本書是在全國高等學校大力推進新工科建設的大背景下，基于教育部高等學校物理基礎課程教學指導分委員會制定的《理工科類大學物理課程教學基本要求》（2010年版）編寫而成的，內容包括熱學、振動與波動、光學和近代物理等。本書的主要特點是：加強了一些培養工科學生所普遍需要的物理學內容及其與高新技術和日常生活的聯系，并引入了研究性教學理念；引導學生運用物理學的思維方式進行思考和探索；內容、例題和課后作業的取材注重與當今科學技術和日常生活相結合，以激發學生的學習興趣；內容的展現努力與當今學生的認知規律和思維習慣相適應，注重內容與敘述的生動性、趣味性，讓物理學內容鮮活起來；力求語言通俗易懂，便于閱讀，助力學生自主學習。各章*后還設有自主探索研究項目，讓學生可以利用身邊的物品，如手機、筆記本計算機等，搭建研究條件，自主探索、研究有趣的物理現象。
本書為高等學校工科各專業大學物理基礎課程的教材，也可供理科非物理學類專業學生和社會讀者參考。
前言
熱學
第8章熱學概論3
8.1熱學的研究對象與研究方法3
8.1.1熱學的研究對象3
8.1.2熱學的研究方法4
8.2平衡態與狀態參量5
8.2.1熱力學系統5
8.2.2平衡態與非平衡態5
8.2.3狀態參量溫度與熱量7
8.2.4物態方程12
*8.3物質的熱性質17
*8.3.1物質的相與相變17
*8.3.2物質的熱行為20
課后作業25
自主探究研究項目——自制溫度計26
第9章分子動理論27
9.1物質的微觀模型27
9.1.1物質微觀模型的三個要點27
9.1.2理想氣體的微觀模型32
9.2理想氣體的壓強36
9.2.1單位時間內碰撞在單位面積器
壁上的平均分子數36
9.2.2理想氣體的壓強公式37
9.2.3氣體分子的平均平動動能38
9.2.4溫度的微觀解釋40
9.3氣體分子熱運動速度、速率和能量的
統計分布41
*9.3.1氣體分子熱運動速度分布函數
麥克斯韋速度分布函數41
9.3.2麥克斯韋速率分布函數43
*9.3.3麥克斯韋玻耳茲曼分布律
重力場中微粒按高度的分布47
9.3.4能量按自由度均分定理49
9.4氣體內的輸運過程54
9.4.1輸運過程的宏觀規律54
9.4.2輸運過程的微觀解釋61
課后作業65
自主探索研究項目——碳粉在水中的布朗
運動68
第10章熱力學基礎69
10.1熱力學第一定律69
10.1.1熱力學第一定律的內涵69
10.1.2準靜態過程熱力學第一定律的
數學表達式71
10.2熱力學第一定律在理想氣體中的應用74
10.2.1理想氣體的內能與焓74
10.2.2理想氣體在典型準靜態過程中的功、
熱量與內能77
10.2.3循環過程與卡諾循環84
10.3熱力學第二定律與卡諾定律92
10.3.1熱力學第二定律92
10.3.2卡諾定律與熱力學溫標96
10.4熵、熵增加原理及玻耳茲曼關系99
10.4.1熵函數99
10.4.2熵增加原理與熱力學第二定律數學
表達式103
10.4.3熵與熱力學概率玻耳茲曼
關系104
10.5熱力學第三定律106
課后作業106
自主探索研究項目——自制斯特林熱機108振動與波動
第11章振動111
11.1簡諧振動111
11.1.1簡諧振動的運動學描述111
11.1.2簡諧振動的動力學方程115
11.1.3簡諧振動的能量119
11.1.4簡諧振動的合成121
11.2阻尼振動125
11.3受迫振動127
課后作業128
自主探究研究項目——計步器的原理129
第12章波動131
12.1機械波的產生和傳播131
12.2簡諧機械波133
12.2.1簡諧機械波的描述133
12.2.2波動方程140
12.2.3彈性介質中的波速140
12.2.4能量和強度142
12.3惠更斯原理及其應用147
12.3.1惠更斯原理147
12.3.2波的反射148
12.3.3波的折射149
12.3.4波的衍射150
12.4波的疊加151
12.4.1波的干涉151
12.4.2駐波154
12.5聲波的多普勒效應159
課后作業161
自主探索研究項目——水波162光學
第13章波動光學167
13.1光的干涉168
13.1.1干涉的基本原理169
13.1.2分波前干涉171
13.1.3分振幅干涉176
13.2光的衍射184
13.2.1衍射的基本原理184
13.2.2單縫衍射185
13.2.3圓孔衍射189
13.2.4光柵衍射192
13.2.5晶體衍射199
13.3光的偏振201
13.3.1光的偏振狀態201
13.3.2起偏和檢偏馬呂斯定律203
13.3.3反射光和折射光的偏振
布儒斯特定律205
13.3.4晶體中的雙折射206
課后作業209
自主探究研究項目——光芒210
第14章幾何光學211
14.1光的傳播規律211
14.2反射的基本原理212
14.2.1平面上的反射212
14.2.2球面上的反射213
14.3折射的基本原理216
14.3.1平面上的折射216
14.3.2球面上的折射217
14.3.3薄透鏡218
14.3.4理想光學系統的組合220
14.4光學儀器的基本原理223
14.4.1眼睛223
14.4.2放大鏡225
14.4.3顯微鏡226
14.4.4望遠鏡228
14.4.5照相機230
課后作業232
自主探究研究項目——水透鏡233近 代 物 理
第15章相對論初步237
15.1牛頓相對性原理237
15.2狹義相對論的基本原理
洛倫茲變換239
15.2.1狹義相對論的基本原理240
15.2.2洛倫茲變換240
15.3狹義相對論的時空觀242
15.3.1“同時”的相對性242
15.3.2時間延緩243
15.3.3長度收縮244
15.4相對論速度變換247
15.5狹義相對論的動力學基礎249
15.5.1動量、質量與速度的關系249
15.5.2質量與能量的關系250
15.5.3動量與能量的關系252
課后作業253
第16章原子位形255
16.1電子的發現255
16.2盧瑟福模型256
16.2.1盧瑟福模型的提出256
16.2.2盧瑟福散射公式257
16.2.3行星模型的意義及困難259
課后作業260
第17章量子力學初步261
17.1黑體輻射261
17.1.1熱輻射現象261
17.1.2基爾霍夫輻射定律261
17.1.3黑體輻射實驗定律262
17.1.4普朗克的能量子假設264
17.2光電效應267
17.2.1光電效應的實驗規律267
17.2.2光的波動說的缺陷268
17.2.3愛因斯坦的光子理論269
17.3康普頓散射與光子理論的解釋269
17.3.1康普頓散射269
17.3.2光子理論的解釋270
17.4玻爾的氫原子理論及其缺陷272
17.4.1氫原子光譜的規律272
17.4.2玻爾的氫原子理論273
17.4.3氫原子軌道半徑和能量的
計算273
17.4.4玻爾理論的缺陷274
17.5波粒二象性275
17.5.1德布羅意波275
17.5.2戴維孫革末實驗和波粒
二象性276
17.6不確定關系277
17.7物質波波函數及其統計詮釋280
課后作業283
第18章薛定諤方程及其應用285
18.1薛定諤方程285
18.1.1薛定諤方程的建立285
18.1.2定態薛定諤方程286
18.2一維定態薛定諤方程的應用287
18.2.1一維無限深勢阱287
18.2.2一維勢壘隧道效應290
課后作業292
第19章原子和分子光譜294
19.1氫原子294
19.1.1氫原子的薛定諤方程294
19.1.2量子化條件和量子數295
19.1.3氫原子中電子的概率分布296
19.2原子的電子殼層結構298
19.2.1施特恩蓋拉赫實驗298
19.2.2電子的自旋298
19.2.3原子的電子殼層結構泡利不相容
原理和能量最小原理299
19.3分子光譜300
課后作業303
附錄304
附錄A國際單位制（SI）304
附錄B物理常量305
參考文獻307
新書資訊