基本信息
内容简介
目录
第1篇 牛顿力学与狭义相对论力学基础
第1章 质点运动学
1.1 空间 时间 模型与质点 参考系
1.2 质点运动学的基本概念
1.3 运动学问题举例
1.4 自然坐标加速度的本性方程
1.5 平动参考系变换
习题
第2章 牛顿运动定律
2.1 牛顿运动定律
2.2 力学中常见的力
2.3 牛顿定律应用举例
2.4 非惯性参考系惯性力
习题
第3章 运动定理与守恒定律
3.1 功的概念动能定理
3.2 保守力 系统的势能
3.3 质点系的功能定理机械能守恒
3.4 质点和质点系的动量定理，变质量质点动力学
3.5 质心运动定理 动量守恒定律质心参考系
第1章 质点运动学
1.1 空间 时间 模型与质点 参考系
1.2 质点运动学的基本概念
1.3 运动学问题举例
1.4 自然坐标加速度的本性方程
1.5 平动参考系变换
习题
第2章 牛顿运动定律
2.1 牛顿运动定律
2.2 力学中常见的力
2.3 牛顿定律应用举例
2.4 非惯性参考系惯性力
习题
第3章 运动定理与守恒定律
3.1 功的概念动能定理
3.2 保守力 系统的势能
3.3 质点系的功能定理机械能守恒
3.4 质点和质点系的动量定理，变质量质点动力学
3.5 质心运动定理 动量守恒定律质心参考系
前言
学生是通过物理教材与前辈和当代物理学家展开对话的，教材编写者当是坐在学生一边，尽可能索取物理学的精华，认真重组。教材不等同于授课，其系统性、完整性与条理性是方便读者阅读与自学的前提。作者希望赋予教材的功能是：带领读者由浅人深系统地学习大学物理最基本的内容和科学方法。为此，理清思路，构建合理的知识架构，让读者学懂，而不是含糊其辞似是而非，自然成为编写者追求的目标。全书采用了正面揭示问题，深入探讨概念，扣紧主线前后呼应的编写方法。在物理学科内部，理顺脉络不绕弯；概念和规律，交待清楚不含糊；遇到难点，铺路搭桥不回避。在与其他学科重叠区域，互补链接不推卸不悬空。描述物理图像、使用物理模型力求明确，不生歧义。展开课程内容尽量贴近现实生活，抓住常识与科学概念之间的冲突作为深化认识、拓展视野的契机，保持基础科学并不高深莫测的本来形象。.
学生理解物理概念，掌握物理规律不可能一步到位，发疑和释疑必将充满学习之路。这里需要提醒初学大学物理的学生，对高中建立的概念和方法要有“升级换代”的精神准备。首当其冲的力学，从一个较高的起点出发，就带来较宽的视角，学生可以感觉到，并不陌生的物理概念背后有很多问题需要再思考。一时出现理解不透、抓不住要领的状态其实是学习物理过程的正常心理体验。
诚如李政道教授所说：“真正物理学家其研究的目的，就是要把所有形形色色，似乎不相关的自然现象都归纳成同一组基础原理，都能融会贯通。这就是物理之精华。”物理学逻辑结构的特点是具有统一性，其各分支学科之间有着内在的联系，有着共同的理论基础。表面看来无关的事物在物理学中可以找到内在关联，不同领域发生的现象可能有完全相同的数学表述。物理课程的深刻内涵与深远意义就源于物理学的普遍性和统一性，如匀速圆周运动和简谐振动的关系，热机效率与热源温度的关系，无序性与态函数熵的关系，时间空间对称性与守恒定律的关系，质量与能量的关系，电与磁的关系，波与粒子的关系，牛顿力学与相对论的关系或量子力学的关系，以致臭氧层破坏与氟利昂使用的关系等。发现这些关联的科学方法与过程，带领着人类“思维向客体永恒地、无止境地接近”。的确如萨根所言：“理解世界是一种享受，没有被鼓励着去积极思考的人是不幸的。”物理学给学习者不仅提供了无限的想象空间，也提供了无数可深入研究的发展方向。激发学生对物理学的浓厚兴趣，就有益于他们投入到科学工作中来。基础知识一旦与学生的潜能和悟性相结合，必然内化为学生的科学文化素养，各种能力也将产生于这片沃土，为进入新的更深入的领域学习和工作奠定了厚实的基础。
物理科学有着震撼心灵的强大的知识资源，物理课程可以有选择地把它们艺术地展现出来。大学物理教材应当是选材共性与结构个性的统一，不同作者针对心目中的不同读者群可能产生的问题，对物理学基础内容构造不尽相同的简化模型。这个模型应当体现物理科学统一性的基本特点，具有与物理科学一致的逻辑结构，使读者得到更多的启迪。本书提供一些与主线有松散联系的阅读材料，力图拉近物理学与工程技术的距离，展示物理学对人类文明、社会进步产生的巨大推动作用。
物理学的定量本质，决定了它曾经是很多数学问题和方法产生的根源。这个紧密结合过程在大学基础课阶段，通过“微积分”和“大学物理”两门课程得以再现。整合这两门基础课，凸显呼应加强链接，对于降低课程难度，提升课程水平，实现物理与数学双向受惠是必要的并且是可能的，对教与学都大有裨益。本书力图成为工科数学物理平台的组成部分，在教学内容本质上重叠的区域拆除人为的藩篱，友好沟通，努力将科学方法的共同点及其相互关联加以阐明，克服分离趋向，在大基础上修建跨学科的绿色通道。..
本书由“牛顿力学与狭义相对论力学基础”、“热学”、“电磁学”、“振动与波动”、“波动光学”和“量子物理学基础”6篇内容组成。在力学中，参照系问题实际是绵延很长的“暗礁”，把它搞清楚，理解相对论就不困难了。守恒定律面对的是质点系统，所以质点系动力学是力学的重点，刚体作为一个特殊的质点组可以顺理成章地解决。在热学篇，微观的统计方法和唯象的热力学方法是交织阐述的，充分利用理想气体这个物理模型，展示了热现象的本质及一般规律。其重点与难点是统计规律性与热力学第二定律以及熵的概念。电磁学篇中既有实验规律描述又有提炼概念、提出假说、场方程归纳的理论过程，所以对电磁场运动规律的认识是在一个视点不断上升的过程中进行的。形成场的观念，理解场和实物的相互作用，理解场方程，理解场与路的关系，对初学者是难点，然而，有电学和磁学两个可类比的循环，一旦突破对电磁运动规律的认识就能上升到麦克斯韦方程组的高度。振动与波动的核心是研究周期性过程，振动讲时间的周期性，波动涉及时间空间双重周期性。这部分的概念与规律都从力学模型引出，然后利用类比的方法推向电磁与光。在学过电磁学以后讲波动，应当立足于波场，但需要明确使用直观的物理模型，本书抓住张紧弦线这一模型贯穿始终，从无限长、半无限长到有限长，把行波、驻波的运动学与动力学特征顺序引出。作为麦克斯韦方程组应用和光电磁本性的铺垫，本书有一章专门讨论电磁波。波动光学以同时介绍惠更斯原理和费马原理开篇，在此基础上给出光的折反射定律，使几何光学的成像理论成为波动光学的一个组成部分，而后光的偏振与电磁波的横波性质相呼应。干涉概念在本书中是在波动光学中才出现的，因为掌握了光学干涉，机械波的干涉就易如反掌。衍射也如此。而干涉、衍射紧连着量子物理学中粒子的波动性，它们是近代物理与经典物理之间的一个重要的结合点，通过电子衍射实验把读者带入全新的量子世界。本书仅介绍了量子力学最基本的概念，但是文字叙述得比较详细，使读者能够初步领略微观世界物理图像的描述方法及其规律。
解答一定数量例题和习题是学好物理基础理论的条件之一。本书将一部分与基本概念、基本方法有较强关联的习题转化为例题置人相关的章节，为自学和深入理解提供较多的范例。部分习题增加了多层设问和提示，使其具有启发性，适当降低了习题难度，起到举一反三的作用。
阅读材料选自于多种科学文献与专家学者的报告，改编后与广大读者分享，以培养学生了解科技前沿的习惯和兴趣。由于多方取材，只能在此一并向原作者表示衷心的感谢与敬意。
书中标有“*”号的部分章节为选学内容，教师可以选择课上讲解，要求学生自学或者跳过，不影响后续内容的学习。
本书作者有融会百家之长的初衷，有把物理学讲得比较明白的夙愿。二十余年从名师名著中汲取营养，消化吸收，屡修屡改，并不间断地实践于讲台，逐渐形成一个比较紧凑的体系和独特的风格。然而，受作者学识能力限制，偏颇不当之处在所难免，希望得到同行批评指正!
作者特别感激清华大学出版社的各位编辑，他们以锐利的目光指出了原稿中存在的诸多问题与纰漏，帮助作者纠正，使作者获益匪浅。
作者衷心感谢张三慧、吴思诚、李申生、陆果诸位教授的指导与鼓励，衷心感谢张丹海、张国忠两位教授的帮助。作者深深怀念已经去世的梁铁铮教授，他生前与作者进行过大量有益的讨论。...
陈 治
2006年2月
学生理解物理概念，掌握物理规律不可能一步到位，发疑和释疑必将充满学习之路。这里需要提醒初学大学物理的学生，对高中建立的概念和方法要有“升级换代”的精神准备。首当其冲的力学，从一个较高的起点出发，就带来较宽的视角，学生可以感觉到，并不陌生的物理概念背后有很多问题需要再思考。一时出现理解不透、抓不住要领的状态其实是学习物理过程的正常心理体验。
诚如李政道教授所说：“真正物理学家其研究的目的，就是要把所有形形色色，似乎不相关的自然现象都归纳成同一组基础原理，都能融会贯通。这就是物理之精华。”物理学逻辑结构的特点是具有统一性，其各分支学科之间有着内在的联系，有着共同的理论基础。表面看来无关的事物在物理学中可以找到内在关联，不同领域发生的现象可能有完全相同的数学表述。物理课程的深刻内涵与深远意义就源于物理学的普遍性和统一性，如匀速圆周运动和简谐振动的关系，热机效率与热源温度的关系，无序性与态函数熵的关系，时间空间对称性与守恒定律的关系，质量与能量的关系，电与磁的关系，波与粒子的关系，牛顿力学与相对论的关系或量子力学的关系，以致臭氧层破坏与氟利昂使用的关系等。发现这些关联的科学方法与过程，带领着人类“思维向客体永恒地、无止境地接近”。的确如萨根所言：“理解世界是一种享受，没有被鼓励着去积极思考的人是不幸的。”物理学给学习者不仅提供了无限的想象空间，也提供了无数可深入研究的发展方向。激发学生对物理学的浓厚兴趣，就有益于他们投入到科学工作中来。基础知识一旦与学生的潜能和悟性相结合，必然内化为学生的科学文化素养，各种能力也将产生于这片沃土，为进入新的更深入的领域学习和工作奠定了厚实的基础。
物理科学有着震撼心灵的强大的知识资源，物理课程可以有选择地把它们艺术地展现出来。大学物理教材应当是选材共性与结构个性的统一，不同作者针对心目中的不同读者群可能产生的问题，对物理学基础内容构造不尽相同的简化模型。这个模型应当体现物理科学统一性的基本特点，具有与物理科学一致的逻辑结构，使读者得到更多的启迪。本书提供一些与主线有松散联系的阅读材料，力图拉近物理学与工程技术的距离，展示物理学对人类文明、社会进步产生的巨大推动作用。
物理学的定量本质，决定了它曾经是很多数学问题和方法产生的根源。这个紧密结合过程在大学基础课阶段，通过“微积分”和“大学物理”两门课程得以再现。整合这两门基础课，凸显呼应加强链接，对于降低课程难度，提升课程水平，实现物理与数学双向受惠是必要的并且是可能的，对教与学都大有裨益。本书力图成为工科数学物理平台的组成部分，在教学内容本质上重叠的区域拆除人为的藩篱，友好沟通，努力将科学方法的共同点及其相互关联加以阐明，克服分离趋向，在大基础上修建跨学科的绿色通道。..
本书由“牛顿力学与狭义相对论力学基础”、“热学”、“电磁学”、“振动与波动”、“波动光学”和“量子物理学基础”6篇内容组成。在力学中，参照系问题实际是绵延很长的“暗礁”，把它搞清楚，理解相对论就不困难了。守恒定律面对的是质点系统，所以质点系动力学是力学的重点，刚体作为一个特殊的质点组可以顺理成章地解决。在热学篇，微观的统计方法和唯象的热力学方法是交织阐述的，充分利用理想气体这个物理模型，展示了热现象的本质及一般规律。其重点与难点是统计规律性与热力学第二定律以及熵的概念。电磁学篇中既有实验规律描述又有提炼概念、提出假说、场方程归纳的理论过程，所以对电磁场运动规律的认识是在一个视点不断上升的过程中进行的。形成场的观念，理解场和实物的相互作用，理解场方程，理解场与路的关系，对初学者是难点，然而，有电学和磁学两个可类比的循环，一旦突破对电磁运动规律的认识就能上升到麦克斯韦方程组的高度。振动与波动的核心是研究周期性过程，振动讲时间的周期性，波动涉及时间空间双重周期性。这部分的概念与规律都从力学模型引出，然后利用类比的方法推向电磁与光。在学过电磁学以后讲波动，应当立足于波场，但需要明确使用直观的物理模型，本书抓住张紧弦线这一模型贯穿始终，从无限长、半无限长到有限长，把行波、驻波的运动学与动力学特征顺序引出。作为麦克斯韦方程组应用和光电磁本性的铺垫，本书有一章专门讨论电磁波。波动光学以同时介绍惠更斯原理和费马原理开篇，在此基础上给出光的折反射定律，使几何光学的成像理论成为波动光学的一个组成部分，而后光的偏振与电磁波的横波性质相呼应。干涉概念在本书中是在波动光学中才出现的，因为掌握了光学干涉，机械波的干涉就易如反掌。衍射也如此。而干涉、衍射紧连着量子物理学中粒子的波动性，它们是近代物理与经典物理之间的一个重要的结合点，通过电子衍射实验把读者带入全新的量子世界。本书仅介绍了量子力学最基本的概念，但是文字叙述得比较详细，使读者能够初步领略微观世界物理图像的描述方法及其规律。
解答一定数量例题和习题是学好物理基础理论的条件之一。本书将一部分与基本概念、基本方法有较强关联的习题转化为例题置人相关的章节，为自学和深入理解提供较多的范例。部分习题增加了多层设问和提示，使其具有启发性，适当降低了习题难度，起到举一反三的作用。
阅读材料选自于多种科学文献与专家学者的报告，改编后与广大读者分享，以培养学生了解科技前沿的习惯和兴趣。由于多方取材，只能在此一并向原作者表示衷心的感谢与敬意。
书中标有“*”号的部分章节为选学内容，教师可以选择课上讲解，要求学生自学或者跳过，不影响后续内容的学习。
本书作者有融会百家之长的初衷，有把物理学讲得比较明白的夙愿。二十余年从名师名著中汲取营养，消化吸收，屡修屡改，并不间断地实践于讲台，逐渐形成一个比较紧凑的体系和独特的风格。然而，受作者学识能力限制，偏颇不当之处在所难免，希望得到同行批评指正!
作者特别感激清华大学出版社的各位编辑，他们以锐利的目光指出了原稿中存在的诸多问题与纰漏，帮助作者纠正，使作者获益匪浅。
作者衷心感谢张三慧、吴思诚、李申生、陆果诸位教授的指导与鼓励，衷心感谢张丹海、张国忠两位教授的帮助。作者深深怀念已经去世的梁铁铮教授，他生前与作者进行过大量有益的讨论。...
陈 治
2006年2月
