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张三慧著

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出版社：清华大学出版社

ISBN：9787302455844

版次：3

商品编码：12142488

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-02-01

用纸：胶版纸

页数：257

字数：410000

正文语种：中文

具体描述

内容简介

　　《大学基础物理学》（第3版）分上下两册，上册内容包括力学和热学。力学篇讲述经典的质点力学、理想流体的运动规律、刚体转动的基本内容和狭义相对论基础知识等。热学篇着重在分子论的基础上用统计概念说明温度、气体的压强以及麦克斯韦分布率。下册内容包括电磁学、波动与光学、量子物理基础。电磁学篇按传统体系讲述了电场、电势、磁场、电磁感应和电磁波的基本概念和规律，还说明了电场和磁场的相对性。波动与光学篇介绍了振动与波的基本特征和光的干涉、衍射和偏振的基本规律。量子物理基础篇介绍了波粒二象性、概率波、不确定关系和能量量子化等基本概念以及原子和固体中电子的状态和分布的规律，最后还介绍了原子核的结合能、放射性衰变和核反应等基本知识。本书还编写了大量来自生活、实用技术以及自然现象等方面的例题和习题。　　本书上下册内容涵盖了大学物理学教学的基本要求，可作为高等院校物理课程的教材，也可作为中学物理教师或其他读者的自学参考书。　　与本书配套的《大学基础物理学学习辅导与习题解答（第3版）》、电子教案、教师用书（电子版）均由清华大学出版社出版。

内页插图

精彩书摘

　　第3章

　　动量与角动量

　　第2章讲解了牛顿第二定律，主要是用加速度表示的式（2.3)的形式。该式表示了力和受力物体的加速度的关系，那是一个瞬时关系，即与力作用的同时物体所获得的加速度和此力的关系。实际上，力对物体的作用总要延续一段或长或短的时间。在很多问题中，在这段时间内，力的变化复杂，难于细究，而我们又往往只关心在这段时间内力的作用的总效果。这时我们将直接利用式（2.2)表示的牛顿第二定律形式，而把它改写为微分形式并称为动量定理。本章首先介绍动量定理，接着把这一定理应用于质点系，导出了一条重要的守恒定律——动量守恒定律。然后对于质点系，引入了质心的概念，并说明了外力和质心运动的关系。后面几节介绍了和动量概念相联系的描述物体转动特征的重要物理量——角动量，在牛顿第二定律的基础上导出了角动量变化率和外力矩的关系——角动量定理，并进一步导出了另一条重要的守恒定律——角动量守恒定律。

　　3.1冲量与动量定理

　　把牛顿第二定律公式（2.2）写成微分形式，即Fdt=dp(3.1)式中乘积Fdt叫做在dt时间内质点所受合外力的冲量。此式表明在dt时间内质点所受合外力的冲量等于在同一时间内质点的动量的增量。这一表示在一段时间内，外力作用的总效果的关系式叫做动量定理。

　　如果将式(3.1)对t0到t′这段有限时间积分，则有∫t′t0Fdt=∫p′p0dp=p′-p0(3.2)左侧积分表示在t0到t′这段时间内合外力的冲量，以I表示此冲量，即

　　I=∫t′t0Fdt

　　则式(3.2)可写成I=p′-p0(3.3)式(3.2)或式(3.3)是动量定理的积分形式，它表明质点在t0到t′这段时间内所受的合外力的冲量等于质点在同一时间内的动量的增量。值得注意的是，要产生同样的动量增量，力大力小都可以: 力大，时间可短些；力小，时间需长些。只要外力的冲量一样，就产生同样的动量增量。

　　第3章动量与角动量3.1冲量与动量定理动量定理常用于碰撞过程，碰撞一般泛指物体间相互作用时间很短的过程。在这一过程中，相互作用力往往很大而且随时间改变。这种力通常叫冲力。例如，球拍反击乒乓球的力，两汽车相撞时的相互撞击的力都是冲力。图3.1是清华大学汽车碰撞实验室做汽车撞击固定壁的实验照片与相应的冲力的大小随时间的变化曲线。

　　图3.1汽车撞击固定壁实验中汽车受壁的冲力

　　（a) 实验照片； (b) 冲力�彩奔淝�线

　　对于短时间Δt内冲力的作用，常常把式（3.2)改写成Δt=ΔP(3.4)式中是平均冲力，即冲力对时间的平均值。平均冲力只是根据物体动量的变化计算出的平均值，它和实际的冲力的极大值可能有较大的差别，因此它不足以完全说明碰撞所可能引起的破坏性。例3.1汽车碰撞实验。在一次碰撞实验中，一质量为1200kg的汽车垂直冲向一固定壁，碰撞前速率为15.0m/s，碰撞后以1.50m/s的速率退回，碰撞时间为0.120s。试求：（1）汽车受壁的冲量；（2）汽车受壁的平均冲力。

　　解以汽车碰撞前的速度方向为正方向，则碰撞前汽车的速度v=15.0m/s，碰撞后汽车的速度v′=-1.50m/s，而汽车质量m=1200kg。

　　（1）由动量定理知汽车受壁的冲量为I=p′-p=mv′-mv=1200×(-1.50)-1200×15.0

　　=-1.98×104(N·s)(2) 由于碰撞时间Δt=0.120s，所以汽车受壁的平均冲力为=IΔt=-1.98×1040.120=-165 (kN)上两个结果的负号表明汽车所受壁的冲量和平均冲力的方向都和汽车碰前的速度方向相反。

　　平均冲力的大小为165kN，约为汽车本身重量的14倍，瞬时最大冲力还要比这大得多。例3.2棒击垒球。一个质量m=140 g的垒球以v=40m/s的速率沿水平方向飞向击球手，被击后它以相同速率沿θ=60°的仰角飞出，求垒球受棒的平均打击力。设球和棒的接触时间Δt=1.2ms。

　　解本题可用式（3.4)求解。由于该式是矢量式，所以可以用分量式求解，也可直接用矢量关系求解。下面分别给出两种解法。

　　(1) 用分量式求解。已知v1=v2=v,选如图3.2所示的坐标系，利用式(3.4)的分量式，由于v1x=-v,v2x=vcosθ，可得垒球受棒的平均图3.2例3.2解法(1)图示

　　打击力的x方向分量为x=ΔpxΔt=mv2x-mv1xΔt=mvcosθ-m(-v)Δt

　　=0.14×40×(cos60°+1)1.2×10-3=7.0×103(N)又由于v1y=0,v2y=vsinθ，可得此平均打击力的y方向分量为Fy=ΔpyΔt=mv2y-mv1yΔt=mvsinθΔt

　　=0.14×40×0.8661.2×10-3=4.0×103(N)球受棒的平均打击力的大小为F=F2x+F2y=103×7.02+4.02=8.1×103(N)以α表示此力与水平方向的夹角，则tanα=FyFx=4.0×1037.0×103=0.57图3.3例3.2解法（2）图示由此得α=30°（2）直接用矢量公式（3.4）求解。按式（3.4）m?瘙經2,m?瘙經1以及Δt形成如图3.3中的矢量三角形，其中mv2=mv1=mv。由等腰三角形可知,与水平面的夹角α=θ/2=30°，且Δt=2mvcosα，于是F=2mvcosαΔt=2×0.14×40×cosα1.2×10-3=8.1×103(N)注意，此打击力约为垒球自重的5900倍!例3.3火车运煤。一辆装煤车以v=3 m/s的速率从煤斗下面通过(图3.4)，每秒钟落入车厢的煤为Δm=500 kg。如果使车厢的速率保持不变，应用多大的牵引力拉车厢?(车厢与钢轨间的摩擦忽略不计。)

　　解先考虑煤落入车厢后运动状态的改变。如图3.4所示，以dm表示在dt时间内落入车厢的煤的质量。它在车厢对它的力f带动下在dt时间内沿x方向的速率由零增加到与车厢速率v相同，而动量由0增加到dm·v。由动量定理式（3.1)得，对dm在x方向，应有图3.4煤dm落入车厢被带走

　　fdt=dp=dm·v(3.5)对于车厢，在此dt时间内，它受到水平拉力F和煤dm对它的反作用f′的作用。此二力的合力沿x方向，为F-f′。由于车厢速度不变，所以动量也不变，式（3.1)给出(F-f′)dt=0(3.6)由牛顿第三定律f′=f(3.7)联立解式（3.5),式(3.6)和式(3.7)可得F=dmdt·v以dm/dt=500kg/s，v=3m/s代入得

　　F=500×3=1.5×103(N)3.2动量守恒定律

　　在一个问题中，如果我们考虑的对象包括几个物体，则它们总体上常被称为一个物体系统或简称为系统。系统外的其他物体统称为外界。系统内各物体间的相互作用力称为内力，外界物体对系统内任意一物体的作用力称为外力。例如，把地球与月球看做一个系统，则它们之间的相互作用力称为内力，而系统外的物体如太阳以及其他行星对地球或月球的引力都是外力。本节讨论一个系统的动量变化的规律。

　　3.2动量守恒定律先讨论由两个质点组成的系统。设这两个质点的质量分别为m1,m2。它们除分别受到相互作用力(内力)f和f′外，还受到系统外其他物体图3.5两个质点的系统的作用力(外力)F1,F2,如图3.5所示。分别对两质点写出动量定理式（3.1),得(F1+f)dt=dp1,(F2+f′)dt=dp2将这二式相加，可以得(F1+F2+f+f′)dt=dp1+dp2由于系统内力是一对作用力和反作用力，根据牛顿第三定律，得f=-f′或f+f′=0，因此上式给出(F1+F2)dt=d(p1+p2)如果系统包含两个以上，例如i个质点，可仿照上述步骤对各个质点写出牛顿定律公式，再相加。由于系统的各个内力总是以作用力和反作用力的形式成对出现的，所以它们的矢量总和等于零。因此，一般地又可得到∑iFidt=d∑ipi(3.8)其中∑iFi为系统受的合外力，∑ipi为系统的总动量。式（3.8)表明，系统的总动量随时间的变化率等于该系统所受的合外力。内力能使系统内各质点的动量发生变化，但它们对系统的总动量没有影响。（注意： “合外力”和“总动量”都是矢量和！）

　　如果在式（3.5)中，∑iFi=0,立即可以得到d∑ipi=0,或∑ipi=∑imi?瘙經i=常矢量∑iFi=0(3.9)这就是说当一个质点系所受的合外力为零时，这一质点系的总动量就保持不变。这一结论叫做动量守恒定律。

　　一个不受外界影响的系统，常被称为孤立系统。一个孤立系统在运动过程中，其总动量一定保持不变。这也是动量守恒定律的一种表述形式。

　　应用动量守恒定律分析解决问题时，应该注意以下几点。

　　(1) 系统动量守恒的条件是合外力为零，即∑iFi=0。但在外力比内力小得多的情况下，外力对质点系的总动量变化影响甚小，这时可以认为近似满足守恒条件，也就可以近似地应用动量守恒定律。例如两物体的碰撞过程，由于相互撞击的内力往往很大，所以此时即使有摩擦力或重力等外力，也常可忽略它们，而认为系统的总动量守恒。又如爆炸过程也属于内力远大于外力的过程，也可以认为在此过程中系统的总动量守恒。

　　(2) 动量守恒表示式(3.9)是矢量关系式。在实际问题中，常应用其分量式,即如果系统沿某一方向所受的合外力为零，则该系统沿此方向的总动量的分量守恒。例如，一个物体在空中爆炸后碎裂成几块，在忽略空气阻力的情况下，这些碎块受到的外力只有竖直向下的重力，因此它们的总动量在水平方向的分量是守恒的。

　　(3) 由于我们是用牛顿定律导出动量守恒定律的，所以它只适用于惯性系。

　　以上我们从牛顿定律出发导出了以式(3.9)表示的动量守恒定律。应该指出，更普遍的动量守恒定律并不依靠牛顿定律。动量概念不仅适用于以速度?瘙經运动的质点或粒子，而且也适用于电磁场，只是对于后者，其动量不再能用m?瘙經这样的形式表示。考虑包括电磁场在内的系统所发生的过程时，其总动量必须也把电磁场的动量计算在内。不但对可以用作用力和反作用力描述其相互作用的质点系所发生的过程，动量守恒定律成立；而且，大量实验证明，对其内部的相互作用不能用力的概念描述的系统所发生的过程，如光子和电子的碰撞，光子转化为电子，电子转化为光子等过程，只要系统不受外界影响，它们的动量都是守恒的。动量守恒定律实际上是关于自然界的一切物理过程的一条最基本的定律。例3.4冲击摆。如图3.6所示，一质量为M的物体被静止悬挂着，今有一质量为m的子弹沿水平方向以速度?瘙經射中物体并停留在其中。求子弹刚停在物体内时物体的速度。

　　解由于子弹从射入物体到停在其中所经历的时间很短，所以在此过程中物体基本上未动而停在原来的平衡位置。于是对子弹和物体这一系统，在子弹射入这一短暂过程中，它们所受的水平方向的外力为零，因此水平方向的动量守恒。设子弹刚停在物体中时物体的速度为V，则此系统此时的水平总动量为（m+M)V。由于子弹射入前此系统的水平总动量为mv，所以有mv=(m+M)V由此得V=mm+Mv图3.6例3.4用图图3.7例3.5用图

　　例3.5反向滑动。如图3.7所示，一个有1/4圆弧滑槽的大物体的质量为M，停在光滑的水平面上，另一质量为m的小物体自圆弧顶点由静止下滑。求当小物体m滑到底时，大物体M在水平面上移动的距离。

　　解选如图3.7所示的坐标系，取m和M为系统。在m下滑过程中，在水平方向上，系统所受的合外力为零，因此水平方向上的动量守恒。由于系统的初动量为零，所以，如果以?瘙經和V分别表示下滑过程中任一时刻m和M的速度，则应该有0=mvx+M(-V)因此对任一时刻都应该有mvx=MV就整个下落的时间t对此式积分，有m∫t0vxdt=M∫t0Vdt以s和S分别表示m和M在水平方向移动的距离，则有s=∫t0vxdt,S=∫t0Vdt

　　因而有ms=MS又因为位移的相对性，有s=R-S,将此关系代入上式，即可得S=mm+MR值得注意的是，此距离值与弧形槽面是否光滑无关，只要M下面的水平面光滑就行了。例3.6放射性衰变。原子核147Sm是一种放射性核，它衰变时放出一α粒子，自身变成143Nd核。已测得一静止的147Sm核放出的α粒子的速率是1.04×107m/s，求143Nd核的反冲速率。

　　解以M0和V0(V0=0)分别表示147Sm核的质量和速率，以M和V分别表示143Nd核的质量和速率，以m和v分别表示α粒子的质量和速率，V和?瘙經的方向如图3.8所示，以147Sm核为系统。由于衰变只是147Sm核内部的现象，所以动量守恒。结合图3.8所示坐标的方向，应有V和?瘙經方向相反，其大小之间的关系为图3.8147Sm衰变

　　M0V0=M(-V)+mv由此解得143Nd核的反冲速率应为V=mv-M0V0M=(M0-M)v-M0V0M代入数值得V=(147-143)×1.04×107-147×0143=2.91×105(m/s)

　　例3.7粒子碰撞。在一次α粒子散射过程中，α粒子(质量为m)和静止的氧原子核(质量为M)发生“碰撞”图3.9例3.7用图

　　(如图3.9所示)。实验测出碰撞后α粒子沿与入射方向成θ=72°的方向运动，而氧原子核沿与α粒子入射方向成β=41°的方向“反冲”。求α粒子碰撞后与碰撞前的速率之比。

　　解粒子的这种“碰撞”过程，实际上是它们在运动中相互靠近，继而由于相互斥力的作用又相互分离的过程。考虑由α粒子和氧原子核组成的系统。由于整个过程中仅有内力作用，所以系统的动量守恒。设α粒子碰撞前、后速度分别为?瘙經1,?瘙經2，氧核碰撞后速度为V。选如图坐标系，令x轴平行于α粒子的入射方向。根据动量守恒的分量式，有x向mv2cosθ+MVcosβ=mv1

　　y向mv2sinθ-MVsinβ=0两式联立可解出v1=v2cosθ+v2sinθsinβcosβ=v2sinβsin(θ+β)

　　v2v1=sinβsin(θ+β)=sin41°sin(72°+41°)=0.71即α粒子碰撞后的速率约为碰撞前速率的71％。3.3火箭飞行原理3.3火箭飞行原理

　　火箭是一种利用燃料燃烧后喷出的气体产生的反冲推力的发动机。它自带燃料与助燃剂，因而可以在空间任何地方发动。火箭技术在近代有很大的发展，火箭炮以及各种各样的导弹都利用火箭发动机作动力，空间技术的发展更以火箭技术为基础。各式各样的人造地球卫星、飞船和空间探测器都是靠火箭发动机发射并控制航向的。

　　火箭飞行原理分析如下。为简单起见，设火箭在自由空间飞行，即它不受引力或空气阻力等任何外力的影响。如图3.10所示，把某时刻t的火箭(包括火箭体和其中尚存的燃料)作为研究的系统，其总质量为M，以v表示此时刻火箭的速率，则此时刻系统的总动量为Mv(沿空间坐标x轴正向)。此后经过dt时间，火箭喷出质量为dm的气体，其喷出速率相对于火箭体为定值u。在t+dt时刻，火箭体的速率增为v+dv。在此时刻系统的总动量为dm·(v-u)+(M-dm)(v+dv)图3.10火箭飞行原理说明图

　　由于喷出气体的质量dm等于火箭质量的减小，即-dM，所以上式可写为-dM·(v-u)+(M+dM)(v+dv)由动量守恒定律可得-dM·(v-u)+(M+dM)(v+dv)=Mv展开此等式，略去二阶无穷小量dM·dv，可得udM+Mdv=0

　　或者dv=-udMM设火箭点火时质量为Mi,初速为vi，燃料烧完后火箭质量为Mf，达到的末速度为vf，对上式积分则有∫vfvidv=-u∫MfMidMM

　　由此得

　　vf-vi=ulnMiMf(3.10)此式表明，火箭在燃料燃烧后所增加的速率和喷气速率成正比，也与火箭的始末质量比(以下简称质量比)的自然对数成正比。

　　如果只以火箭本身作为研究的系统，以F表示在时间间隔t到t+dt内喷出气体对火箭体（质量为（M-dm）)的推力，则根据动量定理，应有Fdt=(M-dm)［(v+dv)-v］=Mdv将上面已求得的结果Mdv=-udM=udm代入，可得F=udmdt(3.11)此式表明，火箭发动机的推力与燃料燃烧速率dm/dt以及喷出气体的相对速率u成正比。例如，一种火箭的发动机的燃烧速率为1.38×104 kg/s，喷出气体的相对速率为2.94×103m/s，理论上它所产生的推力为F=2.94×103×1.38×104=4.06×107(N)这相当于4000 t海轮所受的浮力!

　　为了提高火箭的末速度以满足发射地球人造卫星或其他航天器的要求，人们制造了若干单级火箭串联形成的多级火箭（通常是三级火箭）。

　　火箭最早是中国发明的。我图3.11“火龙出水”火箭国南宋时出现了作烟火玩物的“起火”，其后就出现了利用起火推动的翎箭。明代茅元仪著的《武备志》(1628年)中记有利用火药发动的“多箭头”(10到100支)的火箭，以及用于水战的叫做“火龙出水”的二级火箭(见图3.11，第二级藏在龙体内)。我国现在的火箭技术也已达到世界先进水平。例如长征三号火箭是三级大型运载火箭，全长43.25m,最大直径3.35m，起飞质量约202 t，起飞推力为2.8×103 kN。2003年我们发射了自己的载人宇宙飞船“神舟五号”，以后我们还要登月。

　　3.4质心3.4质心

　　在讨论一个质点系的运动时，我们常常引入质量中心(简称质心)的概念。设一个质点系由N个质点组成，以m1,m2,…,mi,…,mN分别表示各质点的质量，以r1,r2,…,ri,…,rN分别表示各质点对某一坐标原点的位矢(图3.12)。我们用公式图3.12质心的位置矢量rC=∑imiri〖〗∑imi=∑imirim(3.12)定义这一质点系的质心的位矢，式中m=∑imi是质点系的总质量。作为位置矢量，质心位矢与坐标系的选择有关。但可以证明质心相对于质点系内各质点的相对位置是不会随坐标系的选择而变化的，即质心是相对于质点系本身的一个特定位置。

　　利用位矢沿直角坐标系各坐标轴的分量，由式(3.12)可以得到质心坐标表示式如下: xC=∑imixim

　　yC=∑imiyim

　　zC=∑imizim(3.13)一个大的连续物体，可以认为是由许多质点(或叫质元)组成的，以dm表示其中任一质元的质量，以r表示其位矢，则大物体的质心位置可用积分法求得，即有rC=∫rdm∫dm=∫rdmm(3.14)它的三个直角坐标分量式分别为xC=∫xdmm

　　yC=∫ydmm

　　zC=∫zdmm(3.15)利用上述公式，可求得均匀直棒、均匀圆环、均匀圆盘、均匀球体等形体的质心就在它们的几何对称中心上。

　　力学上还常应用重心的概念。重心是一个物体各部分所受重力的合力作用点。可以证明尺寸不十分大的物体，它的质心和重心的位置重合。例3.8地月质心。地球质量ME=5.98×1024 kg，月球质量MM=7.35×1022 kg,它们的中心的距离l=3.84×105 km(参见图3.13)。求地�苍孪低车闹市奈恢谩�

　　图3.13例3.8用图

　　解把地球和月球都看做均匀球体，它们的质心就都在各自的球心处。这样就可以把地�苍孪低晨醋龅厍蛴朐虑蛑柿糠直鸺�中在各自的球心的两个质点。选择地球中心为原点，x轴沿着地球中心与月球中心的连线，则系统的质心坐标xC=ME·0+MM·lME+MM≈MMlME

　　=7.35×10225.98×1024×3.84×105=4.72×103(km)这就是地�苍孪低车闹市牡降厍蛑行牡木嗬搿Ｕ庖痪嗬朐嘉�地球半径(6.37×103 km)的70％，约为地球到月球距离的1.2％。例3.9半圆质心。一段均匀铁丝弯成半圆形，其半径为R，求此半圆形铁丝的质心。

　　解选如图3.14所示的坐标系，坐标原点为圆心。由于半圆对y轴对称，所以质心应该在y轴上。任取一小段铁丝，其长度为dl，质量为dm。以ρl表示铁丝的线密度(即单位长度铁丝的质量)，则有dm=ρldl根据式(3.15)可得yC=∫yρldlm由于y=Rsinθ,dl=Rdθ，所以yC=∫π0Rsinθ·ρl·Rdθm=2ρlR2m

　　铁丝的总质量

　　m=πRρl代入上式就可得yC=2πR即质心在y轴上离圆心2R/π处。注意，这一弯曲铁丝的质心并不在铁丝上，但它相对于铁丝的位置是确定的。

　　图3.14例3.9用图

　　3.5质心运动定理

　　将式(3.12)中的rC对时间t求导，可得出质心运动的速度为?瘙經C=drCdt=∑imidridtm=∑imi?瘙經im(3.16)由此可得m?瘙經C=∑imi?瘙經i上式等号右边就是质点系的总动量p，所以有3.5质心运动定理p=m?瘙經C(3.17)

　　……

前言/序言

　　前言

　　大学物理课程在高等学校理工科专业类人才培养中具有其他课程所不能替代的重要作用。大学物理教学不仅教给学生一些必要的物理基础知识，更重要的是引导学生在学习过程中，逐渐形成正确的科学观，掌握科学方法，树立科学精神。物理学还可以开拓学生视野，提高创新意识。

　　《大学基础物理学》（第3版）是在《大学基础物理学》(第2版)（清华大学出版社，2006年）的基础上，根据教育部高等学校物理基础课程教学指导委员会于2011年2月出版的《理工科类大学物理课程教学基本要求》的精神，结合不同类型高校、不同层次教学实践的需要，并听取近些年高等院校师生的反馈信息修订而成的。其中阮东负责第二、四、五篇；安宇负责第一、三篇。本次修订保持了第2版整体结构严谨、精炼，讲述简明、流畅，便于教学的特点。主要修改了第2版中的一些文字表述，更换了部分图表，订正了排版错误。考虑到当今网络使用的便捷和海量资源共享，我们只保留了部分与书中教学内容关联紧密的、有趣的课外阅读材料，以激发学习兴趣，丰富学生的知识面。

　　阮东安宇2016年12月于清华园

　　大学物理课程是大学阶段一门重要的基础课，它将在高中物理的基础上进一步提高学生的现代科学素质。为此，物理课程应提供内容更广泛更深入的系统的现代物理学知识，并在介绍这些知识的同时进一步培养学生的科学思想、方法和态度并引发学生的创新意识和能力。

　　根据上述对大学物理课程任务的理解，本书在高中物理的基础上系统而又严谨地讲述了基本的物理原理。内容的安排总体上是按传统的力、热、电、光、量子物理的顺序。所以“固守”此传统，是因为到目前为止，物理学的发展并没有达到可能和必要在基础物理教学上改变这一总体系的程度。书中具体内容主要是经典物理基本知识，但同时也包含了许多现代物理，乃至一些物理学前沿的理论和实验以及它们在现代技术中应用的知识。本书还开辟了“今日物理趣闻”专栏，简要地介绍了如奇妙的对称性、宇宙发展、全息等课题，以开阔学生视野，激发其学习兴趣，并启迪其创造性。

　　本书选编了大量联系实际的例题和习题，从光盘到打印机，从跳水到蹦极，从火箭到对撞机，从人造卫星到行星、星云等等都有涉及。其中还特别注意选用了我国古老文明与现代科技的资料，如王充论力，苏东坡的回文诗，神舟飞船的升空，热核反应的实验等。对这些例题和习题的分析与求解能使学生更实在又深刻地理解物理概念和规律，了解物理基础知识的重要的实际意义，同时也有助于培养学生联系实际的学风，增强民族自信心。为了便于理解，本书取材力求少而精，论述力求简而明。

　　本书是在第1版（清华大学出版社2003）的基础上，参考老师和学生的意见和建议，并融入了笔者对教学内容的新体会重新修改而成。

　　本书分上下两册，共包括五篇：力学、热学、电磁学、波动与光学、量子物理简介。

　　力学篇完全按传统体系讲述。以牛顿定律为基础和出发点，引入动量、角动量和能量概念，导出动量、角动量和机械能等的守恒定律，最后将它们都推广到普遍的形式。守恒定律在物理思想和方法上讲固然是重要的，但在解决实际问题时经典的动力学概念与规律也常是不可或缺的。本书对后者也作了较详细的讲解。力学篇还强调了参考系的概念，说明了守恒定律的意义，并注意到物理概念和理论的衍生和发展。

　　热学篇除了对系统——特别是气体——的宏观性质及其变化规律作了清晰的介绍外，大大加强了在分子理论基础上的统计概念和规律的讲解。除了在第7章温度和气体动理论中着重介绍了统计规律外，在其他各章对功、热的实质、热力学第一定律、热力学第二定律以及熵的微观意义和宏观表示式等都结合统计概念作了许多独特而清晰的讲解。

　　电磁学篇以库仑定律、毕奥�踩�伐尔定律和法拉第定律为基础展开，直至麦克斯韦方程组。在讲解了电流的磁场之后，还根据相对论指出了电场和磁场的相对性，使学生对电磁场的性质有更深入的理解。在分析方法上，本篇强调了对称性的分析，如在求电场和磁场的分布时，都应用了空间对称性的概念。

　　波动与光学篇主要着眼于清晰地讲解波、光的干涉和衍射的基本现象和规律。

　　量子物理基础篇的重点放在最基本的量子力学概念方面，如波粒二象性、不确定关系等，至于薛定谔方程及其应用、原子中电子运动的规律、固体物理等只作了很简要的陈述。

　　本书内容概括了大学物理学教学的最基本要求。为了帮助学生掌握各篇内容的体系结构与脉络，每篇开始都编制了该篇内容及基本知识系统图。书末附有物理学常用数据的最新公认取值的“数值表”，便于学生查阅和应用。

　　挚地欢迎各位读者对本书的各种意见和建议。

　　张三慧2006年11月于清华

《探索宇宙的奥秘：从宏观到微观的物理之旅》本书是一部致力于揭示自然界基本规律的入门级读物，旨在带领读者踏上一段激动人心的物理学探索之旅。它并非一本传统的教科书，而是以更加直观、生动的方式，呈现物理学如何在理解我们所处的世界中扮演着核心角色。从浩瀚的星辰大海到微观粒子的奇妙运动，物理学始终是我们认识宇宙、改造世界的基石。本书将引导您深入理解那些构成万物之本的物理概念。我们将从经典力学出发，解析物体如何运动，力为何物，以及能量在其中扮演的角色。牛顿的三大运动定律将以清晰的图示和贴近生活的例子加以阐释，帮助您理解为何物体会加速、减速，以及为何行星会在轨道上运行。惯性、动量、功、能、功率这些看似抽象的概念，将被赋予鲜活的生命，让您体会到它们在日常现象背后运作的强大力量。从抛体运动到圆周运动，再到振动和波，我们将一步步揭示运动的规律性。随后，我们将进入热学领域。温度、热量、内能这些概念将不再是简单的感知，而是可以通过量化的物理过程来理解。热力学第一定律和第二定律将解释能量如何在不同形式间转化，以及为什么某些过程是不可逆的。我们将探讨气体的性质、相变（如固态、液态、气态的转变），以及热传导、对流和辐射等现象，帮助您理解从冰箱的制冷到太阳的能量来源。本书将特别关注电磁学的迷人世界。电荷、电流、电压、电阻这些基本概念将构筑起理解电学的基础。我们将深入探究静电场和静磁场的性质，理解它们如何作用于带电粒子。法拉第电磁感应定律将揭示磁场变化如何产生电场，这是发电机和变压器工作的核心原理。麦克斯韦方程组的精髓也将以简化的形式呈现，展示电场和磁场如何交织在一起，形成电磁波，进而解释光的本质。我们还会探讨交流电和直流电的区别，以及它们在现代社会中的应用。光学的奇妙之旅也将是本书的重点之一。我们将从几何光学出发，理解光的直线传播、反射和折射的原理，解释透镜和镜子如何成像，以及照相机、显微镜和望远镜的工作原理。随后，我们将进入物理光学，探讨光的干涉、衍射和偏振等波动特性，解释彩虹的形成、肥皂泡的绚丽色彩，以及激光的特殊性质。进入现代物理学的范畴，本书将为您打开一扇全新的大门。相对论将以通俗易懂的方式介绍爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论。您将了解时间膨胀、长度收缩等颠覆传统观念的现象，以及质量和能量的等价关系 E=mc² 的深远意义。广义相对论将勾勒出引力并非一种力，而是时空弯曲的图景，解释黑洞的形成和星系的引力效应。量子力学的部分将触及构成物质的微观世界的奇特景象。我们将介绍量子化的概念，即能量、动量等物理量并非连续变化，而是以离散的“量子”形式存在。波粒二象性将揭示电子、光子等微观粒子既具有粒子性，又具有波动性。不确定性原理将强调在微观世界中，我们无法同时精确地测量某些成对的物理量，例如位置和动量。量子叠加和量子纠缠等现象将进一步展现微观世界的反直觉特性，为理解半导体、激光器等现代技术奠定基础。本书在讲解物理概念的同时，十分注重理论与实践的结合。我们将穿插介绍物理学在各个领域的广泛应用，例如天文学、材料科学、生物医学、信息技术、能源开发等。通过这些案例，读者将能更深刻地体会到物理学的价值和魅力，理解它是如何推动人类社会进步的。本书力求语言清晰、逻辑严谨，避免使用过于晦涩的术语，并辅以大量的插图、图表和生动的生活实例，帮助读者构建直观的物理图像。每一个章节都力求循序渐进，从基础概念出发，逐步深入到更复杂的理论。我们相信，物理学并非高不可攀，而是人人皆可理解和欣赏的智慧宝藏。无论您是对宇宙的起源充满好奇，还是对身边的科技感到着迷，亦或是希望系统地学习一门严谨的科学，本书都将是您理想的起点。它将点燃您对物理世界的探索热情，培养您的科学思维方式，并为您提供理解和分析复杂现象的有力工具。让我们一起，用物理学的视角，重新认识这个充满奇迹的世界。

用户评价

评分☆☆☆☆☆

读完《大学基础物理学（第3版）上》，我最大的感受就是它在内容的深度和广度之间找到了绝佳的平衡。这本书并非简单地罗列公式和定理，而是深入浅出地探讨了物理学的基本原理，并将其与现实世界的现象紧密联系起来。例如，在讨论功和能的章节，作者不仅详细阐述了动能、势能及其相互转化，还引入了能量守恒定律这一贯穿物理学始终的核心概念。书中的插图和图示也极具启发性，它们以直观的方式展示了力的作用线、运动轨迹以及能量分布等，大大增强了理解的效率。我尤其欣赏作者在讲解过程中所展现出的严谨性，每一个概念的引入、每一个公式的推导都经过了反复的斟酌和验证，确保了其准确性和科学性。即使是对于一些需要较高数学基础才能理解的物理概念，作者也尽可能地通过类比、图示等辅助手段，降低了学习的门槛。此外，书中对于实验的描述也相当到位，它不仅介绍了经典的物理实验，还强调了实验在验证物理理论中的重要作用，这对于培养学生的科学探究精神具有重要的意义。阅读过程中，我发现自己不再是被动地接受知识，而是开始主动思考，尝试将书中的原理应用到生活中的各种现象中去。这本书让我明白，物理学并非是遥不可及的理论，而是与我们息息相关的科学，它解释着我们所看到的世界，以及我们如何与这个世界互动。

评分☆☆☆☆☆

《大学基础物理学（第3版）上》这本书，是我在大学物理学习生涯中遇到的为数不多的能够真正让我“读懂”的教材。它的内容安排非常有条理，从最基础的力学概念入手，逐步深入到动量、能量、转动等更复杂的领域。作者在解释每一个物理量时，都给出了清晰的定义，并且详细阐述了其物理意义和测量方法。我尤其赞赏作者在讲解能量守恒定律时的处理方式。他没有直接给出复杂的数学公式，而是先从功和能的转化入手，通过多个实例，一步步引导读者理解能量守恒的普遍性和重要性。这对于像我这样，初次接触物理学，对抽象概念理解能力稍弱的学生来说，无疑是极大的帮助。书中穿插的大量插图和示意图，更是为理解复杂的物理过程提供了直观的视觉辅助。例如，在讲解力的合成与分解时，作者用到了大量的矢量三角形图，让我能够清晰地看到力的方向和大小关系。此外，这本书的语言风格也非常友好，没有使用过多晦涩难懂的专业术语，即使遇到一些陌生的概念，作者也会用通俗易懂的语言进行解释，让我能够轻松地理解。总而言之，这本书的优点在于它能够将复杂的物理概念以一种清晰、直观、易于理解的方式呈现给读者，尤其适合作为大学物理的入门教材，能够帮助学生建立起扎实的物理基础。

评分☆☆☆☆☆

《大学基础物理学（第3版）上》这本书，简直是我大学物理学习道路上的一盏明灯。在我拿到这本书之前，我对物理的印象一直停留在“晦涩难懂”、“公式繁多”的刻板印象中。然而，这本书的出现，彻底颠覆了我的认知。首先，它的语言风格非常亲切，就像一位耐心的老师在和我聊天一样，娓娓道来。比如，在介绍“惯性”这个概念时，作者没有用生硬的定义，而是通过一个骑自行车突然刹车，身体向前倾的例子，让我们瞬间就明白了惯性是怎么回事。这种“润物细无声”的讲解方式，让学习过程变得轻松愉快。其次，书中的知识结构非常严谨，每个概念的提出都有其逻辑基础，并且知识点之间衔接自然，不会让人感到突兀。从基础的运动学，到力学、能量、动量，再到简单的振动和波动，都循序渐进地展开。我尤其喜欢书中关于“能量守恒”的讲解。作者没有直接给出抽象的公式，而是通过大量的实例，比如水的势能转化为动能，以及弹簧的弹性势能等等，让我们一步步地理解能量守恒的普遍性和重要性。书中大量的插图和图示，也极大地帮助了我对物理现象的理解。比如，在讲解力的合成与分解时，作者用到的矢量图，让我能够一目了然地看到力的方向和大小关系。总而言之，这本书是一本非常优秀的入门教材，它用最通俗易懂的语言，最贴近生活的例子，以及最严谨的逻辑，为我们打开了物理学的大门，让我对物理学习充满了信心和兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书的阅读体验绝对是出乎意料的好。作为一名对物理学一直抱有好感但又总觉得难以入门的学生，我之前尝试过几本教材，但都因为内容过于晦涩或者逻辑不清而半途而废。《大学基础物理学（第3版）上》的出现，彻底改变了我的看法。首先，它在内容的组织上非常清晰，每一个章节都围绕一个核心主题展开，而且各个章节之间的过渡非常自然，让我能够顺畅地将知识点串联起来。在讲解每一个概念时，作者都力求做到深入浅出，既给出了严谨的定义和数学推导，又辅以大量的实例和类比，让我能够从不同角度去理解。我尤其喜欢书中对“功”与“能”的阐述。作者没有直接给出抽象的能量守恒定律，而是先从“力做功”的概念入手，然后逐步引出动能、势能，最后才汇聚到能量守恒这个核心思想。这种循序渐进的学习路径，极大地降低了理解难度，让我能够真正地“领悟”到能量守恒的意义，而不是仅仅记住一个公式。此外，书中对各种物理现象的图解也相当到位，很多复杂的受力分析和运动过程，通过简单的示意图就能一目了然，这对于提升学习效率非常有帮助。总而言之，这本书就像一位经验丰富的导游，带领我在物理学的世界里畅游，它不仅教会我知识，更培养了我对物理学的兴趣和探索精神。

评分☆☆☆☆☆

阅读《大学基础物理学（第3版）上》的过程，就像是在进行一次智力上的探险，充满了发现的乐趣。这本书在内容呈现上，极具匠心。它没有用枯燥的语言堆砌理论，而是将每一个物理概念都融入到一个个生动形象的场景中。比如，在讲解“动量”这个概念时，作者并没有直接抛出公式，而是先从碰撞的例子出发，让我们体会到物体在相互作用过程中“动量”守恒的直观感受。这种“由感性到理性”的教学方式，让我这个对抽象概念不太敏感的学生，也能轻松地理解和掌握。书中的数学推导也处理得恰到好处，既保证了科学的严谨性，又避免了过于复杂的计算，让我们可以专注于理解物理原理本身。我特别喜欢书中对“万有引力定律”的讲解。作者不仅仅给出了公式，还详细地解释了牛顿是如何从苹果落地的现象联想到月球绕地球运动的，这种科学史的引入，让我对物理学的形成过程有了更深的认识，也感受到了科学家的智慧和灵感。此外，书中还穿插了一些思考题和课后练习，这些题目往往设计得非常巧妙，能够引导我们去运用所学的知识解决实际问题，从而加深理解和记忆。总的来说，这本书最大的亮点在于它能够将看似高深的物理学，以一种引人入胜、易于理解的方式呈现出来，它不仅是一本教科书，更是一本能够激发我们学习兴趣的启蒙读物。

评分☆☆☆☆☆

不得不说，《大学基础物理学（第3版）上》这本书在知识的传授方式上，给我留下了深刻的印象。它不像我之前接触过的很多教材那样，上来就是一堆公式和定理，而是以一种更加“生活化”的视角来切入物理学的世界。书的开篇，并没有直接抛出抽象的物理定律，而是从我们身边最熟悉的现象入手，比如物体运动的惯性，以及我们为什么会感受到“力”的存在。这种方式让我觉得，物理学并不是一门脱离现实的学科，而是与我们的日常生活息息相关的。在讲解牛顿运动定律的部分，作者更是将理论与实践结合得淋漓尽致。他用了很多生活中非常生动的例子，比如骑自行车时的惯性、推箱子时受到的阻力等等，来解释这些抽象的定律。这种“润物细无声”的讲解方式，让我能够轻松地理解每一个定律背后的物理意义，而不是死记硬背公式。更重要的是，这本书的章节安排也很有逻辑性，知识点层层递进，不会让人感到突兀。从最基本的运动学，到力学、动量、功和能，再到转动等，都衔接得非常自然。我觉得这本书最大的成功之处在于，它能够将抽象的物理概念，通过生动形象的描述和贴近生活的例子，转化为读者能够理解和接受的知识。对于很多初学者来说，这本教材无疑是他们踏入物理学殿堂的敲门砖，能够有效地激发他们对物理学的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直为我这样的“物理小白”量身定制！它没有那种上来就吓人的复杂数学公式，而是用一种非常接地气的方式，把我一步步引进了物理学的世界。一开始，作者就用引人入胜的语言，介绍了物理学的魅力，让我觉得物理原来不只是枯燥的公式，而是揭示宇宙运行奥秘的钥匙。然后，在讲解牛顿定律的时候，作者真是煞费苦心，不仅写了教科书式的定义，还插入了大量我生活中能看到的例子，比如骑自行车刹车、玩滑板等等。我从来没想过，这些日常小事里竟然蕴含着这么深刻的物理原理！更让我惊喜的是，书中对“力”的讲解非常细致，不仅仅是推、拉，还区分了重力、弹力、摩擦力等等，并且用图示把这些力的方向和作用点都清晰地画了出来，这一点真的太重要了！很多时候，我就是因为搞不清力的方向而做错题。这本书的逻辑也很顺畅，感觉像是在和我对话一样，一步一步地引导我思考。每一个新的概念出现，都会在前一个概念的基础上，让我更容易理解。书中的语言也通俗易懂，即使是第一次接触这些概念，也不会感到迷茫。我觉得这本书最大的优点就是，它让我爱上了物理，而不是害怕物理。它让我看到了物理学的趣味性和实用性，也让我对学习物理充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书简直是物理学入门的绝佳选择！作为一名对科学充满好奇但基础薄弱的普通学生，我在选择教材时曾犹豫不决。市面上的教材五花八门，有的过于深入，让我望而却步；有的又过于浅显，感觉抓不住重点。《大学基础物理学（第3版）上》这本书，就像一位循循善诱的老师，用清晰易懂的语言，将抽象的物理概念层层剥开。开篇就对物理学的研究对象、基本概念做了引人入胜的介绍，比如惯性、力、能量这些看似熟悉，实则蕴含深刻道理的词汇，都被作者以一种全新的视角重新解读。书中对牛顿运动定律的讲解尤为精彩，不仅给出了严谨的数学推导，更结合了大量生动形象的实例，比如生活中司空见惯的推车、跳远，甚至宇宙中的天体运动，都巧妙地融入其中，让我不仅理解了公式背后的物理意义，更能感受到物理学在解释宏观世界规律中的强大力量。章节之间的过渡自然流畅，知识点层层递进，不会让人感到突兀或难以衔接。即使是初次接触这些概念的学生，也能在阅读中逐步建立起对经典力学的整体认知框架。更值得称赞的是，作者在讲解中非常注重逻辑性和条理性，每个概念的提出都有其前因后果，每个公式的推导都力求严谨，这对于培养学生的科学思维至关重要。这本书的编排也很人性化，段落清晰，重点突出，关键的定义和公式都会用醒目的方式标注出来，方便读者回顾和记忆。总而言之，如果你是物理学新手，想打下坚实的基础，这本书绝对是你的不二之选。它不仅是一本教材，更是一扇通往物理学殿堂的入门之门，让我对未来的物理学习充满了信心和期待。

评分☆☆☆☆☆

《大学基础物理学（第3版）上》这本书，绝对是我见过最能“把抽象变具体”的物理教材。作为一个对物理概念常常感到“云里雾里”的学生，这本书给了我前所未有的清晰感。作者在讲解每一个物理定律时，都遵循着一个非常巧妙的逻辑：先从现象入手，再引导思考，最后引出定律。比如，在讲解“运动和力”的关系时，作者并没有直接抛出牛顿定律，而是先从我们日常生活中观察到的各种运动现象开始，比如物体为什么会静止、为什么会加速、为什么会改变方向，然后层层引导我们思考这些现象背后的原因，最终引出牛顿第一、第二、第三定律。这种“从生活到科学”的讲解方式，让我觉得物理学不再是高高在上的理论，而是离我们如此之近。我特别喜欢书中关于“动量”和“冲量”的讲解。作者用了很多关于碰撞的例子，比如汽车相撞、台球碰撞等，来解释动量守恒和冲量与动量变化的关系。这些鲜活的例子，让我对抽象的动量概念有了直观的认识。而且，书中的插图也非常生动形象，很多复杂的物理过程，通过简单的示意图就能一目了然，这对于我这种视觉型学习者来说，简直是福音。总而言之，这本书在将抽象的物理概念具象化方面做得非常出色，它不仅教会了我知识，更培养了我对物理学的直观理解能力和解决问题的能力，让我对物理学习充满了信心。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和内容编排，我必须给个大大的赞！《大学基础物理学（第3版）上》在细节处理上做得非常到位，让我在阅读过程中感到无比顺畅。首先，书的章节划分非常清晰，每个章节都聚焦于一个核心主题，并且在章节开头就明确了学习目标，这让我一目了然地知道自己要学什么。更重要的是，章节之间的过渡非常自然，知识点层层递进，不会让人感到突兀。例如，在学习完牛顿运动定律后，书中紧接着就引入了动量和冲量的概念，并且详细阐述了动量守恒定律，这种衔接方式让我能够更好地理解动量守恒的物理意义。其次，书中在讲解每一个物理概念时，都提供了详细的定义、物理意义以及数学推导。而且，作者在推导过程中，对于一些关键步骤都进行了重点标注，这让我能够清晰地把握推导的逻辑。我尤其欣赏书中对“功”与“能”的讲解。作者通过多个具体的实例，比如物体在恒力作用下移动，以及弹簧的形变等，来阐述功的定义和计算方法，然后在此基础上引出动能和势能的概念，最后才将能量守恒定律引入。这种由浅入深的学习方式，让我能够真正地理解能量守恒的内涵。此外，书中大量的插图和示意图，也为理解复杂的物理过程提供了极大的帮助。例如，在讲解受力分析时，作者绘制的受力图，让我能够清晰地看到各个力的方向和作用点。总而言之，这本书在内容编排和细节处理上都堪称典范，它不仅传授了知识，更培养了我们科学的思维方式和学习方法。

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书是正版的，非常好！

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