大学物理（上册）（第三版）

前 言

参照教育部高等学校物理学与天文学教学指导委员会，及物理基础课程教学指导分委员会所编制的《理工科类大学物理课程教学基本要求》（2010年版），本教材涵盖基本要求的核心内容及部分扩展内容，并且尽量结合工程技术实例与日常生活事例，具有突出物理学应用、适度淡化理论推导等特点，以满足应用型高校和高等职业院校对大学物理课程的教学需求。

本教材继承国内经典物理教材的传统特色，思路清晰、表述精练。同时，在例题、习题编写设计方面，借鉴国外优秀物理教材的做法，强调理论与实际紧密结合，注重物理思想的表述和物理图像的描述，特别注意将例题、习题与工程技术及日常生活密切联系，尽可能减少“质点”“滑块”等生硬名词出现的频率，最大限度地体现应用型高校的特色。

教材分为上、下两册，共14章内容。上册为力学、电磁学，共8章内容，下册涵盖振动、波动、热学、光学、近代物理学，共6章内容。融学习指导、习题解析及教学指南于一体的教学辅导书《大学物理解析对策与讨论总结》已由中国水利水电出版社出版发行，可与本教材配套使用。

本教材为山东交通学院“物理公共基础课及物理专业理论课教学团队”二十余年，大学物理课程教学实践及教研成果的概括与总结。第三版工作由山东省教学名师梁志强教授主持，吴世亮副教授、尹妍妍副教授与刘进庆副教授、王立飞教授分工负责上、下册再版工作，并由王伟教授、李洪云教授、陈建中教授、王鹏飞副教授、赵娟副教授，以及王青、张路路、徐小燕、胡丽君等教学团队成员合作，共同完成教材内容的勘误、增设、完善等工作。首先，依据“全国科学技术名词审定委员会”主办的规范术语知识服务平台，规范了诸多术语的表述。其次，改写了每章的导语，使其更加充实，既高度概括每章内容，又具有警醒作用，督促大学生勤奋好学，读书万卷。同时又审查修改图名、调整个别章节结构，增设工程技术应用物理原理实例等内容，使得教材更具可读性，有益于高效阅读。另外，还拓展了例题的结构与功能，创意设计了“讨论”“问题”“总结”“拓展”等解题环节，期望示范、引导大学生深层次思考，训练逻辑思维、提高思辨能力。每章之后，附加课程思政及拓展阅读资源，助力大学生丰富知识、拓宽视野。优选教学团队指导大学生科技竞赛获奖项目及所发表论文，团队成员所研制仪器与所获得专利等信息充实为阅读资源，分别置于相关章节的尾部，期待启发、激励大学生，努力学习，不负韶华。

本次再版由梁志强、王伟完成第1～14章课程思政及拓展阅读资源的选编、非标准答案习题的增设，以及例题、习题的完善与更换。尹妍妍、于英霞完成物理数据附表、诺贝尔物理学奖获得者及其对科学技术贡献附表的编写。梁志强负责上、下册统稿，梁志强、王伟、吴世亮、王立飞、刘进庆、尹妍妍、于英霞完成书稿校对等工作。

感谢中国水利水电出版社为本教材出版付出的辛勤劳动。

本教材不当之处，欢迎使用者指正，以便再版时更正。

编 者

2022年11月于山东交通学院无影山校区

前言
基本物理常量表
物理量及其单位
希腊字母表
第1章 质点运动学 1
1.1 质点运动的描述 1
1.1.1 参考系和质点 1
1.1.2 位置矢量、运动方程和位移 2
1.1.3 速度和加速度 3
1.2 质点的曲线运动 7
1.2.1 抛体运动 7
1.2.2 圆周运动 9
1.3 相对运动 12
本章总结 13
习题1 14
课程思政及拓展阅读资源 18
第2章 牛顿运动定律 19
2.1 牛顿运动定律概述 19
2.1.1 牛顿第一定律 19
2.1.2 牛顿第二定律 21
2.1.3 牛顿第三定律 22
2.2 几种常见的力 23
2.2.1 万有引力 23
2.2.2 重力 24
2.2.3 弹性力 24
2.2.4 摩擦力 26
2.3 牛顿运动定律的应用 27
2.4 牛顿运动定律的应用范围 31
习题2 32
课程思政及拓展阅读资源 37
第3章 动力学基本定理与守恒定律 38
3.1 动量定理及动量守恒定律 38
3.1.1 冲量和质点的动量定理 38
3.1.2 质点系的动量定理和动量守恒定律 41
3.2 角动量定理及角动量守恒定律 45
3.2.1 质点的角动量定理 45
3.2.2 角动量守恒定律 47
3.3 动能定理及机械能守恒定律 49
3.3.1 功和功率 49
3.3.2 动能定理 51
3.3.3 保守力与势能 53
3.3.4 功能原理和机械能守恒定律 57
3.3.5 完全弹性碰撞与完全非弹性碰撞 59
3.3.6 能量守恒与转换定律 60
3.4 对称性与守恒性 61
3.5 质心运动定理 62
3.5.1 质心位置的确定 62
3.5.2 质心运动定理 63
习题3 64
课程思政及拓展阅读资源 69
第4章 刚体定轴转动 70
4.1 刚体定轴转动的角量描述 71
4.1.1 刚体定轴转动的角速度和角加速度 71
4.1.2 匀变速转动公式 72
4.1.3 角量与线量的关系 73
4.2 刚体定轴转动定律 74
4.2.1 刚体定轴转动定律概述 75
4.2.2 刚体的转动惯量 77
4.2.3 平行轴定理 78
4.3 刚体定轴转动的角动量守恒定律 81
4.3.1 刚体定轴转动的角动量定理 81
4.3.2 刚体定轴转动的角动量守恒定律概述 82
4.4 刚体绕定轴转动的动能定理 85
4.4.1 力矩的功 85
4.4.2 刚体绕定轴转动的动能定理概述 86
习题4 89
课程思政及拓展阅读资源 93
第5章 静电场 94
5.1 电荷与库仑定律 94
5.1.1 电荷的量子化 94
5.1.2 电荷守恒定律 95
5.1.3 库仑定律 95
5.2 电场强度 96
5.2.1 静电场 96
5.2.2 电场强度概述 96
5.2.3 点电荷和点电荷系的电场强度 97
5.3 静电场的高斯定理 103
5.3.1 电场线 103
5.3.2 电通量 104
5.3.3 静电场的高斯定理概述 106
5.3.4 高斯定理的应用 108
5.4 静电场的环路定理 112
5.4.1 静电力作功的特点 112
5.4.2 静电场的环路定理概述 113
5.5 电势 114
5.5.1 电势能 114
5.5.2 电势概述 115
5.5.3 点电荷和点电荷系的电势 115
5.6 电场强度与电势 119
5.6.1 等势面 119
5.6.2 电场强度与电势梯度概述 120
习题5 123
课程思政及拓展阅读资源 127
第6章 静电场中的导体与电介质 128
6.1 静电场中的导体 128
6.1.1 导体的静电平衡 128
6.1.2 导体静电平衡时电荷的分布 129
6.1.3 导体表面附近的场强 131
6.1.4 尖端放电 132
6.1.5 静电屏蔽 132
6.2 静电场中的电介质 133
6.2.1 电介质的极化 133
6.2.2 电极化强度 134
6.2.3 极化电荷与自由电荷的关系 135
6.3 电位移与电介质中的高斯定理 136
6.4 电容器及其电容 139
6.4.1 孤立导体的电容 139
6.4.2 电容器的电容 140
6.4.3 电容器的连接 143
6.5 静电场的能量与能量密度 145
习题6 145
课程思政及拓展阅读资源 149
第7章 恒定磁场 150
7.1 恒定电流 150
7.1.1 恒定电流与交流电 150
7.1.2 电流与电流密度矢量 151
7.1.3 电源与电动势 152
7.2 恒定磁场与磁感应强度 152
7.2.1 磁现象 152
7.2.2 磁感应强度 153
7.2.3 磁感应线 154
7.3 毕奥-萨伐尔定律及其应用 154
7.3.1 毕奥-萨伐尔定律 154
7.3.2 毕奥-萨伐尔定律的应用 155
7.3.3 平面载流线圈的磁矩 157
7.3.4 运动电荷的磁场 158
7.4 磁场的高斯定理 159
7.4.1 磁通量 159
7.4.2 磁场的高斯定理概述 159
7.5 安培环路定理及其应用 160
7.5.1 安培环路定理 160
7.5.2 安培环路定理的应用 161
7.6 安培定律 163
7.6.1 安培定律概述 163
7.6.2 磁场作用在载流线圈的磁力矩 164
7.7 磁场对运动电荷的作用 165
7.8 磁场中的磁介质 166
7.8.1 磁介质及磁化强度 166
7.8.2 磁介质中的安培环路定理和磁场强度 167
7.8.3 铁磁质 169
习题7 171
课程思政及拓展阅读资源 177
第8章 电磁感应与电磁场 178
8.1 电磁感应定律 178
8.1.1 电磁感应现象 178
8.1.2 法拉第电磁感应定律 179
8.1.3 楞次定律 181
8.2 动生电动势和感生电动势 181
8.2.1 动生电动势 182
8.2.2 感生电动势 184
8.3 自感和互感 185
8.3.1 自感和自感电动势 185
8.3.2 互感和互感电动势 187
8.4 磁场能量和磁场能量密度 191
8.5 麦克斯韦电磁场理论简介 193
8.5.1 位移电流 193
8.5.2 麦克斯韦方程组的积分形式 196
习题8 197
课程思政及拓展阅读资源 202
附录 203
参考文献 205

1. 输水管线工程风险管理 [张勇 党亥生 著]
2. 民用航空飞机标准线路施工 [主编　王志敏　陈明]
3. 不息的水脉—大运河讲谈录 [赵珩　著]
4. 实用运筹学 [主编　邢育红　于晋臣]
5. 三峡梯级电站水资源决策支持系统研究与开发 [姚华明 潘红忠 汤正]
6. 海南黎族民俗文化鉴赏 [庞国华　著]
7. 石墨烯在太赫兹及中红外频段电磁器件设计中的应用 [李艳秀 庄华伟 著]
8. 电子技术（第二版） [主编 覃爱娜 李飞]
9. 办公自动化高级应用 [陈萍 朱晓玉]
10. 信息处理技术员考试32小时通关 [薛大龙]
11. 电子产品设计案例教程（微课版）—基于嘉立创EDA（专业版） [王静 莫志宏 陈学昌 丁红]
12. C程序设计实践教程 [刘卫国]
13. C程序设计（慕课版） [刘卫国]
14. Web技术开发教程（基于.NET开源MVC框架） [王合闯 韩红玲 王青正 陈海蕊]
15. 商务英语翻译教程（笔译）（第四版） [主编 王军平]
16. 智慧零售技术与应用 [洪旭 著]
17. 建设工程法规实务 [主编 余滢]
18. 商务秘书理论与实务（第三版） [主编 张同钦]
19. 程序设计基础实践教程（C/C++语言版） [张桂芬 葛丽娜]
20. C++案例项目精讲 [主编 杨国兴]
21. 劳动争议处理实务 [主编 王秀卿 罗静]
22. 工程数学 [主编 郭立娟 王海]
23. 语音识别理论与实践 [主编　莫宏伟]
24. 信息系统项目管理师章节习题与考点特训（第二版） [主编 薛大龙]
25. 武术基础教程 [主编 李代勇 谢志民]
26. 计算机网络实训教程 [主编 张浩军 赵玉娟]
27. 画法几何与机械制图习题集（多学时） [主编 赵军]
28. HCIA-Datacom认证题库分类精讲 [主 编 韩立刚]
29. SwiftUI完全开发 [李智威 著]
30. 网络规划设计师备考一本通 [夏杰 编著]