第三版

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《大学物理学力学热学》是张三慧编著的《大学物理学》(第三版)上册,讲述物理学的基础理论的力学和热学部分。其中力学部分包括质点力学、刚体的转动、振动和波,以及狭义相对论;热学部分包括温度和气体动理论,热力学**和第二定律。书中特别着重于守恒定律的讲解,也特别注意从微观上阐明物理现象及规律的本质。内容的选择上除了包括经典基本内容外,还注意适时插入现代物理概念与物理思想。为了扩大学生的现代物理知识领域,《大学物理学力学热学》还专辟了“**物理趣闻”栏目以备选讲或选读,具体内容有基本粒子,混沌--决定论的混乱,奇妙的对称性,弯曲的时空,大爆炸和宇宙膨胀,能源与环境等。此外,安排了许多现代的联系各方面的实际的例题和习题。
《大学物理学力学热学》可作为高等院校的物理教材,也可以作为中学物理教师教学或其他读者自学的参考书,与《大学物理学力学热学》配套的《大学物理学(第三版)学习辅导与习题解答》可帮助读者学习。《大学物理学力学热学》封面贴有清华大学出版社防伪标签, 无标签者不得销售。

**物理趣闻A 基本粒子1
A.1 粒子的发现与特征1
A.2 粒子分类2
A.3 粒子的转化与守恒定律4
A.4 夸克5
A.5 色6
A.6 粒子研究与技术8

第1篇 力 学

第1章 质点运动学13
1.1 参考系13
1.2 质点的位矢、位移和速度17
1.3 加速度21
1.4 匀加速运动25
1.5 抛体运动27
1.6 圆周运动31
1.7 相对运动35
提要37
思考题38
习题39
科学家介绍 伽利略42

第2章 运动与力44
2.1 牛顿运动定律44
2.2 常见的几种力48
2.3 基本的自然力51
2.4 应用牛顿定律解题54
2.5 非惯性系与惯性力58
2.6 科里奥利力62
2.7 潮汐65
提要70
思考题70
习题72
科学家介绍 牛顿78

**物理趣闻B 混沌--决定论的混乱80
B.1 决定论的可预测性80
B.2 决定论的不可预测性80
B.3 对初值的敏感性82
B.4 几个混沌现象实例83

第3章 动量与角动量86
3.1 冲量与动量定理86
3.2 动量守恒定律89
3.3 火箭飞行原理92
3.4 质心94
3.5 质心运动定理96
3.6 质点的角动量和角动量定理100
3.7 角动量守恒定律102
3.8 质点系的角动量定理104
3.9 质心参考系中的角动量106
提要107
思考题108
习题109
科学家介绍 开普勒112

第4章 功和能113
4.1 功113
4.2 动能定理116
4.3 势能119
4.4 引力势能121
4.5 由势能求保守力123
4.6 机械能守恒定律125
4.7 守恒定律的意义131
4.8 碰撞132
4.9 两体问题137
4.10 流体的稳定流动139
4.11 伯努利方程140
提要144
思考题145
习题147

**物理趣闻C 奇妙的对称性152
C.1 对称美152
C.2 对称性种种154
C.3 物理定律的对称性155
C.4 宇称守恒与不守恒155
C.5 自然界的不对称现象157
C.6 关于时间的对称性158

第5章 刚体的转动160
5.1 刚体转动的描述160
5.2 转动定律162
5.3 转动惯量的计算164
5.4 转动定律的应用167
5.5 角动量守恒170
5.6 转动中的功和能173
5.7 进动177
提要179
思考题180
习题182

第6章 振动187
6.1 简谐运动的描述187
6.2 简谐运动的动力学190
6.3 简谐运动的能量194
6.4 阻尼振动195
6.5 受迫振动 共振197
6.6 同一直线上同频率的简谐运动的合成199
6.7 同一直线上不同频率的简谐运动的合成200
6.8 谐振分析202
6.9 两个相互垂直的简谐运动的合成204
提要205
思考题206
习题207

第7章 波动211
7.1 行波211
7.2 简谐波212
7.3 物体的弹性形变217
7.4 弹性介质中的波速219
7.5 波的能量221
7.6 惠更斯原理与波的反射和折射224
7.7 波的叠加 驻波228
7.8 声波232
7.9 地震波234
7.10 水波236
7.11 多普勒效应237
7.12 行波的叠加和群速度241
7.13 孤子243
提要245
思考题246
习题247

第8章 狭义相对论基础253
8.1 牛顿相对性原理和伽利略变换253
8.2 爱因斯坦相对性原理和光速不变256
8.3 同时性的相对性和时间延缓257
8.4 长度收缩262
8.5 洛伦兹坐标变换264
8.6 相对论速度变换267
8.7 相对论质量270
8.8 力和加速度的关系272
8.9 相对论动能273
8.10 相对论能量275
8.11 动量和能量的关系278
8.12 相对论力的变换280
提要281
思考题283
习题283
科学家介绍 爱因斯坦286

**物理趣闻D 弯曲的时空--广义相对论简介289
D.1 等效原理289
D.2 光线的偏折和空间弯曲291
D.3 广义相对论293
D.4 引力时间延缓294
D.5 引力波296
D.6 黑洞297

第2篇 热 学

第9章 温度和气体动理论301
9.1 平衡态301
9.2 温度的概念302
9.3 理想气体温标303
9.4 理想气体状态方程305
9.5 气体分子的无规则运动308
9.6 理想气体的压强309
9.7 温度的微观意义313
9.8 能量均分定理314
9.9 麦克斯韦速率分布律317
9.10 麦克斯韦速率分布律的实验验证323
9.11 玻耳兹曼分布律324
9.12 实际气体等温线326
9.13 范德瓦耳斯方程327
9.14 非平衡态 输运过程331
提要335
思考题337
习题339
科学家介绍 玻耳兹曼342

**物理趣闻E 大爆炸和宇宙膨胀345
E.1 现时的宇宙345
E.2 宇宙膨胀和大爆炸346
E.3 从大爆炸到今天348
E.4 宇宙的未来351
E.5 至大和至小的理论结合起来了354

第10章 热力学**定律356
10.1 功 热量 热力学**定律356
10.2 准静态过程358
10.3 热容362
10.4 绝热过程366
10.5 循环过程370
10.6 卡诺循环373
10.7 致冷循环375
提要377
思考题378
习题379
科学家介绍 焦耳384

**物理趣闻F 能源与环境387
F.1 各式能源的利用387
F.2 人类环境问题388

第11章 热力学第二定律393
11.1 自然过程的方向393
11.2 不可逆性的相互依存395
11.3 热力学第二定律及其微观意义396
11.4 热力学概率与自然过程的方向398
11.5 玻耳兹曼熵公式与熵增加原理401
11.6 可逆过程404
11.7 克劳修斯熵公式405
11.8 用克劳修斯熵公式计算熵变409
11.9 温熵图412
11.10 熵和能量退降413
提要414
思考题415
习题416

**物理趣闻G 耗散结构419
G.1 宇宙真的正在走向死亡吗419
G.2 生命过程的自组织现象419
G.3 无生命世界的自组织现象421
G.4 开放系统的熵变422
G.5 稍离平衡的系统423
G.6 远离平衡的系统424
G.7 通过涨落达到有序425

数值表427

习题答案429

索引438
……

这部《大学物理学》(第三版)分为上、中(A版、B版)、下四册,上册含力学篇、热学篇,中册为电磁学篇,下册为光学篇、量子物理篇。本书自**版与第二版问世以来,已被多所院校用作教材。根据使用过此书的教师与学生以及其他读者的反映,也考虑到近几年物理教学的发展动向,本书推出第三版。第三版内容的撰写与修改仍延续了第二版的科学性和系统性的特点,保持了原有的体系和风格,并在第二版的基础上,增加、拓宽了一些内容。
本书内容完全涵盖了2006年我国教育部发布的“非物理类理工学科大学物理课程基本要求”。书中各篇对物理学的基本概念与规律进行了正确明晰的讲解。讲解基本上都是以*基本的规律和概念为基础,推演出相应的概念与规律。笔者认为,在教学上应用这种演绎逻辑更便于学生从整体上理解和掌握物理课程的内容。
力学篇是以牛顿定律为基础展开的。除了直接应用牛顿定律对问题进行动力学分析外,还引入了动量、角动量、能量等概念,并着重讲解相应的守恒定律及其应用。除惯性系外,还介绍了利用非惯性系解题的基本思路,刚体的转动、振动、波动这三章内容都是上述基本概念和定律对于特殊系统的应用。狭义相对论的讲解以两条基本假设为基础,从同时性的相对性这一“关键的和革命的”(杨振宁语)概念出发,逐渐展开得出各个重要结论。这种讲解可以比较自然地使学生从物理上而不只是从数学上弄懂狭义相对论的基本结论。
热学篇的讲述是以微观的分子运动的无规则性这一基本概念为基础的。除了阐明经典力学对分子运动的应用外,特别引入并加强了统计概念和统计规律,包括麦克斯韦速率分布律的讲解。对热力学**定律也阐述了其微观意义。对热力学第二定律是从宏观热力学过程的方向性讲起,说明方向性的微观根源,并利用热力学概率定义了玻耳兹曼熵并说明了熵增加原理,然后再进一步导出克劳修斯熵及其计算方法。这种讲法*能揭露熵概念的微观本质,也便于理解熵概念的推广应用。
电磁学篇A版按照传统讲法,讲述电磁学的基本理论,包括静止和运动电荷的电场,运动电荷和电流的磁场,介质中的电场和磁场,电磁感应,电磁波等。电磁学篇B版中电磁学的讲法则是以爱因斯坦的《论动体的电动力学》为背景,完全展现了帕塞尔教授讲授电磁学的思路--从爱因斯坦到麦克斯韦,以场的概念和高斯定律为基础,根据狭义相对论演绎地引入磁场,并进而导出麦克斯韦方程组其他方程。这种讲法既能满足教学的基本要求,又充分显示了电磁场的统一性,从而使学生体会到自然规律的整体性以及物理理论的和谐优美。电磁学的讲述未止于麦克斯韦方程组,而是继续讲述了电磁波的发射机制及其传播特征等。