第2版前言

本教材第1版自2019年1月出版以后，三年多来我们一直在本校的理工科专业本科“大学物理”课程的教学中使用。在使用过程中，任课教师和学生从内容上、文字上、符号上、印刷上发现了教材中一些错误和不妥之处，对该教材提出了许多宝贵的修改意见。对此，我们首先向这些教师和学生表示诚恳的感谢。

我们抱着“边使用，边修改，边提高”的态度认真分析了这些反馈意见，反思了我们对教材在教学中的作用和地位的认识，同时开始了对教材的修订和打磨。

大学物理教材是体现大学物理课程内容和学科价值的一个重要载体，也是大学物理课程文化的一种体现。我们对第1版教材进行修改的基本思路是，在保持教材知识体系原有完整性的基础上注重体现和渗透大学物理课程所体现的科学思想和科学方法，构建和展开大学物理课程的学科知识结构体系，着重挖掘大学物理的学科文化元素。为此，我们适当调整某些章节的次序，纠正和改进在内容上、文字上和字母上表述不当的错误和不妥，删除了少许不合适的文字表述，并适当增加和更换了部分内容。

“本章引入和导读”是本教材为每一章设置的重要组成栏目。第2版对该栏目作了修改和补充，适当增加了物理学思想方法和物理学知识体系的内容，力图把物理学发展史和物理学思想方法结合在一起。既引导学习者经历一个“动态”的学习历程，也引导学习者构建一个认知的“心智地图”。这样的“动态历程”和“心智地图”既注意到与中学物理的衔接，更体现了对中学物理的提升，从而更有效地构建大学物理的学科知识体系，有助于提升学习者的物理学科核心素养。

具体修改的主要内容有，在力学的第1章增加了“参考系和坐标系”一节，调整了1.2节和1.3节的次序，以更好地体现力学的逻辑体系； 在第2章增加了非惯性系和惯性力的内容，以加深学生对惯性运动的认识； 在第4章增加了4.1.1节，提出动能的定义，这个问题的提出避免了从动能定理定义动能的不妥，以增强学生对动能物理意义的认识； 在第6章多普勒效应一节中增加了“频率的相对性”； 考虑到内容的完整性，把第6章和第7章两章合并为第5章“刚体力学”。在热学中，除了突出处于热学平衡态下的热力学系统所呈现的速度分布和能量均分的统计思想，补充了在非平衡态下气体内部的输运过程。为此，第8章专门引入了分子碰撞频率和平均自由程两个概念来描述扩散现象。第9章在卡诺热机后增加了制冷机和热泵，这样就在理解卡诺正循环和逆循环上更能完整地体现热力学的学科知识体系。熵的概念一直是热学教学中的一个重点和难点。由于熵的概念比内能更重要，更难理解，在第10章的导读部分我们专门对熵和内能的区别和联系作了分析和比较。在电磁学中，我们在第11章增加了对电磁场研究的“从头开始”的思想和方法的分析，而这样的“从头开始”的思想正是从静电场的描述开始的。我们还对调了第1版中11.5节和11.6节的次序，这样就在静电场的物理描述方式以后紧接着就并列地提出几何描述方式（11.5节）； 在对典型的带电体求电场强度和电势的“从部分到整体”的方法（11.6节）后面紧接着就并列地提出对具有对称性电荷分布的带电体求电场强度和电势的“从整体到部分”的方法（11.7节）。

作为20世纪物理学里程碑的相对论（包括狭义相对论和广义相对论）和量子论是20世纪物理学的革命性成就，在近代物理学中有着重要的地位和作用，不仅对当代科学技术的发展起着巨大的推动作用，而且在科学思维方式上显示了对经典物理学思想和方法的超越。我们在第15章和第16章的导读中增加了这方面的简要阐述。作为对爱因斯坦光量子理论的有力证实，康普顿效应为光的波粒二象性提供了更完全的证据。为此，在第2版的16.2节增加了“康普顿效应”一节。

此外，为了有利于学生从学习中学物理到大学物理的过渡和衔接，我们在部分章节尤其是力学部分增加了一些有助于学生理解的习题。

在对第1版进行修订的过程中，李亚巍、李欣、刘金梅、邓莉等老师提出了非常有价值的具体修改意见，我们尽可能地采纳了他们的建议。此外，在修订过程中佟丽霞和鲁永芳两位编辑给予了很大的支持和帮助，在此向他们一并致以诚挚的感谢。

尽管我们对第1版作了修改和补充，在编写中还是可能存在不足之处，我们欢迎广大读者批评纠正。

编著者

2023年6月

第1版前言

教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会制定的《高等学校理工科类大学物理课程教学基本要求》和《高等学校理工科类大学物理实验课程教学基本要求》两个文件分别在各自文本的第一页都写下了相同的一段话： “在人类追求真理、探索未知世界的过程中，物理学展现了一系列科学的世界观和方法论，深刻影响着人类对物质世界的基本认识、人类的思维方式和社会生活，是人类文明发展的基石，在人才的科学素质培养中具有重要的地位。” 两个“基本要求”开宗明义地给出的这段论述，明确地指出了物理学在人类文明发展和人才科学核心素养培养中的重要性，规定了“大学物理”课程必须达到的总目标，凸显了“大学物理”课程对于人才核心素养培养的地位和作用。

学科核心素养是学生知识、能力、情感、态度和价值观等各方面素养的整合，而“大学物理”课程正是高等师范类和理工类院校相关专业培育和提高学生学科核心素养的一门重要的基础课程。目前，很多院校相关专业的“大学物理”课程的课时数是每学期72学时左右或每学年108学时左右。本教材依据两个“基本要求”，把“大学物理”定位于一门基础课程，在总结我们多年教学经验并学习和吸取国内外同类优秀教材的基础上，注重大学物理与中学物理在学生学科核心素养的培养上的衔接和提升，意在为这些专业的任课教师和学生提供一本合适的大学物理简明教材，同时也为中学物理教师提供一本用于进修提高的物理教材。

（1） 以物理学科核心问题为基础，从有利于物理学科知识整体生成取向、有利于增强物理观念、提高学科核心素养发展的目标上看，大学物理需要与中学物理有一定的衔接，更需要在中学物理基础上的提升，这样的提升既是学科知识内容深度和广度的提升，更是学科知识体系整体性的提升。

本书注重把每一章的物理概念和内容从物理现象中引入，引导学生在中学物理知识的基础上学会提出问题，把中学物理内容中的“特殊”上升到“一般”，从知识的深度和广度上提高认知能力。例如，中学物理只讨论物体匀加速运动的规律，使用的数学工具是初等数学的代数方法，而大学物理描述的是一般变速运动的规律，使用的数学工具是高等数学的微积分方法。本教材还注重把每一章的概念和内容从物理学科体系的发展进程中引入，引导学生在学习和理解每一个物理概念的基础上学会构建学科知识体系，把中学物理学习的物理概念、定理和定律的“树木”扩展到大学物理学科体系的“森林”，从知识的逻辑性和整体性上提高认知能力。例如，中学物理讨论了牛顿三大定律的具体内容和解题方法，而大学物理提出了牛顿三大定律的公理性和体系的完整性。中学物理引入了库仑定律以及电场强度和电势等物理量，而大学物理把“场”作为主线贯穿于电磁学始终，并强调了法拉第、麦克斯韦和爱因斯坦等物理学家提出的“电磁力”不同于“万有引力”，必须“从头开始”，第一次建立新的基本概念的思想。

（2） 以物理学科核心问题为基础，从把握知识的产生和发展过程、感悟物理学科的方法和思想、有利于提高学科核心素养发展的目标上看，大学物理需要与中学物理有一定的衔接，更需要在中学物理基础上的提升，这样的提升既是从学习物理学的知识的过程和方法到体验物理学知识形成过程和方法的提升，更是从物理学具体方法到物理学家提出问题和解决问题的过程和方法的提升。这样的提升以显性和隐性两种方式呈现。例如，在力学部分介绍了牛顿倡导的以“实验—演绎—归纳”为特点的物理学方法论； 在静电学部分介绍了在库仑提出两个点电荷之间相互作用力的定律所采用的“类比方法”； 在相对论部分介绍了爱因斯坦提出的以“反反复复批判基本概念”为特点的概念方法论。隐性的方式是在把物理学形成发展过程的历史以及物理学的思想方法渗透到教材内容展开的过程中，例如，以类比方法在力学中把角动量和动量作了比较，得出了相应的角动量变化定理的表述； 在计算连续带电体产生的电场强度和电势时，采用了从“部分”到“整体”的方法（这是一种“归纳”方法）和从“整体”到“部分”的方法（这是一种“演绎”方法）； 在静电学中用归纳方法相应得出了静电场的高斯定理和磁场的安培环路定理的表述等。

(3) 以物理学科核心问题为基础，从把握知识的作用和价值、树立科学态度、增强社会责任感、有利于提高学科核心素养发展的目标上看，大学物理需要与中学物理有一定的衔接，更需要在中学物理基础上的提升。这样的提升表现为大学物理课程应该比中学物理更多地实现学习物理学对学生终身发展的重要价值。本书在每一章开头设置了“本章引入和导读”栏目，通过“引入”和“导读”两个方面，旨在从自然现象和学科体系上提出问题“引入”本章内容，给学生提供学习方法的“导读”； 本书对每一个例题的求解都列出了名为“解题思路”和“解题过程”的栏目，旨在把解题看作一种从解决已有答案的问题的训练开始的思维方式的训练； 本书还设置了微信公众号“大学物理学习扩展”，列入了“物理史料”“拓展阅读”“演示实验”“数学推导”“网络链接”等栏目，旨在利用信息化

手段丰富大学物理的教学资源库，重组学生的学习材料，拓展学生的学习视野。本书在每一节都提出一个“问题”作为副标题，

在每一章最后都设置了“思考题”和“习题”，并且在部分章中“思考题”的数量多于“习题”的数量。

每一章的“习题解答”也不再附在书中，而是放在本书的微信公众号中。以上这些栏目和思考题以及习题设置的目的在于引导学生从物理学的概念本身引发思考和讨论，这既是对学生学习大学物理的引导，更是注重学生在学习的过程中学会主动学习，善于学习，提高全面核心素养的情感态度和价值观的提升。

大学物理学习扩展

本书编委会的成员多年来一直担任“大学物理”课程的教学任务，都是具有丰富教学和科研经验的教授和副教授。本书共17章，编写分工如下: 第1~4章由朱鋐雄编写，第5章由黄燕萍编写，第6~11章由朱鋐雄编写，第12章由朱鋐雄和朱晶编写，第13章由王向晖编写，第14章由王向晖和李欣编写，第15章由尹亚玲编写,第16章由王向晖编写，第17章由朱广天编写。全书的核对、审阅和通稿修改工作由朱鋐雄、王向晖和朱广天完成。在本书编写过程中，还得到了华东师范大学物理实验中心物理教学演示实验室的热情协助。景培书、尹亚玲、邓莉等老师和黄雨寒、杨凯超等研究生参与策划并进行了演示实验录像的拍摄制作工作，黄雨寒绘制了部分插图。

在本书编写出版前，我们已编写出版了《大学物理学习导引——导读，导思，导解》一书（清华大学出版社，2010年），另外还拟编写出版配合本书的《大学物理简明教程习题解答》一书供教师和学生在教学中参考使用。

虽然在编写过程中我们对本书经过了仔细的核对和反复检查，但是由于编写水平有限，书中一定存在不妥之处，恳请广大读者批评指正。

朱鋐雄  王向晖  朱广天

2018年2月修订于华东师范大学