本套书依据教育部高等学校大学物理课程教学指导委员会编制的《理工科类大学物理课程教学基本要求》(2023年版)，并结合编者多年的数字化教学经验编写而成。本套书为富媒体教材，数字资源丰富，学生可随时随地进行学习。
本套书分上、下两册。上册内容有运动学基础、动力学基础、守恒定律、振动、波动、波动光学；下册内容有静电场、 静电场中的导体和电介质、稳恒磁场、变化的电磁场、气体动理论、热力学基础、狭义相对论、量子力学基础。此外，为开阔学生的视野，本书选编了若干篇阅读材料，内容涉及物理学研究前沿、物理学近期新研究成果及物理学应用等方面的知识。
本套书可作为高等学校理工类专业的大学物理课程教材。

本书遵循教育部教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

物理学是研究物质的基本结构、相互作用和物质最基本、最普遍的运动方式及其相互转化规律的学科。物理学的研究对象具有普遍性，其研究中形成的物质观、自然观、时空观、宇宙观对人类文明产生了极其深刻的影响。物理学是众多交叉学科的理论基础，其基本理论已渗透自然科学的一切领域，并广泛应用于工程技术的各个方面，是其他自然科学和工程技术的基础。
大学物理是高等院校非物理类理科和工科专业的一门重要基础课程，其作用是让学生掌握自然界的基本规律，建立分析解决问题的科学思维与科学方法，培养学生发现、提出、思考和解决问题的科学研究能力，并通过从物理现象到科学规律的建立过程，培养学生创新精神,涵养学生科学态度。
随着智慧教育的发展，利用数字技术进行高等教育教学改革的实践如雨后春笋般在全球范围内不断涌现。党的二十大报告提出要推进教育数字化，建设全民终身学习的学习型社会、学习型大国。在此大背景下，西南石油大学大学物理课程历经多年的数字化教学改革探索，取得了一系列成果，如建设了丰富的课程资源，涵盖课程慕课、习题库、考试题库、其他文献资源等，构建起了完整的线上线下移动互联网+数字教学平台。本套书根据《理工科类大学物理课程教学基本要求》编写而成，基于我校大学物理课程数字资源，丰富了教材内容，学生可随时随地进行学习，不再受时空限制，从而极大地激发了学生的学习兴趣，提高了教学效率。
我校大学物理课程建设取得了优异成果，先后获评四川省精品课程、精品资源共享课程、精品在线开放课程、线上一流课程、线上线下混合式一流课程。本套书由唐斌和伍振海统稿、定稿，其中力学部分由伍振海编写，振动和波动部分由黄睿编写，波动光学部分由冯友君（四川旅游学院）编写，电磁学部分由唐斌编写，热学部分由张强编写，近代物理部分由罗强编写，钟水蓉、李菊芬、刘忠华参与了课程慕课、习题库等资源建设。本套书传承了我校几代物理教师的教学经验，是西南石油大学大学物理教研室集体智慧的结晶。在此特别感谢王文福、陈代珣、刘廷平、税正伟等老师的贡献。
由于编者水平有限，加之时间仓促，书中疏漏和不妥之处在所难免，恳请广大读者批评指正。
编者
2025年10月于西南石油大学

唐斌，教授，硕士生导师，西南石油大学理学院大学物理教研室主任，四川省物理学与天文学类专业教学指导委员会委员（2021-2025），西南石油大学优秀教师。主要从事光电信息材料研究工作，主研国家自然科学基金项目2项，主持四川省教育厅及校级科研项目3项，省部级教学研究项目5项，发表论文30余篇，其中ESI论文1篇，SCI收录论文15篇，EI 收录论文6篇，授权发明专利5项，获四川省高等教育学会教学成果奖特等奖1项，四川省教学成果奖一等奖1项。

前言
第3篇电磁学
第7章静电场3
7.1电荷库仑定律3
7.1.1电荷及其性质3
7.1.2库仑定律4
7.1.3关于库仑定律的验证6
7.1.4电磁学的单位制和量纲6
7.2电场电场强度7
7.2.1电场7
7.2.2电场强度7
7.2.3场强叠加原理8
7.2.4场强的计算8
7.3静电场的高斯定理15
7.3.1电场线15
7.3.2电场强度通量16
7.3.3高斯定理17
7.3.4高斯定理的应用19
7.4静电场的环路定理电势23
7.4.1静电场的保守性和环路定理23
7.4.2静电场的环路定理24
7.4.3电势能25
7.4.4电势和电势差25
7.4.5电势的计算26
7.4.6电势叠加原理27
7.4.7等势面30
7.4.8电势梯度与场强的关系30
思考题32
习题33
第8章静电场中的导体和电介质36
8.1静电场中的导体36
8.1.1导体的静电平衡36
8.1.2静电平衡导体上的电荷分布37
8.1.3静电屏蔽38
8.1.4导体周围电场的分析与计算39
8.2静电场中的电介质40
8.2.1电介质的电结构特征41
8.2.2电介质极化的微观机制和宏观表现41
8.2.3电极化强度矢量42
8.2.4电位移矢量有介质时的高斯定理43
8.2.5有电介质时的场与力44
8.2.6静电的危害与防护45
8.3电容电容器46
8.3.1孤立导体的电容46
8.3.2电容器及其电容46
8.3.3电介质在电容器中的作用48
8.3.4电容器的并联、串联49
8.4电场能量50
8.4.1电荷系统的静电能50
8.4.2电容器储存的静电场能量51
8.4.3电场的能量52
8.4.4电容式传感器55
思考题56
习题56
第9章稳恒磁场60
9.1电流的磁场60
9.1.1电流和电流密度60
9.1.2磁感应强度B61
9.1.3电流的磁场毕奥-萨伐尔定律62
9.1.４低速运动电荷的磁场66
9.2磁场定理68
9.2.1磁通量68
9.2.2磁场的高斯定理69
9.2.3稳恒磁场的安培环路定理69
9.2.4安培环路定理的应用72
9.3磁场对运动电荷和电流的作用74
9.3.1磁场对运动电荷的作用 磁聚焦磁约束74
9.3.2霍尔效应76
9.3.3磁场对电流的作用安培力公式77
9.3.4电流回路在磁场中所受的作用79
9.4磁介质与磁场80
9.4.1磁介质的顺磁性和抗磁性的来源81
9.4.2磁介质的磁化82
9.4.3磁场强度H磁介质中的关于H的安培环路定理84
9.5铁磁质86
9.5.1铁磁性的起因86
9.5.2铁磁质的磁化86
9.5.3铁磁质的分类和应用87
9.5.4静磁屏蔽88
思考题88
习题88
第10章变化的电磁场93
10.1法拉第电磁感应定律93
10.1.1电源电动势93
10.1.2电磁感应现象94
10.1.3法拉第电磁感应定律94
10.2动生电动势98
10.2.1动生电动势的非静电力98
10.2.2动生电动势的计算99
10.3感生电场感生电动势101
10.3.1时变磁场与感生电场101
10.3.2感生电动势103
10.3.3涡电流趋肤效应104
10.3.4电磁屏蔽106
10.4自感与互感106
10.4.1自感106
10.4.2互感108
10.5磁场的能量109
10.5.1载流电路具有的自感磁能和互感磁能表达式110
10.5.2磁场的能量密度111
10.6麦克斯韦电磁场方程组113
10.6.1位移电流时变电场激发磁场113
10.6.2麦克斯韦电磁场方程组115
10.6.3偶极子振荡117
10.6.4电磁波的性质118
10.6.5电磁波谱119
思考题122
习题122
第4篇热学
第11章气体动理论129
11.1平衡态理想气体的状态方程129
11.1.1热力学系统与外界129
11.1.2平衡态129
11.1.3状态参量和状态函数130
11.2热平衡热力学第零定律温度130
11.2.1热平衡130
11.2.2热平衡定律（热力学第零定律）温度130
11.3理想气体状态方程132
11.4理想气体的压强135
11.4.1分子动理论的基本观点135
11.4.2理想气体的微观模型135
11.4.3大量分子的统计假设135
11.4.4理想气体压强公式推导136
11.5温度及其统计意义137
11.5.1温度公式137
11.5.2温度的统计意义138
11.6能量按自由度均分定理理想气体的内能139
11.6.1自由度的概念139
11.6.2分子的自由度139
11.6.3能量按自由度均分定理140
11.6.4理想气体的内能141
11.7麦克斯韦速率分布律和玻尔兹曼分布率142
11.7.1统计规律142
11.7.2分子速率分布测定实验143
11.7.3速率分布函数143
11.7.4分布函数与统计平均值144
11.7.5麦克斯韦速率分布律145
11.7.6气体分子运动的三种速率145
11.7.7玻尔兹曼分布律147
11.8平均碰撞频率和平均自由程149
11.8.1气体分子的碰撞模型149
11.8.2平均碰撞频率和平均自由程150
11.9范德瓦耳斯方程151
11.9.1实际气体151
11.9.2范德瓦耳斯方程的建立152
11.10输运过程153
11.10.1黏滞现象（内摩擦现象）154
11.10.2热传导现象154
11.10.3扩散现象155
思考题155
习题156
第12章热力学基础159
12.1准静态过程159
12.1.1准静态过程与非静态过程159
12.1.2内能的变化160
12.1.3准静态过程中的功161
12.1.4热量热容量162
12.2热力学第一定律162
12.3热力学第一定律在准静态过程中的应用163
12.3.1等容过程163
12.3.2等压过程164
12.3.3等温过程165
12.3.4绝热过程166
12.3.5多方过程168
12.3.6理想气体各准静态过程的主要公式168
12.4循环过程169
12.4.1循环过程的定义169
12.4.2卡诺循环172
12.5热力学第二定律174
12.5.1热力学第二定律的两种经典表述174
12.5.2两种表述的等效性174
12.5.3可逆过程和不可逆过程175
12.5.4卡诺定理177
12.6熵的宏观定义热力学第二定律的数学表达式178
12.6.1克劳修斯等式178
12.6.2熵的宏观定义178
12.6.3热力学第二定律的数学表达式179
12.6.4熵增加原理179
12.6.5理想气体的熵变计算180
12.7熵的微观实质热力学第二定律的统计意义181
12.7.1热力学概率181
12.7.2热力学第二定律的统计意义182
12.7.3玻尔兹曼熵公式与克劳修斯熵公式的联系183
思考题183
习题184
第5篇近 代 物 理
第13章狭义相对论191
13.1牛顿力学时空观与伽利略坐标变换式191
13.1.1牛顿力学的时空观与力学相对性原理191
13.1.2伽利略坐标变换式192
13.1.3麦克斯韦经典电磁场理论对绝对时空观的挑战193
13.1.4迈克耳孙-莫雷实验193
13.2狭义相对论的两个基本假设与狭义相对论时空观195
13.2.1爱因斯坦的假设195
13.2.2同时性的相对性195
13.2.3时间膨胀（时间延缓）197
13.2.4长度缩短198
13.3洛伦兹变换200
13.3.1洛伦兹变换导出200
13.3.2洛伦兹时间和空间间隔变换202
13.3.3相对论中的速度变换203
13.3.4经典力学时空观与相对论时空观的比较204
13.4狭义相对论的动力学简介205
13.4.1相对论力学的基本方程205
13.4.2相对论中的质量能量关系205
13.4.3狭义相对论中的动量-能量关系207
思考题208
习题208
第14章量子力学基础210
14.1黑体辐射和光的粒子性210
14.1.1黑体辐射211
14.1.2普朗克的能量子假说212
14.1.3光电效应212
14.1.4经典理论受到挑战214
14.1.5爱因斯坦的光子理论214
14.1.6康普顿效应217
14.1.7光的波粒二象性220
14.2氢原子光谱 玻尔的氢原子理论220
14.2.1氢原子光谱的实验规律220
14.2.2经典理论处理氢原子问题遇到的困难221
14.2.3玻尔的氢原子理论222
14.3微粒的波粒二象性225
14.3.1德布罗意假设225
14.3.2德布罗意假设的实验验证226
14.3.3德布罗意波函数228
?14.3.4电子显微镜229
14.4不确定关系及其应用231
14.4.1不确定关系231
14.4.2不确定关系的应用232
14.5波函数薛定谔方程233
14.5.1波函数234
14.5.2薛定谔方程235
14.5.3算符与力学量的平均值237
14.6薛定谔方程的应用237
14.6.1一维无限深势阱238
14.6.2隧道效应240
14.6.3扫描隧道显微镜241
14.6.4氢原子的量子力学处理242
14.7电子自旋245
14.8激光器工作原理246
14.9原子壳层结构248
14.9.1泡利不相容原理249
14.9.2能量最小原理249
思考题250
习题251
参考文献253