图书前言

大学物理课程教学改革已经轰轰烈烈地走过了20多个年头,在课程体系、教学内容、教学手段和方法等诸多方面都进行了多方位的改革与尝试,取得了众多令人瞩目的研究成果。但有一点是不会改变的,那就是大学物理课程是高等教育课程体系中的基础课。多年的改革形成了一种共识: 物理教育是培养学生科学素质的教育。

大学物理课程的教学目标是: (1)使学生建立描述物质运动的基本概念、认识物质运动的基本规律、掌握描述物质运动的基本方法; (2)培养学生科学的思想方法和思维方式,提高分析问题和解决问题的能力; (3)让学生得到科学精神、科学态度和科学方法的熏陶,使其具备成为新世纪科学与技术人才的基本素质。基于上述认识,编写本教材的一些主要思路和做法如下。

1. 本教材是在大众教育、中学新课改的背景下编写的。由于全国各地课改的方式、程度不同,高考理科综合的科目选择的不同,使得学生的中学物理基础参差不齐。为适应这些变化,本教材将力学的起点做了一些调整,质点运动学从一维运动开始讲起,但并不与高中内容重复,而是着重强调物理量的矢量表示与运算,重点强调利用高等数学中的微积分方法,研究函数与变量问题。质点动力学仍从牛顿定律开始,但更突出强调牛顿定律的内涵、适用条件与范围; 进一步拓展关于质量、惯性等的认识; 同时运用微积分方法凸显牛顿第二定律的矢量性、瞬时性和叠加性; 通过分析和研究各种变力、变加速问题,使教学内容既能与中学内容有机衔接,又在内容和方法上不重复中学内容与方法。

2. 学生从中学进入大学,无论是思维方式,还是学习方法都要经历重大转变。为帮助学生尽快完成思维方式和学习方法的转变,本教材编写注重高等数学矢量运算、微积分方法的贯通。多年的教学经验表明,学生在大学物理课程学习中面临的一个重要挑战,就是高等数学中的矢量运算方法、微积分方法、函数与变量等在物理学中的应用。学习高等数学是一回事,应用学到的数学方法分析、解决物理问题又是一回事,使学生将两者衔接起来,融会贯通并非想象的那么容易。因此,本教材从质点力学开始就特别强调矢量运算、函数与变量和微积分思想方法,并且将这些方法贯穿教材始终。教材结构设计上将微积分应用比较集中的质点力学和电磁学部分分别放在上、下册,使难点分散开。

3. 在相对论和量子论部分,本教材借鉴了北美教材的内容体系,重点强调现代物理思想和概念,弱化或避开繁复的数学方程,强化了现代物理特别是量子力学相关的一些实验结果的介绍,例如电子直边衍射实验、电子双缝衍射实验、单光子实验等。更多地将量子力学的一些抽象概念形象化、具体化,例如隧道效应的应用、一维势阱模型、物质波概念(量子围栏)等。

4. 教材中设置了温馨提示、问题讨论栏目: 提示内容多是作者多年教学经验的积累,主要是为了提示学生学习的重点与难点、分析问题的要点和关键; 提示学生需要注意和容易混淆的概念; 提示学生如何通过比较学习,区分不同概念、不同定理定律间的区别与联系; 提示学生相关物理概念的背景知识等。问题讨论多为相关知识概念的拓展内容,有助于学生更好地理解和掌握基本概念及其应用。

5. 思考题分散于教材的各个部分,这样使得问题更有针对性,也更有利于学生及时检查学习效果,反馈没有搞清的概念、原理、定理、定律等,以便及时解决问题,使得阅读教材更有的放矢。

6. 本教材教学内容覆盖了“教育部非物理类理工科大学物理教学基本要求”的核心内容,有些教学内容,例如流体曳力、刚体的旋进运动、熵与能源、电介质中的高斯定理、LC振荡电路等打上了*号,而对称性与守恒定律、非线性振动与混沌、熵与信息等教学内容打上了**号,其目的是使得教学内容层次更分明,可以满足不同层次、不同学时的教学需求。

7. 习题设置上,增大了更能检验和考核对基本概念的掌握与理解的选择题的量; 练习题分为了三个层次,第一个层次为简单练习题,只要理解和掌握了基本概念与原理,即可正确分析与求解这些问题。该层次练习题加注了对应的章节的内容标题,更方便教学中师生有针对性地选择题目。第二个层次为综合练习题,这些问题通常需要综合运用前面的知识或更多的数学技巧才能分析和求解。第三个层次为趣味与应用问题,这些问题选取了一些科学、技术、生活中的趣味与应用问题,引导学生保持对自然的好奇心、更多地观察周围的世界,学习如何用物理原理解释自然现象,从而更深刻地理解周围的物质世界及其运动规律。同时也希望通过这些问题对学生进行多渠道、多层次、全方位的科学思维方法的训练。

本书上册第1~2章由孙燕云编写,第3~4章由朱浩编写,第5~11章由王莉编写; 下册第12章由朱浩编写,第13~15章由崔占涛编写,第16~19章由王莉编写。上册插图由孙燕云、朱浩和崔占涛共同完成,下册插图由王莉完成; 全书习题由王莉、朱浩、崔占涛、孙燕云共同完成,全书由王莉统稿。

本教材的前身《大学物理教程》讲义曾于2014年在西南交通大学2013级部分理工科专业中试用,后经修订《大学物理教程》(修订讲义)于2015年在西南交通大学2014级部分理工科专业中试用,经最后修订成稿形成这套教材。讲义与教材的编写得到了西南交通大学教务处的大力支持并予以立项; 在讲义试用过程中,得到了物理科学及技术学院和物理系领导吴平、张晓、曾勇以及同事们的支持与帮助; 教材能够顺利出版,得到了清华大学出版社朱红莲老师的热情帮助,在此向他们一并致以衷心的感谢!同时,向本书编写过程中所参阅的书籍、文献的作者致以诚挚的谢意!由于作者的学识浅薄,书中错误与不足之处在所难免,希望专家、同行和读者批评指正。

编者

2015年8月于四川成都