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绪章绪论
介绍了开设课程的意义，课程主要内容、课程特点和适宜对象等。介绍了物理学研究的对象和物理学体系，只要体会物理学研究的方法和物理学中包含的思想。
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●0.1课程介绍 物理学研究对象和方法
物理学是人类探索自然奥秘的过程中形成的学科，是研究物质基本结构、基本运动形式以及物质间相互作用规律的科学。物理学发展中的每一个新理论的建立，新的实践成就，除对人类社会发展和生活产生重大影响外，还使人们看待自然和世界（包括社会）的观念得到更新、认知得到提升。物理学探索万物之理。我们在新工科、新农科背景下，全力推进卓越工程、农林人才培养，重构课程体系，重塑课程内容，融合物理学与其它学科的交叉。
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●0.2物理学与其它学科的交叉访谈
《物之理——大学物理（1）》在线开放课程讲授内容包括：
第1章 质点运动学和动力学， 第2章 刚体定轴转动， 第3章流体力学，第4章 狭义相对论，第5章 振动和波动，第6章 静电学，第7章 稳恒磁场和电磁感应， 第8章 光学。
课程按照物理学的发展和内容体系，系统地介绍了力学、振动波动学、电磁学和光学的基本概念、物理原理、物理方法和物理思想，同时，为建设适应新工科、新农科发展的需要， 把物理学的最新发展及物理学在农学、食品科学等领域的交叉应用加入教学中。
在整个教学过程中，除了注重学科交叉外，还注重“立德树人、培养情怀”。物理学的研究内容和发展过程决定了物理学教学在培养科学信念、帮助学生树立科学世界观中具有非常重要的作用。物理学是自然科学，蕴含哲理，具文化情怀。
本在线课程适用于中国农业大学各专业本科生，也适合其它理工科、农、林、医各高等院校的学生，和有一定数学基础的人文科学和其他领域学习者。
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第一章质点运动学和动力学
经典力学研究物体运动规律。力学中描述物体运动的内容叫做运动学。实际的物体结构复杂，大小各异，为了从最简单的研究开始，引进质点模型。动力学的基本规律是牛顿三定律。以这三定律为基础的力学体系叫牛顿力学或经典力学。本章讲解质点运动学和动力学，包括参考系、位置矢量、速度、加速度等；以及圆周运动、相对运动。质点动力学中讲述牛顿运动定律及其应用，惯性参考系，若在费惯性参考系中，科里奥利力等；最后讲述功能原理，保守力和非保守力，机械能守恒。
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●1.1质点运动的描述
本节讲述质点运动的描述，引入了几个最基本的物理量：位置矢量、速度、加速度等；讲述这些物理量的关系及物理意义。
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●1.2自然坐标系 圆周运动
从圆周运动的特点用角量来描述圆周运动，引入自然坐标系（法向和切向单位矢量），引入法向加速度和切向加速度来描述质点的一般曲线运动。
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●1.3牛顿定律及应用
本节讲述所有力都源于四种基本作用力：万有引力、电磁力、弱相互作用、强相互作用。牛顿三定律内容及其应用，以物体在流体中所受阻力为例，分析物体的运动。
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●1.4相对运动 伽利略变换
本节讲述物体的相对运动，在物体低速运动（远远小于光速时）伽利略变换方程(位置矢量、速度）；伽利略-牛顿相对性原理：力学定律在所有惯性参考系中是等价的。
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●1.5力做的功 能 弹性势能
本节讲述功与能、力做的功，如何求恒力的功、变力的功；变力的功的举例（弹簧弹力的功），以及弹性势能简介。
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●1.6非惯性系 惯性力
本节讲述非惯性系，具有平动加速度的非惯性系中研究物体的运动，引入惯性力的概念及其应用。
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●1.7科里奥利力
在转动的具有加速度的非惯性参考系中，引入科里奥利力及其应用，例如台风、河岸冲刷等。
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●1.8保守力和非保守力 势能
本节从讲述地球表面附近重力的功开始，扩展到万有引力的功；然后引出保守力和非保守力的概念，对于非保守力，所做的功不仅决定于受力质点的始末位置，而且和质点经过的路径有关。对于保守力，引出势能：重力势能、万有引力势能等。
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●1.9功能原理 机械能守恒
本节讲述功能原理、机械能守恒定律，以及机械能守恒定律的应用：卫星在万有引力作用下的各种运动。
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第二章动量 角动量
本章主要介绍了相互作用和运动状态改变的关系。描述物体运动状态在平动和转动情况下所需要的物理量是不同，改变运动状态的原因也不同。利用实例，对比研究了平动中的力、动量、动量定理和转动中的力矩、角动量及角动量定理，及相应的守恒定律。
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●2.1力 动量
本节学习动量概念，体会牛顿运动定律的动量表述，突出力、动量和质量的本质。质量是惯性，动量是运动状态，而力是克服惯性，改变状态的动因，体会其中的哲学意义。学习了几种常见的力，引入惯性力的概念。
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●2.2动量定理 动量守恒
本节学习质点、质点系的动量和动量定理，讲述了动量定律的物理意义及其结合实际生活的应用。
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●2.3角动量 力矩
本节学习质点转动状态的描述，质心运动定理，角动量和力矩。
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●2.4质点角动量定理 角动量守恒定律
类比动量定理，本节学习质点和质点系的角动量定理，角动量守恒定律及其应用。
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●2.5本章小结和习题
本节为小结内容
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第三章刚体定轴转动
一般而言，质点系内各质点间的相互作用相当复杂，对每个质点的完全描述比较困难，这时我们只能满足于质点系作为一个整体的运动的描述。若质点系受外力时，质点间的距离不随时发生变化，这样的质点系称为刚体。刚体是为了简化问题提出的一个理想模型。物体在运动时，一般可以看成是质心处质点的平动及物体内各点绕过质心的轴所做的定轴转动。本章的主要内容有角量、力矩使刚体转动的转动定律、转动惯量、角动量、动量矩、转动动能、刚体中的功与能的概念等。
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●3.1质心运动定理，实例分析及应用
将质点系或物体的所有质量集中于一个假想的质量中心点，该点可简称为质心，与质点的相对位置和坐标选取无关。质心位置是质点位置以质量为权重的平均值，其位置反映出质点系质量分布的一种特征。
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●3.2质点和刚体定轴转动
最简单的刚体转动为定轴转动，各质点的线量一般不同，但角量都相同，描述刚体整体的运动常用角量。
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●3.3刚体定轴转动定律及应用
刚体定轴转动的动力学问题，可借助于质点系的角动量定理。角动量随时变化率来自于合外力矩的大小。
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●3.4定轴转动中的功和能
合外力矩对定轴转动刚体所作的功等于刚体转动动能的增加。系统机械能的增量等于外力的功与耗散内力功的总和。
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●3.5章小结和习题
本节为小节内容
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第四章流体力学
风无定势，水无常形，气体和液体组成的流体，与人类生活息息相关。
人类在探索自然、利用自然的过程中，总结出流体宏观运动规律，以及流体和周围物体之间相互作用的科学，就是流体力学。
远古大禹“堙洪水，绝江河”而治水患，公元3世纪秦朝李冰父子修建的都江堰，免除岷江水灾，沃野成都平原，至今仍发挥作用。如今，我们的交通、生产、生活及健康都因流体科学的发展获益良多，期待大家通过课程学习，掌握知识，理解现象，应用科学为生活造福。 -
●4.1流体及流体静力学
介绍流体的基本概念和连续介质模型，静力学相关性质和原理，例如帕斯卡原理、阿基米德原理及其生活中的应用
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●4.2流体描述及连续性方程
介绍研究流体运动的两种经典方法，着重介绍欧拉法研究理想流体的运动规律：连续性方程及其在生活中的具体应用。
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●4.3伯努利方程与应用
介绍功能原理在流体中的体现：伯努利方程及其在生活中的具体应用。
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●4.4粘滞流体的流动
介绍粘滞流体的流动及运动状态判断，并介绍实际流体运动情况。
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●4.5粘滞流体运动规律
介绍粘滞流体的流动规律及具体生活、医学、工程上的应用。
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●4.6液体的表面性质
介绍液体的表面性质，并解释其微观本因；介绍了表面张力在生活中的应用。
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●4.7毛细现象及其应用
介绍液体的毛细现象及其在生活中的应用。
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●4.8流体力学习题
结合生活讲解一些流体力学典型题。
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第五章振动与波动
物体在一定位置附近所做的往复运动叫机械振动。从日常生活到生产技术以及自然界中到处存在着振动。一切发声体都是振动，海浪的起伏和地震是振动和波动。振动有简单和复杂之别。最简单的振动是简谐运动，它是最基本的振动。振动可以看成许多简谐运动的合成。
机械振动在介质中的传播为机械波，如声波、水波、地震波。本章先学习简谐运动的描述和动力学，以及振动合成。然后对阻尼振动和共振及其应用加以简单介绍。然后学习波动特征及其简谐行波波函数及其特征，波的传播规律--干涉和衍射，波的干涉中重点学习驻波；最后介绍多普勒效应。 -
●5.1简谐振动的描述
本节讲述简谐振动，质点运动时，如果离开平衡位置的位移x（或角位移θ）按正弦规律随时间变化，这种运动就叫简谐振动。简谐振东最典型的例子为弹簧振子的运动，介绍描述简谐振动的物理量，及其动力学和运动学方程，最后介绍简谐振子的能量。
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●5.2简谐振动的实例
本节介绍两个简谐运动的实例：单摆和复摆。学习单摆和复摆维简谐运动的条件及其描述，例如周期等。
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●5.3振动的合成共振及其应用
本节介绍两个同方向同频率简谐运动的合成，同一直线同频率的两简谐振动合成后仍为同频率的简谐振动。两个同方向不同频率（频率相差不大））简谐振动的合成为拍，介绍拍的特点及拍頻；最后简单介绍阻尼振动、共振及共振的意义。
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●5.4波动特征量及其意义 能量
本节重在机械波及其描述。机械波是机械振动在弹性介质中的传播.波源和弹性介质是产生机械波的两个必要条件。波动的三个特点：1）波的叠加、满足想干条件发生波的干涉；2）介质不随波向前传播，振动的形式和能量在空间传播；3）波速由介质决定。
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●5.5行波波动方程
行波数学描述。波动的最大特点是其在空间和时间上周期性的变化.如果所传播的振动是谐振动,媒质中各质点均做同频率、同振幅的谐振动,这样的波为简谐波.如果简谐波的波面为平面,则为平面简谐波.我们主要讨论如何描述平面简谐波.通常用周期、频率、振幅、波长、波速等物理量描述它，简谐行波的波动方程为本节的重点内容。
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●5.6驻波：音乐中的物理
波的叠加可以产生独特的现象。驻波就是一例。在同一介质中两列频率、振动方向相同，振幅也相同的简谐波，在同一直线上沿相反方向传播时叠加形成驻波。本节介绍音乐中的物理学。
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●5.7波的干涉和衍射
本节介绍惠更斯原理---波面上的所有点可被看成发射子波的点波源，这些子波的包络面就是新的波前。基于惠更斯原理，可以解释波的传播行为（例如衍射等）。本届对波的干涉做一简单介绍
，例如杨氏双缝实验、光栅、x射线衍射等。 -
●5.8多普勒效应及其应用
多普勒效应产生的原因及其规律；及其多普勒效应在医学、交通等领域的应用。
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第六章静电学
静电荷激发静电场。本章学习静电荷性质及电荷间的相互作用，静电场的力特性和能量特性。静电场和导体、电介质的相互影响和作用规律。学习库仑定律、高斯定理、环路定理间的本质联系。
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●6.1电荷 电荷间的相互作用
本节从电荷的命名历史开始，学习电荷的基本性质，电荷间的相互作用实验规律。学习库仑定律的平方反比特性和万有引力定律的类似性、体会静电场和引力场的相似形和不同。学习库仑定律的应用及其在电磁学中的重要地位。
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●6.2电场 电场强度
从静电力是非接触力引出电场的概念，电场是传递电荷间相互作用的物质，具有力的特性，用电场强度描述。本节主要学习电场强度及其矢量叠加原理，电荷体系电场强度的计算。
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●6.3电通量 高斯定理
为几何形象描述电荷间相互作用，引出电场线的概念。本节学习电场线性质、电通量计算、静电场高斯定理及其应用。
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●6.4静电场环路定理 电势
本节学习静电场的功能特性，从静电力做功特点学习静电场的环路定理。从静电场的保守性导出电势和电势差的概念和计算。进一步学习电场的力特性和能量特性间的关系。等势面的角度描述静电场的力特性，导出电场线和等势面间的关系。电场强度是电势的梯度，而电势是电场强度的线积分，二者对立统一，从两个角度描述电场。
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●6.5静电场的导体
本节学习导体在静电场中的静电感应和静电平衡时电荷和电场的分布。介绍了静电屏蔽和尖端放电等现象及其应用，有导体时高斯定理的应用，学习电容和电容器及电容的计算。
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●6.6静电场中的电介质
本节学习电介质在静电场中的极化规律，有电介质存在时的高斯定理及应用，电位移矢量和介质电容率的概念。
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●6.7静电场能量
以点电荷体系和电容器充电为例，从功能转换的角度研究了静电场的能量。从能量的宏观表达推导出电场能量的微观本质。 静电场是物质，本身具有能量的特性，能量密度与电场强度平方成正比。
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第七章稳恒磁场 电磁感应
静电荷激发静电场，运动的电荷激发磁场。空间分布不随时间变化的磁场称为恒定磁场。恒定电流激发恒定磁场。本章先介绍恒定电流知识，学习稳恒磁场的基本规律和力和能量特性。学习磁场对运动电荷的作用、对载流导体的作用规律。学习磁场对介质的磁化及其规律。
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●7.1恒定电流 稳恒磁场
磁场是存在于运动电荷周围空间的一种特殊物质，对位于其中的运动电荷有力的作用。空间分布不随时间变化的磁场称为稳恒磁场。引入磁感应强度来描述磁场在各点的大小和方向。电流元在空间任意点所激发的磁场由毕奥-萨伐尔定律描述。
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●7.2磁高斯定理和环路定理
通过任一闭合曲面的总磁通量为0，这是磁场的高斯定理，反映磁场的无源性。磁感应强度B沿任何闭合路径的线积分，等于该闭合路径所包围的各个电流的代数和乘以磁导率，与环路的大小、形状无关。这个结论称为安培环路定理，反映磁场的有旋性、非保守性
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●7.3磁介质的磁化应用
在磁场作用下发生变化并反过来影响磁场的物质叫磁介质。磁介质在磁场下的变化叫磁化。磁化现象可以由分子电流和分子磁矩来解释。有磁介质时的安培环路定理表明磁场强度沿任意闭合路径的线积分等于穿过该回路的所有传导电流的代数和，与磁化电流无关。磁场强度矢量是描述磁场的辅助物理量。
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●7.4磁场对运动电荷的作用
学习磁场对运动电荷的作用规律及举例应用。
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●7.5磁场对载流导线的作用
本节学习磁场对载流导线的作用力及其应用与计算，电流单位"安培"的定义。计算载流平面线圈在磁场中所受的力矩，学习磁矩，计算磁力对运动载流导线所做的功。
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●7.6电磁感应定律
分析几种电磁感应实验现象， 学习法拉第电磁感应定律和楞次定律及其物理本质，电磁感应定律的应用和历史重要作用。
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●7.7感应电动势 感生电场
本节学习因载流导体运动引起的动生电动势及其非静电力实质，学习因磁感应强度变化产生的感生电动势及其非静电场本质。学习麦克斯韦提出变化的磁场激发蜗旋电场的创新性。学习感生电场的计算和应用。
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●7.8自感 磁场能量
学习自感现象和自感系数的定义和计算。从自感线圈在电路中的能量推导出磁场的储能，磁场能量与磁感应强度平方成正比，是磁场物质特性的体现，类比电场理解。
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●7.9位移电流
位移电流概念是麦克斯韦的创新假设之一。前面我们学习了，磁场变化激发涡旋电场，那么在电容器充放电的过程中，电场也能激发磁场，此磁场由位移电流产生。本节学习位移电流和位移电流密度的概念，学习有电容器的电路中全电路欧姆定理。特别要体会麦克斯韦的创新思维。
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●7.10麦克斯韦方程组
本节全面学习电场磁场的通量和环路积分定理，包括源电荷、传导电流是否存在的情况和电场、磁场变化的情况。 学习麦克斯韦总结的四个电磁场方程的物理意义和美学意义，以及预言电磁波存在的伟大历史意义。赫兹实验发现电磁波，且正是光就是电磁波，理论和实验相统一，电磁场是一个整体，体会创新思想的重要性。
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第八章波动光学基础
第 八 章：波动光学基础
光学是物理学的一个重要组成部分。人类对光的研究至少已有两千多年的历史，其中研究最早的是几何光学，它以光的直线传播性质和折射、反射定律为基础，研究光在透明介质中的传播规律。17世纪和18世纪是光学发展史上的一个重要时期，在这段时间内，科学家们不仅开始从实验上对光进行研究，而且也着手进行已有的光学知识的系统化、理论化。到19世纪中期，麦克斯韦奠定了光波的电磁理论基础。20世纪初，人们对光的本性认识又向前迈进了一大步，最终承认了光具有波粒二象性。本章介绍波动光学的基本内容，根据光的波动性研究光的传播规律，主要内容有：光的干涉、衍射及其应用，光的偏振现象等。 -
●8.1光学简史
17世纪以前，对光的研究主要集中在光的传播以及光与物质的相互作用方面，主要是指的几何光学。对于光究竟是什么，直到17世纪才形成两种不同的观点：微粒说和波动说。从这个时期开始，光学才作为一门科学被学界承认。到19世纪中期，麦克斯韦确立了光波的电磁理论，20世纪以后，光的波粒二象性逐渐被人们所接受。至此人们得出了结论：光既是波又是粒子，在不同场合表现出不同的属性。
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●8.2光的相干性
干涉现象是波动过程的基本特征之一。由频率相同、振动方向相同、相位差保持恒定的两个波源所发出的的波是相干波，在两相干波相遇的区域内，有些点的振动始终加强，有些点的振动始终减弱或完全抵消，即产生干涉现象。但是普通光源不能产生相干现象，从普通光源获得相干光的方法一种是分波阵面法，另一种是分振幅法。
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●8.3杨氏双缝干涉
杨氏双缝干涉实验时最早利用单一光源形成两束相干光，从而获得干涉现象的典型试验。杨氏双缝干涉可以得到条纹间距相等、强度相等的明暗相间的干涉条纹。
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●8.4薄膜干涉
薄膜干涉是常见的光的干涉现象，具有丰富多彩的内容。油膜、肥皂膜等干涉现象，都属于薄膜干涉，类似的现象出现在照相机镜头、眼镜镜片的镀膜层上，劈尖和牛顿环等装置呈现的也是薄膜干涉条纹。利用薄膜干涉不仅可以测定波长和镀膜的厚度，而且还可以提高或降低光学器件的透射率。迈克尔孙精心设计的干涉仪证明了以太的不存在，否定了绝对参考系的存在，为相对论的产生提供了有力的支撑。
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●8.5单缝衍射
光作为一种电磁波，在传播中若遇到尺寸比光的波长大得不多的障碍物时，它就不在遵循直线传播的规律，而会传到障碍物的阴影区域并形成明暗变化的衍射条纹。菲涅尔对于衍射的研究做出了巨大的贡献，他在惠更斯的基础上，建立了惠更斯菲涅尔原理。
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●8.6光栅衍射
在单缝衍射中，若缝较宽，明纹亮度虽较强，但是相邻明条纹的间隔很窄而不易分辨；若缝很窄，间隔虽可加宽，但明文亮度却显著减小。这两种情况下很难精确地测定条纹宽度，所以用单缝衍射并不能精确地测定光波波长。我们可以用衍射光栅得到既亮又窄的条纹，进而精确地进行光波波长的测定。
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●8.7光的偏振
光的干涉和衍射并没有告诉我们光波是横波还是纵波。从17世纪末到19世纪初，在这漫长的一百多年间，相信波动说的人们都将光波与声波相比较，无形中把光视为纵波。相信光是横波是杨于1817年提出的。菲涅尔也独立的领悟到了这一思想，并运用横波理论解释了偏振光的干涉，光的偏振现象有力地证明了光是横波的论断。
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●8.8本章小结
本章小结