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第0章 MATLAB在大学物理中的应用基础1

0.1 MATLAB命令窗口的操作1

｛范例0.1｝数值和变量2

｛范例0.2｝曲线的绘制5

｛范例0.3｝矩阵的操作10

0.2程序的结构14

｛范例0.4｝程序的顺序结构14

｛范例0.5｝程序的单分支和双分支结构15

｛范例0.6｝程序的多分支结构16

｛范例0.7｝逻辑运算18

｛范例0.8｝程序的固定循环结构19

｛范例0.9｝程序的双重循环结构20

｛范例0.10｝程序的不定循环结构21

｛范例0.11｝函数文件23

0.3常用绘图方法25

｛范例0.12｝曲线和曲线族的绘制26

｛范例0.13｝极坐标曲线的画法和曲线动画的演示30

｛范例0.14｝箭杆的画法和两力的合成31

｛范例0.15｝图形数据的获取和黑体辐射实验结果的模拟33

｛范例0.16｝曲面的画法34

｛范例0.17｝等值线的画法36

｛范例0.18｝图像的画法和光的双缝干涉图样38

｛范例0.19｝实物动画的制作39

0.4常用计算方法41

｛范例0.20｝超越方程的求解41

｛范例0.21｝导数的计算42

｛范例0.22｝积分的计算43

｛范例0.23｝微分方程的求解方法46

｛范例0.24｝偏导数的计算和等量异号点电荷的电场49

练习题52

第1章 质点运动学55

1.1基本内容55

1.2范例的解析、图示、算法和程序59

｛范例1.1｝质点直线运动的位置、速度和加速度59

｛范例1.2｝质点的匀速圆周运动（动画）61

｛范例1.3｝质点的变速圆周运动63

｛范例1.4｝质点的螺旋运动（动画）65

｛范例1.5｝竖直上抛运动66

｛范例1.6｝斜抛物体的水平射程和竖直射高70

｛范例1.7｝斜抛物体在斜坡上的射程72

｛范例1.8｝平抛小球在地面上跳跃的轨迹（动画）73

｛范例1.9｝导弹拦截（动画）76

｛范例1.10｝飞机在风中往返的时间78

练习题80

第2章 牛顿运动定律84

2.1基本内容84

2.2范例的解析、图示、算法和程序86

｛范例2.1｝力的正交分解与合成86

｛范例2.2｝斜面上物体在水平力作用下的平衡87

｛范例2.3｝轻线单摆冲击运动的角速度和张力89

｛范例2.4｝摩擦力与速率成正比的圆周运动91

｛范例2.5｝小球在水中沉降的规律93

｛范例2.6｝小球在空气中竖直上抛运动的规律98

｛范例2.7｝小球在空气中平抛运动的规律105

｛范例2.8｝降落伞下降的规律109

｛范例2.9｝船的运动规律112

｛范例2.10｝均匀链条从光滑桌面上滑落的规律118

练习题123

第3章 运动的守恒定律127

3.1基本内容127

3.2范例的解析、图示、算法和程序130

｛范例3.1｝保守力的势能和力130

｛范例3.2｝物体从半圆上无摩擦滑下的角度132

｛范例3.3｝对心完全弹性碰撞的速度135

｛范例3.4｝对心非完全弹性碰撞的速度和损失的机械能138

｛范例3.5｝悬挂小球与悬挂蹄状物完全非弹性碰撞的张角141

｛范例3.6｝中子与原子核做完全弹性碰撞后的速度和损失的动能142

｛范例3.7｝二维完全非弹性碰撞的速度和损失的机械能144

｛范例3.8｝火箭发射的高度、速度和加速度145

｛范例3.9｝我国第一颗人造地球卫星的椭圆轨道和周期（动画）147

｛范例3.10｝宇宙速度和飞船的运动轨迹150

练习题152

第4章 刚体的转动155

4.1基本内容155

4.2范例的解析、图示、算法和程序157

｛范例4.1｝轻质杆的斜抛运动（动画）157

｛范例4.2｝细棒和球壳的转动惯量159

｛范例4.3｝半圆圈的质心和转动惯量162

｛范例4.4｝共轴定滑轮系统的加速度和张力164

｛范例4.5｝均匀圆形物体从斜面滚下时质心的速度167

｛范例4.6｝圆环滚动的规律（动画）168

｛范例4.7｝薄板在空气中转动的规律172

｛范例4.8｝直杆自然滑倒的规律176

｛范例4.9｝质点与刚体的碰撞179

｛范例4.10｝双人滑冰运动员的拉手和旋转（动画）181

练习题183

第5章 机械振动186

5.1基本内容186

5.2范例的解析、图示、算法和程序189

｛范例5.1｝弹簧振子的运动规律（动画）189

｛范例5.2｝旋转矢量法（动画）191

｛范例5.3｝弹簧下端悬挂物体被子弹击入后的振动193

｛范例5.4弹簧振子的能量194

｛范例5.5｝轻杆单摆振动的周期和规律（动画）196

｛范例5.6｝圆弧和圆环复摆的运动规律（动画）202

｛范例5.7｝弹簧振子的阻尼振动204

｛范例5.8｝阻尼弹簧振子的受迫振动207

｛范例5.9｝同一直线上简谐振动的合成214

｛范例5.10｝互相垂直的简谐振动的合成（动画）218

练习题223

第6章 机械波226

6.1基本内容226

6.2范例的解析、图示、算法和程序229

｛范例6.1｝横波和纵波的形成（动画）229

｛范例6.2｝平面简谐波的方程231

｛范例6.3｝球面波的传播（动画）233

｛范例6.4｝用惠更斯作图法确定波阵面（动画）235

｛范例6.5｝波的衍射（动画）237

｛范例6.6｝波的叠加原理（动画）237

｛范例6.7｝波的干涉强度和图样（动画）238

｛范例6.8｝驻波的形成（动画）244

｛范例6.9｝声波的多普勒效应和冲击波的产生（动画）246

｛范例6.10｝火车运动的多普勒效应250

练习题251

第7章 波动光学253

7.1基本内容253

7.2范例的解析、图示、算法和程序255

｛范例7.1｝两束相干光叠加的强度和干涉条纹255

｛范例7.2｝劈尖的等厚干涉条纹258

｛范例7.3｝牛顿环（动画）260

｛范例7.4｝薄膜等倾干涉的条纹和级次262

｛范例7.5｝夫琅禾费单缝衍射的强度和条纹265

｛范例7.6｝夫琅禾费圆孔衍射和瑞利判据270

｛范例7.7｝光栅衍射的强度和条纹275

｛范例7.8｝单轴晶体的子波波阵面（动画）278

｛范例7.9｝三个偏振片系统的光强变化（动画）279

｛范例7.10｝渥拉斯顿棱镜中的双折射280

练习题281

第8章 气体分子运动论和热力学基础284

8.1基本内容284

8.2范例的解析、图示、算法和程序289

｛范例8.1｝气体压强的产生（动画）289

｛范例8.2｝伽尔顿板的模拟（动画）294

｛范例8.3｝麦克斯韦速度分布律296

｛范例8.4｝麦克斯韦速率分布律297

｛范例8.5｝平均速率和方均根速率301

｛范例8.6｝玻耳兹曼分布律305

｛范例8.7｝理想气体的绝热过程和多方过程307

｛范例8.8｝卡诺循环图309

｛范例8.9｝奥托循环图312

｛范例8.10｝狄塞尔循环图315

练习题316

第9章 静电场319

9.1基本内容319

9.2范例的解析、图示、算法和程序324

｛范例9.1｝点电荷的电场324

｛范例9.2｝等量异号点电荷和电偶极子的电场325

｛范例9.3｝均匀带电线段的电场329

｛范例9.4｝平行直线电荷的电场334

｛范例9.5｝均匀带电圆环、圆盘和圆圈在轴线上的电场340

｛范例9.6｝均匀带电球面、球体和球壳的电场346

｛范例9.7｝均匀带电圆柱面、圆柱体和圆柱壳的电场351

｛范例9.8｝直线电荷与共面带电线段之间的作用力356

｛范例9.9｝直线电荷与共面圆弧电荷之间的作用力359

｛范例9.10｝点电荷在有孔带电平面轴线上的运动规律362

练习题366

第10章 恒磁场370

10.1基本内容370

10.2范例的解析、图示、算法和程序372

｛范例10.1｝运动电荷的磁场372

｛范例10.2｝通电线段的磁场373

｛范例10.3｝无限长直线电流的磁感应线的分布规律374

｛范例10.4｝等强同向平行直线电流的磁感应强度376

｛范例10.5｝圆柱面、圆柱体和圆柱壳载流导体内外的磁场378

｛范例10.6｝通电圆环和亥姆霍兹线圈在轴线上的磁场381

｛范例10.7｝通电螺线管轴线上的磁场384

｛范例10.8｝与直线电流共面的通电半圆环所受的安培力386

｛范例10.9｝带电粒子在匀强磁场中的运动规律（动画）388

｛范例10.10｝带电粒子在非匀强磁场中的运动规律（动画）390

练习题395

第11章 导体、电介质和磁介质397

11.1基本内容397

11.2范例的解析、图示、算法和程序400

｛范例11.1｝同心导体球和球壳之间的电势差和感应电荷400

｛范例11.2｝匀强电场中导体球的电场和总电场402

｛范例11.3｝电介质的极化405

｛范例11.4｝带电金属球在均匀介质中的场强407

｛范例11.5｝静电除尘器金属丝表面的场强409

｛范例11.6｝从平行板电容器中抽出介质板所做的功410

｛范例11.7｝球形电容器的电容412

｛范例11.8｝顺磁质的磁化414

｛范例11.9｝长直圆柱体和介质中的磁感应强度和磁场强度416

｛范例11.10｝同轴电缆的能量密度419

练习题420

第12章 变化的电磁场422

12.1基本内容422

12.2范例的解析、图示、算法和程序424

｛范例12.1｝在匀强磁场中旋转导体棒的电动势（动画）424

｛范例12.2｝在直线电流的磁场中旋转线圈的电动势425

｛范例12.3｝磁场中U形框上导体的运动规律428

｛范例12.4｝无限长通电螺线管磁场变化时的感生电场和电动势431

｛范例12.5｝圆形螺绕环的自感系数433

｛范例12.6｝直线与共面圆环的互感系数435

｛范例12.7｝圆板电容器的位移电流和磁感应强度437

｛范例12.8｝匀速直线运动电荷的位移电流和磁场440

｛范例12.9｝电磁波的发射（动画）442

｛范例12.10｝平面电磁波的传播（动画）444

练习题448

第13章 狭义相对论452

13.1基本内容452

13.2范例的解析、图示、算法和程序453

｛范例13.1｝相对论时间膨胀和长度收缩效应453

｛范例13.2｝洛伦兹坐标变换457

｛范例13.3｝洛伦兹速度变换460

｛范例13.4｝相对论质量与速度的关系463

｛范例13.5｝静止粒子在恒力作用下的直线运动465

｛范例13.6｝带电粒子在磁场中的圆周运动467

｛范例13.7｝相对论能量和动量的关系467

｛范例13.8｝贝托齐极限速率实验结果的模拟469

｛范例13.9｝静止质量相同的粒子的相对论完全非弹性碰撞470

｛范例13.10｝静止粒子的衰变474

练习题479

第14章 量子论基础481

14.1基本内容481

14.2范例的解析、图示、算法和程序484

｛范例14.1｝黑体辐射随波长的变化规律484

｛范例14.2｝光电效应测定普朗克常数487

｛范例14.3｝康普顿散射489

｛范例14.4｝氢原子光谱的规律492

｛范例14.5｝电子的德布罗意波长和双缝干涉图样的模拟（动画）495

｛范例14.6｝一维无限深势阱中粒子的波函数499

｛范例14.7｝势垒和隧道效应（动画）501

｛范例14.8｝角动量空间量子化模型506

｛范例14.9｝氢原子的角向概率密度和径向概率密度508

｛范例14.10｝氢原子的电子云图和概率密度等值面图513

练习题521

参考文献523