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張三慧著

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齣版社：清華大學齣版社

ISBN：9787302455844

版次：3

商品編碼：12142488

包裝：平裝

開本：16開

齣版時間：2017-02-01

用紙：膠版紙

頁數：257

字數：410000

正文語種：中文

具體描述

內容簡介

　　《大學基礎物理學》（第3版）分上下兩冊，上冊內容包括力學和熱學。力學篇講述經典的質點力學、理想流體的運動規律、剛體轉動的基本內容和狹義相對論基礎知識等。熱學篇著重在分子論的基礎上用統計概念說明溫度、氣體的壓強以及麥剋斯韋分布率。下冊內容包括電磁學、波動與光學、量子物理基礎。電磁學篇按傳統體係講述瞭電場、電勢、磁場、電磁感應和電磁波的基本概念和規律，還說明瞭電場和磁場的相對性。波動與光學篇介紹瞭振動與波的基本特徵和光的乾涉、衍射和偏振的基本規律。量子物理基礎篇介紹瞭波粒二象性、概率波、不確定關係和能量量子化等基本概念以及原子和固體中電子的狀態和分布的規律，最後還介紹瞭原子核的結閤能、放射性衰變和核反應等基本知識。本書還編寫瞭大量來自生活、實用技術以及自然現象等方麵的例題和習題。　　本書上下冊內容涵蓋瞭大學物理學教學的基本要求，可作為高等院校物理課程的教材，也可作為中學物理教師或其他讀者的自學參考書。　　與本書配套的《大學基礎物理學學習輔導與習題解答（第3版）》、電子教案、教師用書（電子版）均由清華大學齣版社齣版。

內頁插圖

精彩書摘

　　第3章

　　動量與角動量

　　第2章講解瞭牛頓第二定律，主要是用加速度錶示的式（2.3)的形式。該式錶示瞭力和受力物體的加速度的關係，那是一個瞬時關係，即與力作用的同時物體所獲得的加速度和此力的關係。實際上，力對物體的作用總要延續一段或長或短的時間。在很多問題中，在這段時間內，力的變化復雜，難於細究，而我們又往往隻關心在這段時間內力的作用的總效果。這時我們將直接利用式（2.2)錶示的牛頓第二定律形式，而把它改寫為微分形式並稱為動量定理。本章首先介紹動量定理，接著把這一定理應用於質點係，導齣瞭一條重要的守恒定律——動量守恒定律。然後對於質點係，引入瞭質心的概念，並說明瞭外力和質心運動的關係。後麵幾節介紹瞭和動量概念相聯係的描述物體轉動特徵的重要物理量——角動量，在牛頓第二定律的基礎上導齣瞭角動量變化率和外力矩的關係——角動量定理，並進一步導齣瞭另一條重要的守恒定律——角動量守恒定律。

　　3.1衝量與動量定理

　　把牛頓第二定律公式（2.2）寫成微分形式，即Fdt=dp(3.1)式中乘積Fdt叫做在dt時間內質點所受閤外力的衝量。此式錶明在dt時間內質點所受閤外力的衝量等於在同一時間內質點的動量的增量。這一錶示在一段時間內，外力作用的總效果的關係式叫做動量定理。

　　如果將式(3.1)對t0到t′這段有限時間積分，則有∫t′t0Fdt=∫p′p0dp=p′-p0(3.2)左側積分錶示在t0到t′這段時間內閤外力的衝量，以I錶示此衝量，即

　　I=∫t′t0Fdt

　　則式(3.2)可寫成I=p′-p0(3.3)式(3.2)或式(3.3)是動量定理的積分形式，它錶明質點在t0到t′這段時間內所受的閤外力的衝量等於質點在同一時間內的動量的增量。值得注意的是，要産生同樣的動量增量，力大力小都可以: 力大，時間可短些；力小，時間需長些。隻要外力的衝量一樣，就産生同樣的動量增量。

　　第3章動量與角動量3.1衝量與動量定理動量定理常用於碰撞過程，碰撞一般泛指物體間相互作用時間很短的過程。在這一過程中，相互作用力往往很大而且隨時間改變。這種力通常叫衝力。例如，球拍反擊乒乓球的力，兩汽車相撞時的相互撞擊的力都是衝力。圖3.1是清華大學汽車碰撞實驗室做汽車撞擊固定壁的實驗照片與相應的衝力的大小隨時間的變化麯綫。

　　圖3.1汽車撞擊固定壁實驗中汽車受壁的衝力

　　（a) 實驗照片； (b) 衝力�彩奔淝�綫

　　對於短時間Δt內衝力的作用，常常把式（3.2)改寫成Δt=ΔP(3.4)式中是平均衝力，即衝力對時間的平均值。平均衝力隻是根據物體動量的變化計算齣的平均值，它和實際的衝力的極大值可能有較大的差彆，因此它不足以完全說明碰撞所可能引起的破壞性。例3.1汽車碰撞實驗。在一次碰撞實驗中，一質量為1200kg的汽車垂直衝嚮一固定壁，碰撞前速率為15.0m/s，碰撞後以1.50m/s的速率退迴，碰撞時間為0.120s。試求：（1）汽車受壁的衝量；（2）汽車受壁的平均衝力。

　　解以汽車碰撞前的速度方嚮為正方嚮，則碰撞前汽車的速度v=15.0m/s，碰撞後汽車的速度v′=-1.50m/s，而汽車質量m=1200kg。

　　（1）由動量定理知汽車受壁的衝量為I=p′-p=mv′-mv=1200×(-1.50)-1200×15.0

　　=-1.98×104(N·s)(2) 由於碰撞時間Δt=0.120s，所以汽車受壁的平均衝力為=IΔt=-1.98×1040.120=-165 (kN)上兩個結果的負號錶明汽車所受壁的衝量和平均衝力的方嚮都和汽車碰前的速度方嚮相反。

　　平均衝力的大小為165kN，約為汽車本身重量的14倍，瞬時最大衝力還要比這大得多。例3.2棒擊壘球。一個質量m=140 g的壘球以v=40m/s的速率沿水平方嚮飛嚮擊球手，被擊後它以相同速率沿θ=60°的仰角飛齣，求壘球受棒的平均打擊力。設球和棒的接觸時間Δt=1.2ms。

　　解本題可用式（3.4)求解。由於該式是矢量式，所以可以用分量式求解，也可直接用矢量關係求解。下麵分彆給齣兩種解法。

　　(1) 用分量式求解。已知v1=v2=v,選如圖3.2所示的坐標係，利用式(3.4)的分量式，由於v1x=-v,v2x=vcosθ，可得壘球受棒的平均圖3.2例3.2解法(1)圖示

　　打擊力的x方嚮分量為x=ΔpxΔt=mv2x-mv1xΔt=mvcosθ-m(-v)Δt

　　=0.14×40×(cos60°+1)1.2×10-3=7.0×103(N)又由於v1y=0,v2y=vsinθ，可得此平均打擊力的y方嚮分量為Fy=ΔpyΔt=mv2y-mv1yΔt=mvsinθΔt

　　=0.14×40×0.8661.2×10-3=4.0×103(N)球受棒的平均打擊力的大小為F=F2x+F2y=103×7.02+4.02=8.1×103(N)以α錶示此力與水平方嚮的夾角，則tanα=FyFx=4.0×1037.0×103=0.57圖3.3例3.2解法（2）圖示由此得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形成如圖3.3中的矢量三角形，其中mv2=mv1=mv。由等腰三角形可知,與水平麵的夾角α=θ/2=30°，且Δt=2mvcosα，於是F=2mvcosαΔt=2×0.14×40×cosα1.2×10-3=8.1×103(N)注意，此打擊力約為壘球自重的5900倍!例3.3火車運煤。一輛裝煤車以v=3 m/s的速率從煤鬥下麵通過(圖3.4)，每秒鍾落入車廂的煤為Δm=500 kg。如果使車廂的速率保持不變，應用多大的牽引力拉車廂?(車廂與鋼軌間的摩擦忽略不計。)

　　解先考慮煤落入車廂後運動狀態的改變。如圖3.4所示，以dm錶示在dt時間內落入車廂的煤的質量。它在車廂對它的力f帶動下在dt時間內沿x方嚮的速率由零增加到與車廂速率v相同，而動量由0增加到dm·v。由動量定理式（3.1)得，對dm在x方嚮，應有圖3.4煤dm落入車廂被帶走

　　fdt=dp=dm·v(3.5)對於車廂，在此dt時間內，它受到水平拉力F和煤dm對它的反作用f′的作用。此二力的閤力沿x方嚮，為F-f′。由於車廂速度不變，所以動量也不變，式（3.1)給齣(F-f′)dt=0(3.6)由牛頓第三定律f′=f(3.7)聯立解式（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動量守恒定律

　　在一個問題中，如果我們考慮的對象包括幾個物體，則它們總體上常被稱為一個物體係統或簡稱為係統。係統外的其他物體統稱為外界。係統內各物體間的相互作用力稱為內力，外界物體對係統內任意一物體的作用力稱為外力。例如，把地球與月球看做一個係統，則它們之間的相互作用力稱為內力，而係統外的物體如太陽以及其他行星對地球或月球的引力都是外力。本節討論一個係統的動量變化的規律。

　　3.2動量守恒定律先討論由兩個質點組成的係統。設這兩個質點的質量分彆為m1,m2。它們除分彆受到相互作用力(內力)f和f′外，還受到係統外其他物體圖3.5兩個質點的係統的作用力(外力)F1,F2,如圖3.5所示。分彆對兩質點寫齣動量定理式（3.1),得(F1+f)dt=dp1,(F2+f′)dt=dp2將這二式相加，可以得(F1+F2+f+f′)dt=dp1+dp2由於係統內力是一對作用力和反作用力，根據牛頓第三定律，得f=-f′或f+f′=0，因此上式給齣(F1+F2)dt=d(p1+p2)如果係統包含兩個以上，例如i個質點，可仿照上述步驟對各個質點寫齣牛頓定律公式，再相加。由於係統的各個內力總是以作用力和反作用力的形式成對齣現的，所以它們的矢量總和等於零。因此，一般地又可得到∑iFidt=d∑ipi(3.8)其中∑iFi為係統受的閤外力，∑ipi為係統的總動量。式（3.8)錶明，係統的總動量隨時間的變化率等於該係統所受的閤外力。內力能使係統內各質點的動量發生變化，但它們對係統的總動量沒有影響。（注意： “閤外力”和“總動量”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)這就是說當一個質點係所受的閤外力為零時，這一質點係的總動量就保持不變。這一結論叫做動量守恒定律。

　　一個不受外界影響的係統，常被稱為孤立係統。一個孤立係統在運動過程中，其總動量一定保持不變。這也是動量守恒定律的一種錶述形式。

　　應用動量守恒定律分析解決問題時，應該注意以下幾點。

　　(1) 係統動量守恒的條件是閤外力為零，即∑iFi=0。但在外力比內力小得多的情況下，外力對質點係的總動量變化影響甚小，這時可以認為近似滿足守恒條件，也就可以近似地應用動量守恒定律。例如兩物體的碰撞過程，由於相互撞擊的內力往往很大，所以此時即使有摩擦力或重力等外力，也常可忽略它們，而認為係統的總動量守恒。又如爆炸過程也屬於內力遠大於外力的過程，也可以認為在此過程中係統的總動量守恒。

　　(2) 動量守恒錶示式(3.9)是矢量關係式。在實際問題中，常應用其分量式,即如果係統沿某一方嚮所受的閤外力為零，則該係統沿此方嚮的總動量的分量守恒。例如，一個物體在空中爆炸後碎裂成幾塊，在忽略空氣阻力的情況下，這些碎塊受到的外力隻有竪直嚮下的重力，因此它們的總動量在水平方嚮的分量是守恒的。

　　(3) 由於我們是用牛頓定律導齣動量守恒定律的，所以它隻適用於慣性係。

　　以上我們從牛頓定律齣發導齣瞭以式(3.9)錶示的動量守恒定律。應該指齣，更普遍的動量守恒定律並不依靠牛頓定律。動量概念不僅適用於以速度?瘙經運動的質點或粒子，而且也適用於電磁場，隻是對於後者，其動量不再能用m?瘙經這樣的形式錶示。考慮包括電磁場在內的係統所發生的過程時，其總動量必須也把電磁場的動量計算在內。不但對可以用作用力和反作用力描述其相互作用的質點係所發生的過程，動量守恒定律成立；而且，大量實驗證明，對其內部的相互作用不能用力的概念描述的係統所發生的過程，如光子和電子的碰撞，光子轉化為電子，電子轉化為光子等過程，隻要係統不受外界影響，它們的動量都是守恒的。動量守恒定律實際上是關於自然界的一切物理過程的一條最基本的定律。例3.4衝擊擺。如圖3.6所示，一質量為M的物體被靜止懸掛著，今有一質量為m的子彈沿水平方嚮以速度?瘙經射中物體並停留在其中。求子彈剛停在物體內時物體的速度。

　　解由於子彈從射入物體到停在其中所經曆的時間很短，所以在此過程中物體基本上未動而停在原來的平衡位置。於是對子彈和物體這一係統，在子彈射入這一短暫過程中，它們所受的水平方嚮的外力為零，因此水平方嚮的動量守恒。設子彈剛停在物體中時物體的速度為V，則此係統此時的水平總動量為（m+M)V。由於子彈射入前此係統的水平總動量為mv，所以有mv=(m+M)V由此得V=mm+Mv圖3.6例3.4用圖圖3.7例3.5用圖

　　例3.5反嚮滑動。如圖3.7所示，一個有1/4圓弧滑槽的大物體的質量為M，停在光滑的水平麵上，另一質量為m的小物體自圓弧頂點由靜止下滑。求當小物體m滑到底時，大物體M在水平麵上移動的距離。

　　解選如圖3.7所示的坐標係，取m和M為係統。在m下滑過程中，在水平方嚮上，係統所受的閤外力為零，因此水平方嚮上的動量守恒。由於係統的初動量為零，所以，如果以?瘙經和V分彆錶示下滑過程中任一時刻m和M的速度，則應該有0=mvx+M(-V)因此對任一時刻都應該有mvx=MV就整個下落的時間t對此式積分，有m∫t0vxdt=M∫t0Vdt以s和S分彆錶示m和M在水平方嚮移動的距離，則有s=∫t0vxdt,S=∫t0Vdt

　　因而有ms=MS又因為位移的相對性，有s=R-S,將此關係代入上式，即可得S=mm+MR值得注意的是，此距離值與弧形槽麵是否光滑無關，隻要M下麵的水平麵光滑就行瞭。例3.6放射性衰變。原子核147Sm是一種放射性核，它衰變時放齣一α粒子，自身變成143Nd核。已測得一靜止的147Sm核放齣的α粒子的速率是1.04×107m/s，求143Nd核的反衝速率。

　　解以M0和V0(V0=0)分彆錶示147Sm核的質量和速率，以M和V分彆錶示143Nd核的質量和速率，以m和v分彆錶示α粒子的質量和速率，V和?瘙經的方嚮如圖3.8所示，以147Sm核為係統。由於衰變隻是147Sm核內部的現象，所以動量守恒。結閤圖3.8所示坐標的方嚮，應有V和?瘙經方嚮相反，其大小之間的關係為圖3.8147Sm衰變

　　M0V0=M(-V)+mv由此解得143Nd核的反衝速率應為V=mv-M0V0M=(M0-M)v-M0V0M代入數值得V=(147-143)×1.04×107-147×0143=2.91×105(m/s)

　　例3.7粒子碰撞。在一次α粒子散射過程中，α粒子(質量為m)和靜止的氧原子核(質量為M)發生“碰撞”圖3.9例3.7用圖

　　(如圖3.9所示)。實驗測齣碰撞後α粒子沿與入射方嚮成θ=72°的方嚮運動，而氧原子核沿與α粒子入射方嚮成β=41°的方嚮“反衝”。求α粒子碰撞後與碰撞前的速率之比。

　　解粒子的這種“碰撞”過程，實際上是它們在運動中相互靠近，繼而由於相互斥力的作用又相互分離的過程。考慮由α粒子和氧原子核組成的係統。由於整個過程中僅有內力作用，所以係統的動量守恒。設α粒子碰撞前、後速度分彆為?瘙經1,?瘙經2，氧核碰撞後速度為V。選如圖坐標係，令x軸平行於α粒子的入射方嚮。根據動量守恒的分量式，有x嚮mv2cosθ+MVcosβ=mv1

　　y嚮mv2sinθ-MVsinβ=0兩式聯立可解齣v1=v2cosθ+v2sinθsinβcosβ=v2sinβsin(θ+β)

　　v2v1=sinβsin(θ+β)=sin41°sin(72°+41°)=0.71即α粒子碰撞後的速率約為碰撞前速率的71％。3.3火箭飛行原理3.3火箭飛行原理

　　火箭是一種利用燃料燃燒後噴齣的氣體産生的反衝推力的發動機。它自帶燃料與助燃劑，因而可以在空間任何地方發動。火箭技術在近代有很大的發展，火箭炮以及各種各樣的導彈都利用火箭發動機作動力，空間技術的發展更以火箭技術為基礎。各式各樣的人造地球衛星、飛船和空間探測器都是靠火箭發動機發射並控製航嚮的。

　　火箭飛行原理分析如下。為簡單起見，設火箭在自由空間飛行，即它不受引力或空氣阻力等任何外力的影響。如圖3.10所示，把某時刻t的火箭(包括火箭體和其中尚存的燃料)作為研究的係統，其總質量為M，以v錶示此時刻火箭的速率，則此時刻係統的總動量為Mv(沿空間坐標x軸正嚮)。此後經過dt時間，火箭噴齣質量為dm的氣體，其噴齣速率相對於火箭體為定值u。在t+dt時刻，火箭體的速率增為v+dv。在此時刻係統的總動量為dm·(v-u)+(M-dm)(v+dv)圖3.10火箭飛行原理說明圖

　　由於噴齣氣體的質量dm等於火箭質量的減小，即-dM，所以上式可寫為-dM·(v-u)+(M+dM)(v+dv)由動量守恒定律可得-dM·(v-u)+(M+dM)(v+dv)=Mv展開此等式，略去二階無窮小量dM·dv，可得udM+Mdv=0

　　或者dv=-udMM設火箭點火時質量為Mi,初速為vi，燃料燒完後火箭質量為Mf，達到的末速度為vf，對上式積分則有∫vfvidv=-u∫MfMidMM

　　由此得

　　vf-vi=ulnMiMf(3.10)此式錶明，火箭在燃料燃燒後所增加的速率和噴氣速率成正比，也與火箭的始末質量比(以下簡稱質量比)的自然對數成正比。

　　如果隻以火箭本身作為研究的係統，以F錶示在時間間隔t到t+dt內噴齣氣體對火箭體（質量為（M-dm）)的推力，則根據動量定理，應有Fdt=(M-dm)［(v+dv)-v］=Mdv將上麵已求得的結果Mdv=-udM=udm代入，可得F=udmdt(3.11)此式錶明，火箭發動機的推力與燃料燃燒速率dm/dt以及噴齣氣體的相對速率u成正比。例如，一種火箭的發動機的燃燒速率為1.38×104 kg/s，噴齣氣體的相對速率為2.94×103m/s，理論上它所産生的推力為F=2.94×103×1.38×104=4.06×107(N)這相當於4000 t海輪所受的浮力!

　　為瞭提高火箭的末速度以滿足發射地球人造衛星或其他航天器的要求，人們製造瞭若乾單級火箭串聯形成的多級火箭（通常是三級火箭）。

　　火箭最早是中國發明的。我圖3.11“火龍齣水”火箭國南宋時齣現瞭作煙火玩物的“起火”，其後就齣現瞭利用起火推動的翎箭。明代茅元儀著的《武備誌》(1628年)中記有利用火藥發動的“多箭頭”(10到100支)的火箭，以及用於水戰的叫做“火龍齣水”的二級火箭(見圖3.11，第二級藏在龍體內)。我國現在的火箭技術也已達到世界先進水平。例如長徵三號火箭是三級大型運載火箭，全長43.25m,最大直徑3.35m，起飛質量約202 t，起飛推力為2.8×103 kN。2003年我們發射瞭自己的載人宇宙飛船“神舟五號”，以後我們還要登月。

　　3.4質心3.4質心

　　在討論一個質點係的運動時，我們常常引入質量中心(簡稱質心)的概念。設一個質點係由N個質點組成，以m1,m2,…,mi,…,mN分彆錶示各質點的質量，以r1,r2,…,ri,…,rN分彆錶示各質點對某一坐標原點的位矢(圖3.12)。我們用公式圖3.12質心的位置矢量rC=∑imiri〖〗∑imi=∑imirim(3.12)定義這一質點係的質心的位矢，式中m=∑imi是質點係的總質量。作為位置矢量，質心位矢與坐標係的選擇有關。但可以證明質心相對於質點係內各質點的相對位置是不會隨坐標係的選擇而變化的，即質心是相對於質點係本身的一個特定位置。

　　利用位矢沿直角坐標係各坐標軸的分量，由式(3.12)可以得到質心坐標錶示式如下: xC=∑imixim

　　yC=∑imiyim

　　zC=∑imizim(3.13)一個大的連續物體，可以認為是由許多質點(或叫質元)組成的，以dm錶示其中任一質元的質量，以r錶示其位矢，則大物體的質心位置可用積分法求得，即有rC=∫rdm∫dm=∫rdmm(3.14)它的三個直角坐標分量式分彆為xC=∫xdmm

　　yC=∫ydmm

　　zC=∫zdmm(3.15)利用上述公式，可求得均勻直棒、均勻圓環、均勻圓盤、均勻球體等形體的質心就在它們的幾何對稱中心上。

　　力學上還常應用重心的概念。重心是一個物體各部分所受重力的閤力作用點。可以證明尺寸不十分大的物體，它的質心和重心的位置重閤。例3.8地月質心。地球質量ME=5.98×1024 kg，月球質量MM=7.35×1022 kg,它們的中心的距離l=3.84×105 km(參見圖3.13)。求地�蒼孿低車鬧市奈恢謾�

　　圖3.13例3.8用圖

　　解把地球和月球都看做均勻球體，它們的質心就都在各自的球心處。這樣就可以把地�蒼孿低晨醋齙厙蠐朐慮蛑柿糠直鵂�中在各自的球心的兩個質點。選擇地球中心為原點，x軸沿著地球中心與月球中心的連綫，則係統的質心坐標xC=ME·0+MM·lME+MM≈MMlME

　　=7.35×10225.98×1024×3.84×105=4.72×103(km)這就是地�蒼孿低車鬧市牡降厙蛑行牡木嗬搿Ｕ庖瘓嗬朐嘉�地球半徑(6.37×103 km)的70％，約為地球到月球距離的1.2％。例3.9半圓質心。一段均勻鐵絲彎成半圓形，其半徑為R，求此半圓形鐵絲的質心。

　　解選如圖3.14所示的坐標係，坐標原點為圓心。由於半圓對y軸對稱，所以質心應該在y軸上。任取一小段鐵絲，其長度為dl，質量為dm。以ρl錶示鐵絲的綫密度(即單位長度鐵絲的質量)，則有dm=ρldl根據式(3.15)可得yC=∫yρldlm由於y=Rsinθ,dl=Rdθ，所以yC=∫π0Rsinθ·ρl·Rdθm=2ρlR2m

　　鐵絲的總質量

　　m=πRρl代入上式就可得yC=2πR即質心在y軸上離圓心2R/π處。注意，這一彎麯鐵絲的質心並不在鐵絲上，但它相對於鐵絲的位置是確定的。

　　圖3.14例3.9用圖

　　3.5質心運動定理

　　將式(3.12)中的rC對時間t求導，可得齣質心運動的速度為?瘙經C=drCdt=∑imidridtm=∑imi?瘙經im(3.16)由此可得m?瘙經C=∑imi?瘙經i上式等號右邊就是質點係的總動量p，所以有3.5質心運動定理p=m?瘙經C(3.17)

　　……

前言/序言

　　前言

　　大學物理課程在高等學校理工科專業類人纔培養中具有其他課程所不能替代的重要作用。大學物理教學不僅教給學生一些必要的物理基礎知識，更重要的是引導學生在學習過程中，逐漸形成正確的科學觀，掌握科學方法，樹立科學精神。物理學還可以開拓學生視野，提高創新意識。

　　《大學基礎物理學》（第3版）是在《大學基礎物理學》(第2版)（清華大學齣版社，2006年）的基礎上，根據教育部高等學校物理基礎課程教學指導委員會於2011年2月齣版的《理工科類大學物理課程教學基本要求》的精神，結閤不同類型高校、不同層次教學實踐的需要，並聽取近些年高等院校師生的反饋信息修訂而成的。其中阮東負責第二、四、五篇；安宇負責第一、三篇。本次修訂保持瞭第2版整體結構嚴謹、精煉，講述簡明、流暢，便於教學的特點。主要修改瞭第2版中的一些文字錶述，更換瞭部分圖錶，訂正瞭排版錯誤。考慮到當今網絡使用的便捷和海量資源共享，我們隻保留瞭部分與書中教學內容關聯緊密的、有趣的課外閱讀材料，以激發學習興趣，豐富學生的知識麵。

　　阮東安宇2016年12月於清華園

　　大學物理課程是大學階段一門重要的基礎課，它將在高中物理的基礎上進一步提高學生的現代科學素質。為此，物理課程應提供內容更廣泛更深入的係統的現代物理學知識，並在介紹這些知識的同時進一步培養學生的科學思想、方法和態度並引發學生的創新意識和能力。

　　根據上述對大學物理課程任務的理解，本書在高中物理的基礎上係統而又嚴謹地講述瞭基本的物理原理。內容的安排總體上是按傳統的力、熱、電、光、量子物理的順序。所以“固守”此傳統，是因為到目前為止，物理學的發展並沒有達到可能和必要在基礎物理教學上改變這一總體係的程度。書中具體內容主要是經典物理基本知識，但同時也包含瞭許多現代物理，乃至一些物理學前沿的理論和實驗以及它們在現代技術中應用的知識。本書還開闢瞭“今日物理趣聞”專欄，簡要地介紹瞭如奇妙的對稱性、宇宙發展、全息等課題，以開闊學生視野，激發其學習興趣，並啓迪其創造性。

　　本書選編瞭大量聯係實際的例題和習題，從光盤到打印機，從跳水到蹦極，從火箭到對撞機，從人造衛星到行星、星雲等等都有涉及。其中還特彆注意選用瞭我國古老文明與現代科技的資料，如王充論力，蘇東坡的迴文詩，神舟飛船的升空，熱核反應的實驗等。對這些例題和習題的分析與求解能使學生更實在又深刻地理解物理概念和規律，瞭解物理基礎知識的重要的實際意義，同時也有助於培養學生聯係實際的學風，增強民族自信心。為瞭便於理解，本書取材力求少而精，論述力求簡而明。

　　本書是在第1版（清華大學齣版社2003）的基礎上，參考老師和學生的意見和建議，並融入瞭筆者對教學內容的新體會重新修改而成。

　　本書分上下兩冊，共包括五篇：力學、熱學、電磁學、波動與光學、量子物理簡介。

　　力學篇完全按傳統體係講述。以牛頓定律為基礎和齣發點，引入動量、角動量和能量概念，導齣動量、角動量和機械能等的守恒定律，最後將它們都推廣到普遍的形式。守恒定律在物理思想和方法上講固然是重要的，但在解決實際問題時經典的動力學概念與規律也常是不可或缺的。本書對後者也作瞭較詳細的講解。力學篇還強調瞭參考係的概念，說明瞭守恒定律的意義，並注意到物理概念和理論的衍生和發展。

　　熱學篇除瞭對係統——特彆是氣體——的宏觀性質及其變化規律作瞭清晰的介紹外，大大加強瞭在分子理論基礎上的統計概念和規律的講解。除瞭在第7章溫度和氣體動理論中著重介紹瞭統計規律外，在其他各章對功、熱的實質、熱力學第一定律、熱力學第二定律以及熵的微觀意義和宏觀錶示式等都結閤統計概念作瞭許多獨特而清晰的講解。

　　電磁學篇以庫侖定律、畢奧�踩�伐爾定律和法拉第定律為基礎展開，直至麥剋斯韋方程組。在講解瞭電流的磁場之後，還根據相對論指齣瞭電場和磁場的相對性，使學生對電磁場的性質有更深入的理解。在分析方法上，本篇強調瞭對稱性的分析，如在求電場和磁場的分布時，都應用瞭空間對稱性的概念。

　　波動與光學篇主要著眼於清晰地講解波、光的乾涉和衍射的基本現象和規律。

　　量子物理基礎篇的重點放在最基本的量子力學概念方麵，如波粒二象性、不確定關係等，至於薛定諤方程及其應用、原子中電子運動的規律、固體物理等隻作瞭很簡要的陳述。

　　本書內容概括瞭大學物理學教學的最基本要求。為瞭幫助學生掌握各篇內容的體係結構與脈絡，每篇開始都編製瞭該篇內容及基本知識係統圖。書末附有物理學常用數據的最新公認取值的“數值錶”，便於學生查閱和應用。

　　摯地歡迎各位讀者對本書的各種意見和建議。

　　張三慧2006年11月於清華

《探索宇宙的奧秘：從宏觀到微觀的物理之旅》本書是一部緻力於揭示自然界基本規律的入門級讀物，旨在帶領讀者踏上一段激動人心的物理學探索之旅。它並非一本傳統的教科書，而是以更加直觀、生動的方式，呈現物理學如何在理解我們所處的世界中扮演著核心角色。從浩瀚的星辰大海到微觀粒子的奇妙運動，物理學始終是我們認識宇宙、改造世界的基石。本書將引導您深入理解那些構成萬物之本的物理概念。我們將從經典力學齣發，解析物體如何運動，力為何物，以及能量在其中扮演的角色。牛頓的三大運動定律將以清晰的圖示和貼近生活的例子加以闡釋，幫助您理解為何物體會加速、減速，以及為何行星會在軌道上運行。慣性、動量、功、能、功率這些看似抽象的概念，將被賦予鮮活的生命，讓您體會到它們在日常現象背後運作的強大力量。從拋體運動到圓周運動，再到振動和波，我們將一步步揭示運動的規律性。隨後，我們將進入熱學領域。溫度、熱量、內能這些概念將不再是簡單的感知，而是可以通過量化的物理過程來理解。熱力學第一定律和第二定律將解釋能量如何在不同形式間轉化，以及為什麼某些過程是不可逆的。我們將探討氣體的性質、相變（如固態、液態、氣態的轉變），以及熱傳導、對流和輻射等現象，幫助您理解從冰箱的製冷到太陽的能量來源。本書將特彆關注電磁學的迷人世界。電荷、電流、電壓、電阻這些基本概念將構築起理解電學的基礎。我們將深入探究靜電場和靜磁場的性質，理解它們如何作用於帶電粒子。法拉第電磁感應定律將揭示磁場變化如何産生電場，這是發電機和變壓器工作的核心原理。麥剋斯韋方程組的精髓也將以簡化的形式呈現，展示電場和磁場如何交織在一起，形成電磁波，進而解釋光的本質。我們還會探討交流電和直流電的區彆，以及它們在現代社會中的應用。光學的奇妙之旅也將是本書的重點之一。我們將從幾何光學齣發，理解光的直綫傳播、反射和摺射的原理，解釋透鏡和鏡子如何成像，以及照相機、顯微鏡和望遠鏡的工作原理。隨後，我們將進入物理光學，探討光的乾涉、衍射和偏振等波動特性，解釋彩虹的形成、肥皂泡的絢麗色彩，以及激光的特殊性質。進入現代物理學的範疇，本書將為您打開一扇全新的大門。相對論將以通俗易懂的方式介紹愛因斯坦的狹義相對論和廣義相對論。您將瞭解時間膨脹、長度收縮等顛覆傳統觀念的現象，以及質量和能量的等價關係 E=mc² 的深遠意義。廣義相對論將勾勒齣引力並非一種力，而是時空彎麯的圖景，解釋黑洞的形成和星係的引力效應。量子力學的部分將觸及構成物質的微觀世界的奇特景象。我們將介紹量子化的概念，即能量、動量等物理量並非連續變化，而是以離散的“量子”形式存在。波粒二象性將揭示電子、光子等微觀粒子既具有粒子性，又具有波動性。不確定性原理將強調在微觀世界中，我們無法同時精確地測量某些成對的物理量，例如位置和動量。量子疊加和量子糾纏等現象將進一步展現微觀世界的反直覺特性，為理解半導體、激光器等現代技術奠定基礎。本書在講解物理概念的同時，十分注重理論與實踐的結閤。我們將穿插介紹物理學在各個領域的廣泛應用，例如天文學、材料科學、生物醫學、信息技術、能源開發等。通過這些案例，讀者將能更深刻地體會到物理學的價值和魅力，理解它是如何推動人類社會進步的。本書力求語言清晰、邏輯嚴謹，避免使用過於晦澀的術語，並輔以大量的插圖、圖錶和生動的生活實例，幫助讀者構建直觀的物理圖像。每一個章節都力求循序漸進，從基礎概念齣發，逐步深入到更復雜的理論。我們相信，物理學並非高不可攀，而是人人皆可理解和欣賞的智慧寶藏。無論您是對宇宙的起源充滿好奇，還是對身邊的科技感到著迷，亦或是希望係統地學習一門嚴謹的科學，本書都將是您理想的起點。它將點燃您對物理世界的探索熱情，培養您的科學思維方式，並為您提供理解和分析復雜現象的有力工具。讓我們一起，用物理學的視角，重新認識這個充滿奇跡的世界。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

不得不說，《大學基礎物理學（第3版）上》這本書在知識的傳授方式上，給我留下瞭深刻的印象。它不像我之前接觸過的很多教材那樣，上來就是一堆公式和定理，而是以一種更加“生活化”的視角來切入物理學的世界。書的開篇，並沒有直接拋齣抽象的物理定律，而是從我們身邊最熟悉的現象入手，比如物體運動的慣性，以及我們為什麼會感受到“力”的存在。這種方式讓我覺得，物理學並不是一門脫離現實的學科，而是與我們的日常生活息息相關的。在講解牛頓運動定律的部分，作者更是將理論與實踐結閤得淋灕盡緻。他用瞭很多生活中非常生動的例子，比如騎自行車時的慣性、推箱子時受到的阻力等等，來解釋這些抽象的定律。這種“潤物細無聲”的講解方式，讓我能夠輕鬆地理解每一個定律背後的物理意義，而不是死記硬背公式。更重要的是，這本書的章節安排也很有邏輯性，知識點層層遞進，不會讓人感到突兀。從最基本的運動學，到力學、動量、功和能，再到轉動等，都銜接得非常自然。我覺得這本書最大的成功之處在於，它能夠將抽象的物理概念，通過生動形象的描述和貼近生活的例子，轉化為讀者能夠理解和接受的知識。對於很多初學者來說，這本教材無疑是他們踏入物理學殿堂的敲門磚，能夠有效地激發他們對物理學的興趣。

評分☆☆☆☆☆

《大學基礎物理學（第3版）上》這本書，絕對是我見過最能“把抽象變具體”的物理教材。作為一個對物理概念常常感到“雲裏霧裏”的學生，這本書給瞭我前所未有的清晰感。作者在講解每一個物理定律時，都遵循著一個非常巧妙的邏輯：先從現象入手，再引導思考，最後引齣定律。比如，在講解“運動和力”的關係時，作者並沒有直接拋齣牛頓定律，而是先從我們日常生活中觀察到的各種運動現象開始，比如物體為什麼會靜止、為什麼會加速、為什麼會改變方嚮，然後層層引導我們思考這些現象背後的原因，最終引齣牛頓第一、第二、第三定律。這種“從生活到科學”的講解方式，讓我覺得物理學不再是高高在上的理論，而是離我們如此之近。我特彆喜歡書中關於“動量”和“衝量”的講解。作者用瞭很多關於碰撞的例子，比如汽車相撞、颱球碰撞等，來解釋動量守恒和衝量與動量變化的關係。這些鮮活的例子，讓我對抽象的動量概念有瞭直觀的認識。而且，書中的插圖也非常生動形象，很多復雜的物理過程，通過簡單的示意圖就能一目瞭然，這對於我這種視覺型學習者來說，簡直是福音。總而言之，這本書在將抽象的物理概念具象化方麵做得非常齣色，它不僅教會瞭我知識，更培養瞭我對物理學的直觀理解能力和解決問題的能力，讓我對物理學習充滿瞭信心。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直是物理學入門的絕佳選擇！作為一名對科學充滿好奇但基礎薄弱的普通學生，我在選擇教材時曾猶豫不決。市麵上的教材五花八門，有的過於深入，讓我望而卻步；有的又過於淺顯，感覺抓不住重點。《大學基礎物理學（第3版）上》這本書，就像一位循循善誘的老師，用清晰易懂的語言，將抽象的物理概念層層剝開。開篇就對物理學的研究對象、基本概念做瞭引人入勝的介紹，比如慣性、力、能量這些看似熟悉，實則蘊含深刻道理的詞匯，都被作者以一種全新的視角重新解讀。書中對牛頓運動定律的講解尤為精彩，不僅給齣瞭嚴謹的數學推導，更結閤瞭大量生動形象的實例，比如生活中司空見慣的推車、跳遠，甚至宇宙中的天體運動，都巧妙地融入其中，讓我不僅理解瞭公式背後的物理意義，更能感受到物理學在解釋宏觀世界規律中的強大力量。章節之間的過渡自然流暢，知識點層層遞進，不會讓人感到突兀或難以銜接。即使是初次接觸這些概念的學生，也能在閱讀中逐步建立起對經典力學的整體認知框架。更值得稱贊的是，作者在講解中非常注重邏輯性和條理性，每個概念的提齣都有其前因後果，每個公式的推導都力求嚴謹，這對於培養學生的科學思維至關重要。這本書的編排也很人性化，段落清晰，重點突齣，關鍵的定義和公式都會用醒目的方式標注齣來，方便讀者迴顧和記憶。總而言之，如果你是物理學新手，想打下堅實的基礎，這本書絕對是你的不二之選。它不僅是一本教材，更是一扇通往物理學殿堂的入門之門，讓我對未來的物理學習充滿瞭信心和期待。

評分☆☆☆☆☆

閱讀《大學基礎物理學（第3版）上》的過程，就像是在進行一次智力上的探險，充滿瞭發現的樂趣。這本書在內容呈現上，極具匠心。它沒有用枯燥的語言堆砌理論，而是將每一個物理概念都融入到一個個生動形象的場景中。比如，在講解“動量”這個概念時，作者並沒有直接拋齣公式，而是先從碰撞的例子齣發，讓我們體會到物體在相互作用過程中“動量”守恒的直觀感受。這種“由感性到理性”的教學方式，讓我這個對抽象概念不太敏感的學生，也能輕鬆地理解和掌握。書中的數學推導也處理得恰到好處，既保證瞭科學的嚴謹性，又避免瞭過於復雜的計算，讓我們可以專注於理解物理原理本身。我特彆喜歡書中對“萬有引力定律”的講解。作者不僅僅給齣瞭公式，還詳細地解釋瞭牛頓是如何從蘋果落地的現象聯想到月球繞地球運動的，這種科學史的引入，讓我對物理學的形成過程有瞭更深的認識，也感受到瞭科學傢的智慧和靈感。此外，書中還穿插瞭一些思考題和課後練習，這些題目往往設計得非常巧妙，能夠引導我們去運用所學的知識解決實際問題，從而加深理解和記憶。總的來說，這本書最大的亮點在於它能夠將看似高深的物理學，以一種引人入勝、易於理解的方式呈現齣來，它不僅是一本教科書，更是一本能夠激發我們學習興趣的啓濛讀物。

評分☆☆☆☆☆

《大學基礎物理學（第3版）上》這本書，是我在大學物理學習生涯中遇到的為數不多的能夠真正讓我“讀懂”的教材。它的內容安排非常有條理，從最基礎的力學概念入手，逐步深入到動量、能量、轉動等更復雜的領域。作者在解釋每一個物理量時，都給齣瞭清晰的定義，並且詳細闡述瞭其物理意義和測量方法。我尤其贊賞作者在講解能量守恒定律時的處理方式。他沒有直接給齣復雜的數學公式，而是先從功和能的轉化入手，通過多個實例，一步步引導讀者理解能量守恒的普遍性和重要性。這對於像我這樣，初次接觸物理學，對抽象概念理解能力稍弱的學生來說，無疑是極大的幫助。書中穿插的大量插圖和示意圖，更是為理解復雜的物理過程提供瞭直觀的視覺輔助。例如，在講解力的閤成與分解時，作者用到瞭大量的矢量三角形圖，讓我能夠清晰地看到力的方嚮和大小關係。此外，這本書的語言風格也非常友好，沒有使用過多晦澀難懂的專業術語，即使遇到一些陌生的概念，作者也會用通俗易懂的語言進行解釋，讓我能夠輕鬆地理解。總而言之，這本書的優點在於它能夠將復雜的物理概念以一種清晰、直觀、易於理解的方式呈現給讀者，尤其適閤作為大學物理的入門教材，能夠幫助學生建立起紮實的物理基礎。

評分☆☆☆☆☆

這本書的排版和內容編排，我必須給個大大的贊！《大學基礎物理學（第3版）上》在細節處理上做得非常到位，讓我在閱讀過程中感到無比順暢。首先，書的章節劃分非常清晰，每個章節都聚焦於一個核心主題，並且在章節開頭就明確瞭學習目標，這讓我一目瞭然地知道自己要學什麼。更重要的是，章節之間的過渡非常自然，知識點層層遞進，不會讓人感到突兀。例如，在學習完牛頓運動定律後，書中緊接著就引入瞭動量和衝量的概念，並且詳細闡述瞭動量守恒定律，這種銜接方式讓我能夠更好地理解動量守恒的物理意義。其次，書中在講解每一個物理概念時，都提供瞭詳細的定義、物理意義以及數學推導。而且，作者在推導過程中，對於一些關鍵步驟都進行瞭重點標注，這讓我能夠清晰地把握推導的邏輯。我尤其欣賞書中對“功”與“能”的講解。作者通過多個具體的實例，比如物體在恒力作用下移動，以及彈簧的形變等，來闡述功的定義和計算方法，然後在此基礎上引齣動能和勢能的概念，最後纔將能量守恒定律引入。這種由淺入深的學習方式，讓我能夠真正地理解能量守恒的內涵。此外，書中大量的插圖和示意圖，也為理解復雜的物理過程提供瞭極大的幫助。例如，在講解受力分析時，作者繪製的受力圖，讓我能夠清晰地看到各個力的方嚮和作用點。總而言之，這本書在內容編排和細節處理上都堪稱典範，它不僅傳授瞭知識，更培養瞭我們科學的思維方式和學習方法。

評分☆☆☆☆☆

《大學基礎物理學（第3版）上》這本書，簡直是我大學物理學習道路上的一盞明燈。在我拿到這本書之前，我對物理的印象一直停留在“晦澀難懂”、“公式繁多”的刻闆印象中。然而，這本書的齣現，徹底顛覆瞭我的認知。首先，它的語言風格非常親切，就像一位耐心的老師在和我聊天一樣，娓娓道來。比如，在介紹“慣性”這個概念時，作者沒有用生硬的定義，而是通過一個騎自行車突然刹車，身體嚮前傾的例子，讓我們瞬間就明白瞭慣性是怎麼迴事。這種“潤物細無聲”的講解方式，讓學習過程變得輕鬆愉快。其次，書中的知識結構非常嚴謹，每個概念的提齣都有其邏輯基礎，並且知識點之間銜接自然，不會讓人感到突兀。從基礎的運動學，到力學、能量、動量，再到簡單的振動和波動，都循序漸進地展開。我尤其喜歡書中關於“能量守恒”的講解。作者沒有直接給齣抽象的公式，而是通過大量的實例，比如水的勢能轉化為動能，以及彈簧的彈性勢能等等，讓我們一步步地理解能量守恒的普遍性和重要性。書中大量的插圖和圖示，也極大地幫助瞭我對物理現象的理解。比如，在講解力的閤成與分解時，作者用到的矢量圖，讓我能夠一目瞭然地看到力的方嚮和大小關係。總而言之，這本書是一本非常優秀的入門教材，它用最通俗易懂的語言，最貼近生活的例子，以及最嚴謹的邏輯，為我們打開瞭物理學的大門，讓我對物理學習充滿瞭信心和興趣。

評分☆☆☆☆☆

讀完《大學基礎物理學（第3版）上》，我最大的感受就是它在內容的深度和廣度之間找到瞭絕佳的平衡。這本書並非簡單地羅列公式和定理，而是深入淺齣地探討瞭物理學的基本原理，並將其與現實世界的現象緊密聯係起來。例如，在討論功和能的章節，作者不僅詳細闡述瞭動能、勢能及其相互轉化，還引入瞭能量守恒定律這一貫穿物理學始終的核心概念。書中的插圖和圖示也極具啓發性，它們以直觀的方式展示瞭力的作用綫、運動軌跡以及能量分布等，大大增強瞭理解的效率。我尤其欣賞作者在講解過程中所展現齣的嚴謹性，每一個概念的引入、每一個公式的推導都經過瞭反復的斟酌和驗證，確保瞭其準確性和科學性。即使是對於一些需要較高數學基礎纔能理解的物理概念，作者也盡可能地通過類比、圖示等輔助手段，降低瞭學習的門檻。此外，書中對於實驗的描述也相當到位，它不僅介紹瞭經典的物理實驗，還強調瞭實驗在驗證物理理論中的重要作用，這對於培養學生的科學探究精神具有重要的意義。閱讀過程中，我發現自己不再是被動地接受知識，而是開始主動思考，嘗試將書中的原理應用到生活中的各種現象中去。這本書讓我明白，物理學並非是遙不可及的理論，而是與我們息息相關的科學，它解釋著我們所看到的世界，以及我們如何與這個世界互動。

評分☆☆☆☆☆

這本書簡直為我這樣的“物理小白”量身定製！它沒有那種上來就嚇人的復雜數學公式，而是用一種非常接地氣的方式，把我一步步引進瞭物理學的世界。一開始，作者就用引人入勝的語言，介紹瞭物理學的魅力，讓我覺得物理原來不隻是枯燥的公式，而是揭示宇宙運行奧秘的鑰匙。然後，在講解牛頓定律的時候，作者真是煞費苦心，不僅寫瞭教科書式的定義，還插入瞭大量我生活中能看到的例子，比如騎自行車刹車、玩滑闆等等。我從來沒想過，這些日常小事裏竟然蘊含著這麼深刻的物理原理！更讓我驚喜的是，書中對“力”的講解非常細緻，不僅僅是推、拉，還區分瞭重力、彈力、摩擦力等等，並且用圖示把這些力的方嚮和作用點都清晰地畫瞭齣來，這一點真的太重要瞭！很多時候，我就是因為搞不清力的方嚮而做錯題。這本書的邏輯也很順暢，感覺像是在和我對話一樣，一步一步地引導我思考。每一個新的概念齣現，都會在前一個概念的基礎上，讓我更容易理解。書中的語言也通俗易懂，即使是第一次接觸這些概念，也不會感到迷茫。我覺得這本書最大的優點就是，它讓我愛上瞭物理，而不是害怕物理。它讓我看到瞭物理學的趣味性和實用性，也讓我對學習物理充滿瞭信心。

評分☆☆☆☆☆

這本書的閱讀體驗絕對是齣乎意料的好。作為一名對物理學一直抱有好感但又總覺得難以入門的學生，我之前嘗試過幾本教材，但都因為內容過於晦澀或者邏輯不清而半途而廢。《大學基礎物理學（第3版）上》的齣現，徹底改變瞭我的看法。首先，它在內容的組織上非常清晰，每一個章節都圍繞一個核心主題展開，而且各個章節之間的過渡非常自然，讓我能夠順暢地將知識點串聯起來。在講解每一個概念時，作者都力求做到深入淺齣，既給齣瞭嚴謹的定義和數學推導，又輔以大量的實例和類比，讓我能夠從不同角度去理解。我尤其喜歡書中對“功”與“能”的闡述。作者沒有直接給齣抽象的能量守恒定律，而是先從“力做功”的概念入手，然後逐步引齣動能、勢能，最後纔匯聚到能量守恒這個核心思想。這種循序漸進的學習路徑，極大地降低瞭理解難度，讓我能夠真正地“領悟”到能量守恒的意義，而不是僅僅記住一個公式。此外，書中對各種物理現象的圖解也相當到位，很多復雜的受力分析和運動過程，通過簡單的示意圖就能一目瞭然，這對於提升學習效率非常有幫助。總而言之，這本書就像一位經驗豐富的導遊，帶領我在物理學的世界裏暢遊，它不僅教會我知識，更培養瞭我對物理學的興趣和探索精神。

評分☆☆☆☆☆

書是正版的，非常好！

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