大學(xué)物理拓展與應(yīng)用

前言

　　20世紀(jì)90年代中期是我國(guó)基礎(chǔ)物理課程教學(xué)改革和現(xiàn)代化進(jìn)入快速發(fā)展的階段。這個(gè)時(shí)期，一批創(chuàng)新的、改革力度較大的基礎(chǔ)物理課程教材成功推出。這些教材以當(dāng)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和物理學(xué)的前沿為基礎(chǔ)，審視了傳統(tǒng)物理教材的體系、內(nèi)容和內(nèi)含的教學(xué)思想、教學(xué)方法等各個(gè)方面，努力探索基礎(chǔ)物理課程教學(xué)體系的改革，更新了必須更新的教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)各級(jí)各類(lèi)高等學(xué)校的需要在教材中留接口、開(kāi)窗口，積極引導(dǎo)學(xué)生瀏覽物理學(xué)的前沿成果，為學(xué)生深入了解物理學(xué)在科學(xué)技術(shù)和工程技術(shù)中的應(yīng)用作了很好的鋪墊?；A(chǔ)物理教材建設(shè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展的時(shí)期。　　作為面向工科學(xué)生的教學(xué)改革，除了繼續(xù)突破傳統(tǒng)體系的局限外，如何將現(xiàn)代物理前沿和當(dāng)代高新技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)物理教學(xué)資源，并在低年級(jí)課程教學(xué)中應(yīng)用成為深化改革的一個(gè)重要任務(wù)。此前，許多優(yōu)秀的物理教材已經(jīng)在這方面進(jìn)行了探索和實(shí)踐。但是，把這個(gè)課題作為一個(gè)整體的研究課題，并在教學(xué)實(shí)踐中推行，卻為數(shù)寥寥?！　∮缮虾＝煌ù髮W(xué)牽頭，同濟(jì)大學(xué)、華東理工大學(xué)、中國(guó)科技大學(xué)主持，東南大學(xué)、浙江大學(xué)參加的項(xiàng)目組勇敢地承擔(dān)起這個(gè)任務(wù)。他們按照“重點(diǎn)高等學(xué)校工科物理課程教學(xué)改革指南”的“在必修的工科大學(xué)物理課之外再開(kāi)設(shè)一些后續(xù)的選修課，開(kāi)設(shè)與高新技術(shù)相關(guān)的課內(nèi)或課外系列講座，組成大學(xué)物理系列課程”的要求，從“提高性知識(shí)”和“擴(kuò)展性知識(shí)”兩個(gè)方面，根據(jù)從經(jīng)典到前沿，從物理到技術(shù)的過(guò)渡思路，選擇了12個(gè)方面的內(nèi)容——作為“提高性知識(shí)”的有量子、凝聚態(tài)、非線性、熵與信息、激光技術(shù)、超導(dǎo)、傳感器、掃描隧穿顯微鏡，作為“擴(kuò)展性知識(shí)”的有分形與混沌、大爆炸、介觀物理、同步輻射等——進(jìn)行了“普通物理化”和教學(xué)設(shè)計(jì)的研究?！　∷麄兛偨Y(jié)了這些研究成果，組成9個(gè)專題，編寫(xiě)成本書(shū)的專題篇。9個(gè)專題包括：天體運(yùn)動(dòng)與大爆炸，振動(dòng)、波與非線性，熵概念的深化與自然觀，介觀物理與光電器件，電磁場(chǎng)理論與同步輻射，光學(xué)與信息光學(xué)，光量子基礎(chǔ)與激光，固體量子基礎(chǔ)與新材料以及中華古科技瑰寶中的物理等。有意思的是這些專題名稱中的“與”字別有匠心，按作者自己的說(shuō)法：“各專題中的‘與’表達(dá)了從經(jīng)典到前沿，從物理到技術(shù)的過(guò)渡，表明所選專題和已學(xué)基礎(chǔ)的銜接關(guān)系；而‘與’后面的前沿或應(yīng)用則為所選專題的內(nèi)容?！币粋€(gè)“與”字，恰如一座橋梁，將基礎(chǔ)物理與前沿、應(yīng)用進(jìn)行了溝通。

內(nèi)容概要

《大學(xué)物理拓展與應(yīng)用》是高等教育面向21世紀(jì)教學(xué)內(nèi)容和課程體系改革計(jì)劃的研究成果，是“面向21世紀(jì)課程教材”。書(shū)中涵蓋了現(xiàn)有工科教材中較薄弱、較不成熟的部分，即基礎(chǔ)物理向近代和應(yīng)用的拓展部分。全書(shū)包括天體運(yùn)動(dòng)與大爆炸；振動(dòng)、波與非線性；熵概念的深化與自然觀；電磁場(chǎng)理論與同步輻射；介質(zhì)物理與傳感器；光學(xué)與信息光學(xué)；光量子基礎(chǔ)與激光；固體量子基礎(chǔ)與新材料；中華古科技瑰寶中的物理等9個(gè)專題及19個(gè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)。《大學(xué)物理拓展與應(yīng)用》既可與大學(xué)物理的主體教材配套使用，在多學(xué)時(shí)的教學(xué)計(jì)劃中完成，也可作為大學(xué)物理的后續(xù)課程教材。與《大學(xué)物理拓展與應(yīng)用》配套的多媒體電子教案將與《大學(xué)物理拓展與應(yīng)用》同時(shí)出版。《大學(xué)物理拓展與應(yīng)用》可供高等院校工科各專業(yè)使用，也可供其他專業(yè)選用和社會(huì)讀者閱讀。

作者簡(jiǎn)介

本套教材具體構(gòu)成如下：
專題篇包括天體運(yùn)動(dòng)與大爆炸，振動(dòng)、波與非線性，熱力學(xué)定律與熵，電磁場(chǎng)理論與同步輻射，介質(zhì)物理與光電器件，光學(xué)與信息光學(xué)，光量子基礎(chǔ)與激光，固體量子基礎(chǔ)與新材料以及古科技瑰寶中的物理等9個(gè)專題，作為經(jīng)典物理向高新技術(shù)和物理前沿過(guò)渡的突破口。專題名中的“與”大致表達(dá)了從經(jīng)典到前沿，從物理到技術(shù)的過(guò)渡，“與”之前為所選專題涉及的大學(xué)物理基礎(chǔ)，和通常力、熱、電、光、近代的教學(xué)次序一致；“與”后面則為所選拓展與應(yīng)用的專題內(nèi)容。
拓展與應(yīng)用學(xué)生實(shí)驗(yàn)篇提供了項(xiàng)目組研制、開(kāi)設(shè)的拓展與應(yīng)用類(lèi)物理教學(xué)實(shí)驗(yàn)的方案。講座與實(shí)驗(yàn)之間有些直接呼應(yīng)，例如掃描隧穿顯微鏡、激光系列實(shí)驗(yàn)、熵的測(cè)量、信息光學(xué)等；有些相對(duì)獨(dú)立，但有聯(lián)系。有的研制學(xué)校已經(jīng)搭建好實(shí)驗(yàn)設(shè)備，可以提供產(chǎn)品儀器，有的是待開(kāi)發(fā)的實(shí)驗(yàn)方案。但是不管哪一類(lèi)，感興趣的學(xué)?？梢栽O(shè)法搭建，甚至作為高年級(jí)的課程設(shè)計(jì)。

書(shū)籍目錄

拓展與應(yīng)用專題講座篇專題一 天體運(yùn)動(dòng)和大爆炸　第一講 天體的運(yùn)動(dòng)　　1 天文學(xué)的研究方法　　2 宇宙的層次　　3 控制天體運(yùn)動(dòng)的主要相互作用是萬(wàn)有引力　　4 逃逸速度和黑洞　　5 宇宙膨脹動(dòng)力學(xué)　　6 Einstein廣義相對(duì)論——引力的一般理論　第二講 宇宙大爆炸模型　　1 哈勃定律和宇宙膨脹　　2 宇宙大爆炸模型　　3 支持宇宙大爆炸模型的觀測(cè)依據(jù)　　4 宇宙大爆炸模型所面臨的挑戰(zhàn)專題二 振動(dòng).波與非線性　1 非線性基礎(chǔ)　2 非線性系統(tǒng)與混沌　3 非線性波專題三 熵概念的深化與自然觀　第一講 熵概念與熱力學(xué).統(tǒng)計(jì)分布　　1 從量子論角度引入熵　　2 從熵概念俯視熱力學(xué)　　3 從熵引出三種統(tǒng)計(jì)分布　第二講 熵與自然觀　　1 熵與能量　　2 熵與信息　　3 宇宙.照耀我們的太陽(yáng)　　4 地球系統(tǒng)——地球生物圈假設(shè)與人類(lèi)的自然觀專題四 介質(zhì)物理與光電器件　電磁場(chǎng)方框圖　第一講 光敏傳感器　　1 半導(dǎo)體材料的光敏特性　　2 基于P-N結(jié)的光敏傳感器　　3 基于MOS光敏器件的CCD陣列式傳感器　　4 熱釋電紅外傳感器　第二講 光纖傳感器　　1 光纖的結(jié)構(gòu)和傳光原理　　2 光纖傳感器的應(yīng)用專題五 電磁場(chǎng)與同步輻射　專題講座加速器與同步輻射　　1 加速器　　2 同步輻射及其應(yīng)用專題六 光學(xué)與信息光學(xué)　光學(xué)方框圖　專題講座光學(xué)信息處理簡(jiǎn)介　　1 傅里葉變換與夫瑯禾費(fèi)衍射　　2 阿貝原理和空間濾波專題七 光量子基礎(chǔ)與激光　量子基礎(chǔ)方框圖　專題講座激光基本原理與應(yīng)用　　1 光與物質(zhì)的相互作用和光增益　　2 激光的產(chǎn)生和激光器　　3 激光的應(yīng)用專題八 固體量子基礎(chǔ)與新材料　固體量子基礎(chǔ)與新材料方框圖　第一講 固體的電導(dǎo)　　1 金屬導(dǎo)電的經(jīng)典理論　　2 費(fèi)米電子氣　　3 固體的能帶　　4 能帶的填充與導(dǎo)電性　　5 電子導(dǎo)電與空穴導(dǎo)電　第二講 凝聚態(tài)物質(zhì)　　1 奇妙的晶體　　2 走進(jìn)無(wú)序世界-非晶態(tài)　　3 通往準(zhǔn)晶之路　　4 物質(zhì)的第四態(tài)-液晶　　5 低維體系　第三講 納米與超導(dǎo)　　1 納米科學(xué)技術(shù)　　2 超導(dǎo)物理基礎(chǔ)專題九 中華古科技瑰寶中的物理　第一講 揭開(kāi)西漢古銅鏡"透光"奧秘　第二講 揭開(kāi)魚(yú)洗噴水之謎　第三講 古編鐘的樂(lè)鐘性質(zhì)和變音編鐘揭秘　　1 古編鐘的樂(lè)鐘性質(zhì)　　2 變音編鐘的變音機(jī)理揭秘拓展與應(yīng)用教學(xué)實(shí)驗(yàn)篇　實(shí)驗(yàn)一 掃描隧穿顯微鏡（STM）　實(shí)驗(yàn)二 熵的測(cè)定　實(shí)驗(yàn)三 低溫PN結(jié)特性與高溫超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變溫度Tc的測(cè)量　實(shí)驗(yàn)四 電阻應(yīng)變式傳感器靈敏度特性研究　實(shí)驗(yàn)五 光電二極管特性研究　實(shí)驗(yàn)六 電渦流傳感器及其應(yīng)用　實(shí)驗(yàn)七 壓電傳感器特性研究　實(shí)驗(yàn)八 傳感器應(yīng)用器件制作　實(shí)驗(yàn)九 鐵電薄膜的制備和鐵電性的測(cè)量　實(shí)驗(yàn)十 磁性薄膜層間交換耦合的研究　實(shí)驗(yàn)十一 駐極體制作及測(cè)試　實(shí)驗(yàn)十二 氦氖激光器的模式分析　實(shí)驗(yàn)十三 氦氖激光高斯光束和發(fā)散角測(cè)量　實(shí)驗(yàn)十四 利用脈沖激光測(cè)定光速　實(shí)驗(yàn)十五 傅立葉光學(xué)的空間頻譜與空間濾波　實(shí)驗(yàn)十六 θ調(diào)制法空間假彩色編碼及卷積定理的光學(xué)模擬　實(shí)驗(yàn)十七 驗(yàn)證快速電子的動(dòng)量與動(dòng)能的相對(duì)論關(guān)系　實(shí)驗(yàn)十八 真空獲得與測(cè)量　實(shí)驗(yàn)十九 真空鍍膜

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