物理學(第四版)（簡體書）

本書根據 “高職高專教育物理課程教學基本要求”編寫。全書主要內容有：質點的運動、剛體定軸轉動、流體運動和熱力學；靜電場、磁場和電磁感應；機械振動與機械波、光的產生及應用。在內容選取上體現以素質教育為宗旨，以培養高等技術應用型人才為目標，以必需、夠用為原則，著重講解物理學基本規律；注重物理概念、結論及其意義的闡述，淡化數學推導和論證；注重物理原理在工程技術中的應用，淡化技術細節；注意與中學物理知識的銜接，避免不必要的重復；注意與現代高新技術的結合，適當滲透近代物理思想。本書配有電子課件、習題解答、仿真軟件，可從化學工業出版社教學資源網下載。本書可以作為高職高專工科類各專業的物理教材，也可作為職大、電大專科層次工科類各專業物理課教學用書。

前言

本教材版出版以來，經過兩輪修訂，內容已日趨成熟，2017年本書第三版出版，得到了更多高職院校教師的廣泛好評，他們普遍反映本書好教、易學、實用，非常符合職業院校學生的特點。2020年,本書被 評為“十三五”職業教育國家規劃教材。

近幾年來，國家越來越重視高校人才培養中貫徹落實“立德樹人”的指導思想，對教材建設也提出了新時代的要求。2018年，本教材副主編黃斌受 委托，主持了全國中等職業學校物理課程標準研制工作，主編徐建中應聘參加了該課程標準的審定。在這期間，教材編寫團隊成員更加深刻認識到高職院校物理學課程對提高學生科學素質、培養學生的愛國情懷、拓展學生科技視野具有獨特作用。近幾年來,我國在一系列高科技領域取得飛速發展,因此有必要及時將物理學相關前沿領域新知識、新技術反映到教材中來；與此同時,近年來國際高科技領域競爭加劇，美國在一些關鍵技術上對我國進行技術封鎖，阻礙我國高科技領域的發展。面對這種嚴峻的挑戰,加強對學生的愛國主義教育,提升民族自信心,在提高學生科學素養的同時提高他們的思想政治素質,成為當代職業教育教學的當務之急。基於以上因素,我們決定對第三版進行修訂，推出第四版。主要修訂內容如下：

(1)優化了教材正文部分細節內容,使語言表述更規範，文字更簡練，表達更準確。另第三章第四節標題改為“牛頓黏滯定律和泊肅葉公式”，內容中增加“泊肅葉公式”。

(2)重點加強了課程思政內容的建設,閱讀材料中新增“科技中國”欄目，結合各章節物理學知識，介紹中華民族的智能，特別是在現代高科技領域取得的突破，內容包括：中國的“北斗”，上九天攬月，都江堰水利工程，清潔能源，我國科學家首次測定並驗證了人體靜電電位的值，全超導托卡馬克核聚變裝置，領先世界的中國5G通信技術，“墨子號”量子科學實驗衛星等。同時根據涉及的具體內容，將原閱讀材料分別相應調整為“知識拓展”欄目和“物理與技術”欄目；“知識拓展”欄目中增加了“狹義相對論簡介”和“量子史話”，“物理與技術”欄目增加了“聲吶”。

(3)增加了十八個CDF可計算文檔製作的教學動畫（電子版），基本上涵蓋了教材全部重點和難點知識,以逼真的仿真交互方式驗證物理規律。

(4)為方便教師檢查教學效果，本版每章提供了一套測試題（電子版），並附答案，供教師選用。

(5)本次修訂在版式上進行了優化，留出必要的空白，以方便學生隨時做課堂筆記和學習筆記。

本次修訂工作遵照江蘇省重點教材建設要求，編寫團隊克服新冠疫情帶來的不便，采取在線線下方式，廣泛聽取使用者意見，群策群力，制定了修訂方案。各部分由原執筆者完成。在此對本次修訂工作中給予幫助的所有人員一並表示感謝！

本書可作為高職院校工科各專業物理課程的教材,也可供自學使用。

鑒於編者學識水平所限,有不妥之處,敬請同行和讀者批評指正。



編者

2021.9









版前言

近幾年來，中國高等教育的發展取得了長足的進步，改革取得了令人矚目的成績，初步形成了適應經濟建設和社會發展需要的多層次、多形式的社會主義高等教育體系。高等職業教育作為高等教育的重要組成部分，近年來也得到了迅速發展，呈現良好態勢。高等職業技術院校為培養生產、建設、管理和服務一線的高級技術應用型人才進行了不懈探索，同樣，作為物理教學工作者都在思索著，如何改革物理教學，為培養適應新世紀需要的高素質勞動者和專門人才服務。高等教育大眾化條件下的高職高專教育培養目標與原有的高等專科學校教育培養目標相比，已發生了相當大變化，原高等工程專科學校開設的“普通物理”課已不適用於高職高專教學需要。國家 1994年組織修訂的《高等學校工程專科物理課程教學基本要求》也已不適應當前大眾化條件下的高職教育實際。一個不容忽略的現實是實行3 X高考模式後，許多高中生因高考未選物理科目而實際未完成高中階段物理課程的學習。鑒於上述原因，組織編寫一本符合高職培養目標和適應當前高職生源的教材尤為重要。本教材在內容選取上，體現以素質教育為宗旨，以培養技術應用型人才為目標，以必須夠用為原則。注重物理學概念的理解和突出物理規律的描述；注意物理基本原理的闡述和突出其在工程技術中的應用。注意與中學物理的銜接和與高新技術的結合；注重介紹物理思維方法和滲透近代物理思想。淡化數學推導與論證，突出物理思想與物理圖像。全書按運動形式組織經典物理學知識，以運動的描述、基本規律、主要應用來呈現各章內容，並提供了參考實驗目錄和習題參考答案。為了體現雙語教學思想，在主要物理學名詞首次出現時加注了英文。

本教材由徐建中擬定編寫提綱。範鳳萍編寫、二、三、四章，黃斌編寫五、六、七章，徐建中編寫第八、九章、緒論和附錄，並負責全書的統稿。東南大學馬文蔚教授任主審，南京工程學院王鐵平副教授、南京信息職業技術學院趙志芳副教授參加了審定，對教材提出了許多寶貴的建議。本教材在編寫中參考了許多已出版的教材和資料，在此一並致謝。

本書可作為高職工科類各專業的物理教材，也可供職業大學、電視大學專科層次工科類專業物理課參考。

鑒於編者學識水平所限，有不妥和錯誤之處，敬請同行和讀者批評、指正。



編者









第二版前言本

教材自2004年出版發行以來，得到物理學同行的關注與關心，經連續多屆學生使用，普遍反映良好，認為教材較好地體現了編寫的指導思想，即“以素質教育為宗旨，以培養技術應用型人才為目標，以必須夠用為原則”。教材注重了物理學基本規律的描述和基本原理的闡述，在講清物理學概念的基礎上突出其在工程技術中的應用；教材注重介紹物理思維方法，突出物理思想與物理模型，淡化了數學推導與論證；教材注意了與中學物理的銜接、與高新技術的結合、與近代物理思想的融合。本教材2007年被江蘇省教育廳評為精品教材，並被列入“十一五”規劃教材建設目錄。

本次修訂繼續保留了“全書按運動形式組織經典物理學知識，以運動的描述、基本規律、主要應用來呈現各章內容”的結構和框架，繼續保持文字簡練的風格。修訂工作主要依據高職物理課程教改的理念以及教材使用中提出的意見和建議，吸取國內外同類教材的優點，結合教師的教學經驗進行。教材修訂進一步體現高等教育大眾化條件下高中後三年制高職物理課程的特點，更好地為專業教學服務，更好地為培養高級技術應用型人才服務，更好地發揮物理教學在培養人的科學素養方面的獨特作用。

本次修訂刪除了理論性較強、難度較大的習題，新增了部分結合工程和技術應用的習題，突出職業教育的實踐性和應用性；調整了部分章節內容的編排次序，使知識結構更加科學合理；改寫了部分內容，使重點更加突出，方便教學。根據部分專業需要及學生的物理基礎，第四章增加了“熱能的有效利用”；第九章增加了光產生的理論模型、光譜、光譜分析和光電效應等內容。新增混沌簡介、波粒二象性兩個閱讀材料，使內容更加豐富和新穎；重新繪製了部分插圖，提高了插圖質量；更正了印刷錯誤。

與本教材中列出的“大學物理實驗目錄”配套的由葛宇宏主編、徐建中主審的《物理學實驗》已正式出版發行，本次修訂是在廣泛聽取意見的基礎上由主編提出修訂意見，範鳳萍負責、二、三、四章的修訂；黃斌負責第五、六、七章的修訂；徐建中負責第八、九章，緒論及附錄的修訂。葛宇宏、毛全寧、鄭其明、魏櫻、郝杰等老師為教材修訂提出了許多寶貴意見，並為習題的遴選和新增內容的編寫做了大量基礎工作，還有許多讀者提出了本教材建設的新理念、新思路，在此一並表示衷心感謝。願第二版教材能較好地反映出大家的良好願望，也願高職戰在線的物理學同仁們繼續關心這本教材的建設。



編者

2009.8











第三版前言

隨著“互聯網 ”時代的到來，信息技術得到越來越廣泛的應用，人們獲取知識變得越來越便捷，甚至有專家預言這將終改變學校教學模式，教材的形態也將隨之變化。現在許多新版教材都在進行信息化建設方面的積極探索。

本教材第二版於2009年與讀者見面，為了適應當前教學改革與發展的需要，決定進行第二次修訂，本次修訂的主要方向是建設立體化教材，圍繞“教師教學”和“學生學習”兩個中心，在廣泛聽取意見的基礎上，將我們參編團隊成員長期從事教學所積累的寶貴資料整合進入教材。這些資料有自己開發研制的，也有收集後精細加工的，與紙質主教材配套提供給師生選用。本次修訂的主要內容包括：

1.製作了與教材配套的全部PPT課件（電子版），由南京科技職業學院葛宇宏教授執筆。

2.選擇部分重點內容，采取出景或錄屏方式製作了11個微課可掃描二維碼鏈接，分別由南京科技職業學院魏櫻老師、鄭其明副教授、郝杰老師，常州工程職業技術學院範鳳萍副教授等主講。

3.編寫了教材全部練習題的題解（電子版），由四川化工職業技術學院曾安平副教授執筆。

4.針對教材的重點、難點知識，選擇部分適合教學互動內容編寫了CDF軟件程序，以可計算文檔格式製作教學動畫14個（電子版），由四川化工職業技術學院曾安平副教授執筆。

5.在保留原教材每章的“本章小結”基礎上，增加了每章“知識結構圖”（電子版），由四川化工職業技術學院曾安平副教授執筆。

除增加上述電子版內容外，紙質主教材中，修訂內容主要包括以下部分。

1.每章開篇增加了本章學習所需預備知識。以人教版《普通高中物理》為藍本，編寫了“知識銜接”，為未完成高中物理全部內容學習的學生提供預習要點和參考。

2.改寫了每章章首導入語，力圖更加引人入勝，激發學生的學習興趣。

3.調整了“第二章 剛體定軸轉動”中“第二節 剛體轉動定律”和“第三節 剛體轉動動能定理”先後編排次序，便於學生更好地理解剛體轉動慣量的概念。在“第八章 第三節 平面簡諧波的描述”中增加了“波的疊加”，標題改為“平面簡諧波”。

4.改寫或替換了部分閱讀材料，將物理原理在工程技術中的應用成果及時反映到教材中，使內容更新穎。

5.按照誤差理論和科學計數法，在“附錄C練習題答案”中更正了部分錯誤，更改了部分與科學計數法明顯不符的習題答案。

本教材章至第四章由範鳳萍副教授負責編寫，第五章至第七章由黃斌教授、鄭其明副教授負責編寫，第八章、第九章由徐建中教授負責編寫。全部修訂內容由徐建中負責統稿。

本次教材修訂得到化學工業出版社的教材發展基金支持，得到使用該教材老師們的鼎力相助，得到關注本教材建設的同行專家們的真誠指導和幫助，在此一並表示由衷的感謝。

鑒於筆者學識水平所限，如有不妥之處，敬請同行和讀者批評指正。



編者

2017.4

緒論001



章質點的運動005

節質點模型009

第二節質點運動的矢量描述010

第三節牛頓第二定律014

第四節變力的功彈性勢能016

第五節功能原理機械能守恒定律019

第六節動量定理動量守恒定律021

【知識拓展】狹義相對論簡介024

【物理與技術】混沌簡介028

【科技中國】中國的“北斗”031

本章小結033

練習題034



第二章剛體定軸轉動038

節剛體轉動的描述039

第二節剛體轉動動能定理042

第三節剛體轉動定律046

*第四節角動量和角動量守恒定律048

【物理與技術】三大守恒定律050

【科技中國】上九天攬月052

本章小結054

練習題055



第三章流體運動059

節流體運動模型060

第二節理想流體的運動規律061

第三節流體的測量063

*第四節牛頓黏滯定律和泊肅葉公式067

【物理與技術】伯努利方程與日常生活069

【科技中國】都江堰水利工程072

本章小結073

練習題074



第四章熱運動熱力學定律077

節熱運動的特點和研究方法079

第二節理想氣體的統計描述080

第三節熱力學定律085

第四節熱力學定律在理想氣體幾個過程中的應用088

第五節循環過程092

*第六節熱力學第二定律096

*第七節傳導對流輻射098

第八節熱能的有效利用103

【知識拓展】全球氣候變暖及應對措施106

【科技中國】清潔能源108

本章小結110

練習題112



第五章靜電場116

節庫侖定律電場強度118

第二節電勢能電勢123

第三節靜電場中的疊加原理125

第四節靜電場的基本規律133

第五節高斯定理的應用136

第六節電介質中的靜電場139

第七節電容靜電場的能量141

【物理與技術】靜電的利用及危害的預防145

【科技中國】我國科學家首次測定並驗證了人體靜電電位的值147

本章小結147

練習題150



第六章磁場154

節描述磁場的基本物理量156

第二節磁場的基本規律161

第三節安培環路定理的應用165

第四節磁場對運動電荷的作用167

第五節霍爾效應172

第六節磁場中的磁介質174

【物理與技術】磁懸浮和電磁加速178

【科技中國】全超導托卡馬克核聚變裝置180

本章小結181

練習題183



第七章電磁感應191

節電磁感應的基本規律193

第二節感應電動勢渦旋電場196

第三節互感自感200

第四節磁場能量207

【物理與技術】電容式傳感器和電感式傳感器209

【科技中國】領先世界的中國5G通信技術212

本章小結213

練習題215



第八章機械振動與機械波221

節簡諧振動的描述223

第二節簡諧振動的合成229

第三節平面簡諧波231

第四節振動與波動的能量235

【知識拓展】超聲波次聲波地震波239

【物理與技術】聲吶240

本章小結242

練習題244



第九章光的產生及應用248

節光產生的理論模型250

第二節線光譜、帶光譜和連續光譜254

第三節光譜分析256

第四節楊氏雙縫干涉光程和光程差258

第五節薄膜等厚干涉光學薄膜262

第六節單縫衍射光柵衍射266

第七節圓孔衍射光學儀器分辨率271

第八節光的偏振及其應用274

第九節光電效應277

【知識拓展】量子史話279

【科技中國】“墨子號”量子科學實驗衛星281

本章小結284

練習題286



附錄290

附錄A大學物理實驗目錄(供參考)290

附錄B矢量代數基本知識291

附錄C練習題答案294



參考文獻301