大學物理學（第三版）C5版 上冊
作者：張三慧
圖書詳細信息：
ISBN：9787302304043定價：28元
印次：3-2
裝幀：平裝
印刷日期：2013-12-18
圖書簡介：
本書是張三慧編著的《大學物理學》（第三版）力學、熱學，講述物理學基礎理論的力學和熱學部分。其中力學部分包括質點力學、剛體的轉動、振動和波；熱學部分包括溫度和氣體動理論，熱力學第一和第二定律。書中特別著重於守恆定律的講解，也特別注意從微觀上闡明物理現象及規律的本質。內容的選擇上除了包括經典基本內容外，還注意適時插入現代物理概念與物理思想。為了擴大學生的現代物理知識領域，本書還專辟了“今日物理趣聞”欄目以備選講或選讀。此外，安排了許多現代的聯繫各方面的實際的例題和習題。本書可作為高等院校的物理教材，也可以作為中學物理教師教學或其他讀者自學的參考書，與本書配套的《大學物理學（第三版）學習輔導與習題解答》可幫助讀者學習本書。
前言
這部《大學物理學》（第三版）含力學、熱學、電磁學、光學和量子物理5部分內容。本書內容完全涵蓋了2006年我國教育部發布的“非物理類理工學科大學物理課程基本要求”。書中對物理學的基本概念與規律進行了正確明晰的講解。講解基本上都是以最基本的規律和概念為基礎，推演出相應的概念與規律。筆者認為，在教學上套用這種演繹邏輯更便於學生從整體上理解和掌握物理課程的內容。力學是以牛頓定律為基礎展開的。除了直接套用牛頓定律對問題進行動力學分析外，還引入了動量、角動量、能量等概念，並著重講解相應的守恆定律及其套用。除慣性系外，還介紹了利用非慣性系解題的基本思路，剛體的轉動、振動、波動這三章內容都是上述基本概念和定律對於特殊系統的套用。
熱學的講述是以微觀的分子運動的無規則性這一基本概念為基礎的。除了闡明經典力學對分子運動的套用外，特別引入並加強了統計概念和統計規律，包括麥克斯韋速率分布律的講解。對熱力學第一定律也闡述了其微觀意義。對熱力學第二定律是從巨觀熱力學過程的方向性講起，說明方向性的微觀根源，並利用熱力學機率定義了玻耳茲曼熵並說明了熵增加原理。這種講法最能揭露熵概念的微觀本質，也便於理解熵概念的推廣套用。
電磁學按照傳統講法，講述電磁學的基本理論，包括靜止和運動電荷的電場、運動電荷和電流的磁場、介質中的電場和磁場、電磁感應、電磁波等。
光學以電磁波和振動的疊加的概念為基礎，講述了光電干涉和衍射的規律。光的偏振講述了電磁波的橫波特徵。然後，根據光電波動性在特定條件下的近似特徵--直線傳播，講述了幾何光學的基本定律及反射鏡和透鏡的成像原理。
以上力學、熱學、電磁學、光學各部分的內容基本上都是經典理論，但也在適當地方穿插了量子理論的概念和結論以便相互比較。前言大學物理學（第三版）量子物理是從波粒二象性出發以定態薛丁格方程為基礎講解的。介紹了原子、分子中電子的運動規律以及狹義相對論的知識。狹義相對論的講解以兩條基本假設為基礎，從同時性的相對性這一“關鍵的和革命的”（楊振寧語）概念出發，逐漸展開得出各個重要結論。這種講解可以比較自然地使學生從物理上而不只是從數學上弄懂狹義相對論的基本結論。關於教學要求中的擴展內容，如基本粒子和宇宙學的基本知識是在“今日物理趣聞A”和“今日物理趣聞C”欄目中作為現代物理學前沿知識介紹的。
本書除了5部分的基本內容外，還開闢了“今日物理趣聞”欄目，介紹物理學的近代套用與前沿發展。
本書各章均配有習題，以幫助學生理解和掌握已學的物理概念和定律或擴充一些新的知識。這些題目有易有難，絕大多數是實際現象的分析和計算。題目的數量適當，不以多取勝。也希望學生做題時不要貪多，而要求精，要真正把做過的每一道題從概念原理上搞清楚，並且用儘可能簡潔明確的語言、公式、圖像表示出來，需知，對一個科技工作者來說，正確地書面表達自己的思維過程與成果也是一項重要的基本功。
本書在保留經典物理精髓的基礎上，特別注意加強了現代物理前沿知識和思想的介紹。本書內容取材在注重科學性和系統性的同時，還注重密切聯繫實際，選用了大量現代科技與我國古代文明的資料，力求達到經典與現代，理論與實際的完美結合。
本書在量子物理中專門介紹了近代（主要是20世紀30年代）物理知識，並在其他部分適當介紹了物理學的最新發展，同時為了在大學生中普及物理學前沿知識以擴大其物理學背景，在“今日物理趣聞”專欄中，分別介紹了基本粒子、混沌--決定論的混亂、大爆炸和宇宙膨脹、能源與環境、電漿、超導電性等專題。這些都是現代物理學以及公眾非常關心的題目。本書所介紹的趣聞有的已伸展到最近幾年的發現，這些“趣聞”很受學生的歡迎，他們拿到新書後往往先閱讀這些內容。
物理學很多理論都直接聯繫著當代科技乃至人們的日常生活。教材中列舉大量實例，既能提高學生的學習興趣，又有助於對物理概念和定律的深刻理解以及創造性思維的啟迪。本書在例題和習題部分引用了大量的實例，特別是反映現代物理研究成果和套用的實例，如全球定位系統、光碟、宇宙探測、天體運行、雷達測速、立體電影等。同時還大量引用了我國從古到今技術上以及生活上的有關資料，例如古籍《宋紀要》關於“客星”出沒的記載，北京天文台天線陣，長征火箭，神舟飛船，天壇祈年殿，黃果樹瀑布，阿迪力走鋼絲，本人抖空竹，1976年唐山大地震，1988年特大洪災，等。這些例子體現了民族文化，可以增強學生對物理的“親切感”，而且有助於學生的民族自豪感和責任心的提升。
物理教學除了“授業”外，還有“育人”的任務。為此本書介紹了十幾位科學大師的事跡，簡要說明了他們的思想境界、治學態度、開創精神和學術成就，以之作為學生為人處事的借鑑。在此我還要介紹一下我和帕塞爾教授的一段交往。帕塞爾教授是哈佛大學教授，1952年因對核磁共振研究的成果榮獲諾貝爾物理學獎。我於1977年看到他編寫的《電磁學》，深深地為他的新講法所折服。用他的書講述兩遍後，於1987年冒然寫信向他請教，沒想到很快就收到他的回信（見附圖）和贈送給我的教材（第二版）及習題解答。他這種熱心幫助一個素不相識的外國教授的行為使我非常感動。
帕塞爾《電磁學》（第二版）封面
本書作者與帕塞爾教授合影（1993年）
帕塞爾回信複印件
他在信中寫道“本書170-171頁關於L. Page的註解改正了第一版的一個令人遺憾的疏忽。1963年我寫該書時不知道Page那篇出色的文章，我並不認為我的講法是原創的--遠不是這樣--但當時我沒有時間查找早先的作者追溯該講法的歷史。現在既然你也喜歡這種講法，我希望你和我一道在適當時機宣揚Page的1912年的文章。”一位物理學大師對自己的成就持如此虛心、謙遜、實事求是的態度使我震撼。另外他對自己書中的疏漏（實際上有些是印刷錯誤）認真修改，這種嚴肅認真的態度和科學精神也深深地教育了我。帕塞爾這封信所顯示的作為一個科學家的優秀品德，對我以後的為人處事治學等方面都產生了很大影響，始終視之為楷模追隨仿效，而且對我教的每一屆學生都要展示帕塞爾的這封信對他們進行教育，收到了很好的效果。
本書的撰寫和修訂得到了清華大學物理系教師的熱情幫助（包括經驗與批評），也採納了其他兄弟院校的教師和同學的建議和意見。此外也從國內外的著名物理教材中吸取了很多新的知識、好的講法和有價值的素材。這些教材主要有：新概念物理教程（趙凱華等）, Feyman Lectures on Physics, Berkeley Physics Course (Purcell E M, Reif F, et al.) , The Manchester Physics Series (Mandl F, et al.) , Physics (Chanian H C.) , Fundamentals of Physics (Resnick R) , Physics (Alonso M et al.）等。
對於所有給予本書幫助的教師和學生以及上述著名教材的作者，本人在此謹致以誠摯的謝意。清華大學出版社諸位編輯對第三版雜亂的原稿進行了認真的審閱和編輯，特在此一併致謝。
張三慧2008年1月於清華園
目錄
A 基本粒子1A.1 粒子的發現與特徵1A.2 粒子分類2
A.3 粒子的轉化與守恆定律4
第1章 質點運動學6
1.1 參考系6
1.2 質點的位矢、位移和速度10
1.3 加速度14
1.4 勻加速運動16
1.5 拋體運動18
1.6 圓周運動21
1.7 相對運動25
習題27
第2章 運動與力28
2.1 牛頓運動定律28
2.2 常見的幾種力31
??2.3 基本的自然力33
2.4 套用牛頓定律解題35
2.5 非慣性系與慣性慣性力慣性力38
習題40
今 日物理趣聞B 混沌--決定論的混亂43B.1 決定論決定論的決定論的可預測性 predictability可預測性43
B.2 決定論決定論的決定論的不可預測性可預測性43B.3 對初值的敏感性45
第3章 動量與角動量47
3.1 衝量 impulse衝量與動量動量定理動量定理47
3.2 動量動量守恆定律動量守恆定律50
??3.3 質心52
3.4 質點的質點的角動量角動量動量和動量動量定理角動量定理角動量定理53
3.5 動量動量守恆定律角動量守恆定律角動量守恆定律56
3.6 質點系的動量動量定理角動量定理角動量定理56
習題57
目錄大學物理學（第三版）第4章 功和能59
4.1 功功59
4.2 動能動能定理 theorem of kinetic energy動能定理62
4.3 勢能勢能65
4.4 引力引力勢能勢能67
4.5 機械能機械能守恆定律機械能守恆定律68
4.6 守恆定律的意義71
4.7 碰撞碰撞72
習題77
今 日物理趣聞C 奇妙的對稱性對稱性80C.1 對稱美80
C.2 對稱性對稱性種種82
C.3 物理定律的對稱性對稱性83
第5章 剛體的轉動轉動84
5.1 剛體剛體轉動轉動的描述84
5.2 轉動轉動定律86
5.3 轉動轉動慣量轉動慣量的計算87
5.4 轉動轉動定律的套用90
5.5 角動量角動量動量守恆92
5.6 轉動中的轉動轉動中的功和能94
習題97
第6章 振動99
6.1 簡諧運動簡諧運動的描述99
6.2 簡諧運動簡諧運動的動力學102
6.3 簡諧運動簡諧運動的能量 energy of simple harmonic motion簡諧運動的能量105
6.4 阻尼 damping阻尼振動阻尼振動106
6.5 受迫振動 共振共振108
6.6 同一直線上同頻率的 along a straight line with same frequency同一直線上同頻率頻率的簡諧運動的合成109
6.7 同一直線上不同頻率的簡諧運動的合成111
??6.8 兩個相互垂直的相互垂直的簡諧運動簡諧運動的合成簡諧運動的合成112
習題113
第7章 波動115
7.1 行波 fravelling wave行波115
7.2 簡諧波簡諧波116
7.3 物體的彈性彈性形變 elastic deformation彈性形變121
7.4 彈性彈性介質中的波速123
7.5 波的能量125
7.6 惠更斯原理與波的反射和折射128
7.7 波的疊加 駐波130
7.8 聲波聲波134
7.9 都卜勒效應都卜勒效應136
習題138
第8章 溫度和氣體動理論氣體動理論140
8.1 平衡態平衡態140
8.2 溫度溫度的概念141
8.3 理想氣體理想氣體溫標溫標142
8.4 理想氣體理想氣體狀態方程理想氣體狀態方程 equation of state of ideal gas狀態方程144
8.5 氣體分子的無規則運動無規則運動146
8.6 理想氣體理想氣體的壓強 pressure of an ideal gas理想氣體的壓強147
8.7 溫度溫度的微觀微觀意義151
8.8 能量均分定理 equipartition theorem能量均分定理152
8.9 麥克斯韋麥克斯速率分布律 Maxwell speed distribution law麥克斯韋速率速率分布律154
8.10 麥克斯韋麥克斯韋速率分布律麥克斯韋速率速率分布律的實驗驗證158
習題159
今 日物理趣聞D 大爆炸和宇宙膨脹 expansion of the universe宇宙膨脹161D.1 現時的宇宙161
D.2 宇宙膨脹宇宙膨脹和大爆炸大爆炸162
D.3 從大爆炸大爆炸到今天164
D.4 宇宙的未來167
D.5 至大和至小的理論結合起來了170
第9章 熱力學第一定律172
9.1 功 熱量 熱力學熱力學第一定律熱力學第一定律172
9.2 靜過程準靜態過程 quasi-static process準靜態過程174
9.3 熱容熱容177
9.4 絕熱過程絕熱過程絕熱過程181
9.5 循環過程循環過程循環過程185
9.6 卡諾 Carnot,S.卡諾循環 Carnot cycle卡諾循環187
9.7 致冷循環致冷循環189
習題191
今 日物理趣聞E 能源與環境193E.1 各式能源能源的利用193
E.2 人類環境環境問題194
第10章 熱力學第二定律199
10.1 自然過程過程的方向過程的方向199
10.2 熱力學第二定律熱力學第二定律及其微觀微觀意義201
10.3 熱力學機率熱力學機率與自然過程過程的方向過程的方向202
10.4 玻耳茲曼玻耳茲曼熵熵公式與熵熵增加原理熵增加原理205
10.5 可逆過程過程207
習題209
數值表211
習題答案213
