及其取值规则。电子的自旋量子数的引入，使得电子的四个量子数得以确定。本章还涉及氢原子能级的精细结构，为理解元素周期律和化学键提供了根本的物理图像。 --- 典型难题详解与学习方法 本书的特色在于每一章后都附有“典型例题详解”部分。这部分内容精选了历年来高校期末考试和各类竞赛中出现的具有代表性和综合性的难题。解题过程不仅给出最终答案，更注重解题思路的剖析、模型选择的依据以及物理过程的完整阐述。例如，在力学部分，复杂碰撞问题通常会结合动量守恒和能量守恒进行联合分析；在电磁学部分，电磁波的传播往往需要结合场论和边界条件进行严格推导。对于量子力学难题，则侧重于薛定谔方程的建立和解的物理意义的解读。 学习建议： 本书建议学习者在学完对应章节的理论知识后，立即对照例题进行分析。不要满足于套用公式，而要深入理解公式背后的物理情景和限制条件，这是掌握大学物理精髓的关键。

评分☆☆☆☆☆

这本书确实是一本非常扎实的理论基础读物，尤其是在现代物理的引入部分。作者在阐述量子力学的基本概念时，并没有止步于薛定谔方程的推导，而是深入浅出地剖析了波粒二象性、不确定性原理以及量子态的叠加与坍缩等核心思想。通过生动的类比和对早期实验（如双缝干涉实验）的细致解读，即便是我这种初次接触量子世界的读者，也能逐渐建立起对其奇异性的初步认识。书中对海森堡不确定性原理的讨论尤为精彩，它不仅给出了数学公式，更重要的是解释了其物理意义，强调了观测行为本身对微观粒子状态的不可避免的干扰。这一点对于理解量子力学的非经典性质至关重要。此外，书中还对氢原子光谱等早期量子理论的成功之处进行了回顾，为理解量子力学的发展脉络提供了清晰的线索。虽然尚未接触到更深入的应用，但就基础概念的讲解而言，这本书已经为我打下了坚实的地基，让我对后续的学习充满信心。

评分☆☆☆☆☆

在电磁学部分，这本书的深度和广度都给我留下了深刻的印象。从静电场、静磁场的基本定律出发，逐步过渡到电磁感应、麦克斯韦方程组的推导，再到电磁波的产生与传播，整个逻辑链条清晰而严谨。作者对于各个定律的物理图像的描绘非常到位，例如在讲解高斯定律时，详细解释了电场通量的概念如何与电荷分布的对称性联系起来，使得抽象的数学公式有了直观的理解依据。书中对洛伦兹力、安培力等力的解释也十分细致，结合了具体的运动场景，让我能够更好地理解导线中电流的受力情况。而当书中谈及麦克斯韦方程组时，那种将电场、磁场、电位移和磁场强度等变量融为一体的宏大叙事，确实令人震撼。它不仅统一了已有的电磁定律，更预言了电磁波的存在，这是物理学史上的一个伟大飞跃，书中对这一点的阐述充满了敬意。虽然在某些复杂的计算题型上我还在摸索，但就概念的梳理和理论的构建而言，这本书无疑是提供了一个非常扎实的框架。

评分☆☆☆☆☆

光学章节的处理让我惊喜。它并没有局限于几何光学和惠更斯原理，而是将波动光学和现代光学的一些基础内容也纳入其中。对于干涉和衍射的讲解，书中提供了多种情况下的分析，包括单缝衍射、双缝干涉以及更为复杂的夫琅禾费衍射。作者通过对光程差的详细计算，清晰地展示了相干光波叠加时明暗条纹的形成机理，并给出了相应的公式和应用实例，例如在测量小尺寸物体时衍射的应用。更令我印象深刻的是，书中在介绍偏振时，不仅仅停留在马吕斯定律，还简要触及了布儒斯特角以及圆偏振、椭圆偏振的概念，这为我打开了理解光的多样性的大门。虽然书中对激光等现代光学技术的具体应用和原理的深入讨论还未展开，但就光的基本性质以及其衍射、干涉等经典现象的透彻剖析而言，这本书已经提供了非常丰富的知识和深刻的理解。

评分☆☆☆☆☆

量子力学部分的介绍，可以说是整本书中最具挑战性但也最引人入胜的部分。作者在开篇就点明了宏观经典物理与微观量子物理的巨大差异，并以光电效应、康普顿散射等实验现象为切入点，引出了能量量子化的概念。对玻尔模型和能级跃迁的解释，虽然是早期量子理论的产物，但为理解原子光谱提供了直观的图像。而真正进入量子力学核心时，作者对波函数的引入，以及它所代表的概率幅的意义，是理解整个理论的关键。书中对求解一维势阱中粒子的薛定谔方程的详细过程，以及所得出的离散能级，让我切实感受到了量子世界的“不连续性”。虽然书中对泡利不相容原理、自旋等更复杂的量子现象的提及还比较初步，但就对量子力学基本框架和核心概念的铺垫而言，这本书已经足够让我对这个奇妙的世界产生浓厚的兴趣和初步的认识，也为我后续深入学习打下了基础。

评分☆☆☆☆☆

本书在物理学的“下册”内容上，对经典电磁理论的阐述可以说是一气呵成，将从初中到高中乃至大学一年级所接触到的零散知识点串联成了一个完整而强大的理论体系。作者在讲解库仑定律、高斯定律、安培定律、法拉第电磁感应定律等基本定律时，都配有详实的历史背景和实验依据，这使得读者不仅能掌握公式，更能理解这些定律是如何被发现和验证的。尤其是在讲到位移电流和麦克斯韦方程组的时候，那种将静电、静磁、电磁感应统一起来的“划时代”意义被强调得淋漓尽致。我特别喜欢书中对电磁场能量密度和动量密度的讨论，这让我意识到电磁场不仅仅是一种作用媒介，它本身也具有能量和动量，可以独立传播。虽然一些更深入的讨论，如相对论性电动力学的部分，可能需要更强的数学基础，但就对经典电磁学核心概念的构建和联系而言，这本书已经给了我一个非常完整的图景。