《基礎(chǔ)物理》共24章,包括力學(xué)、相對(duì)論、振動(dòng)與波動(dòng)、流體、熱力學(xué)等內(nèi)容,其姊妹篇《基礎(chǔ)物理Ⅱ》(中譯本將于2018年出版)涉及電磁學(xué)、光學(xué)、量子力學(xué)等。在書中,R. Shankar,的物理學(xué)家和富于感染力的熱心教育家,簡明扼要地講述了物理學(xué)的基本概念。這一工作為理工科專業(yè)的大學(xué)生,為積極學(xué)習(xí)物理先修課的高中生,為對(duì)科學(xué)進(jìn)展感興趣的讀者提供了理想的入門教材。本書可作為高等學(xué)校理工科專業(yè)學(xué)生的教材或參考書,也適用于的高中生及自學(xué)人員。
適讀人群:高校理工科專業(yè)師生高中生及物理教師
本書為“十三五”國家重點(diǎn)圖書——世界名校名家系列,是一部并不多見的在篇幅和體例上與國內(nèi)教材非常新近的世界知名教材!全書附網(wǎng)易公開課全課程雙語字幕視頻,以及配套練習(xí)題、測試題和解答!
在我的職業(yè)生涯中,我發(fā)現(xiàn)教科書的篇幅幾乎已經(jīng)增大為原來的3倍,然而學(xué)生們的腦袋卻沒有按照這個(gè)比例增大。我和別處的同行們始終認(rèn)為必須要做一件事,這就是精選基礎(chǔ)內(nèi)容,形成從篇幅上來說易讀的教材。我在耶魯大學(xué)講授“基礎(chǔ)物理”這門課程時(shí),實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo),本書具備這一特點(diǎn)。它包括牛頓力學(xué)、相對(duì)論、流體、波動(dòng)、振動(dòng)以及熱力學(xué)的基礎(chǔ)理論,這些都是不能被刪減掉的。閱讀本書只需具備最基本的微分與積分概念,這些我還經(jīng)常會(huì)在講授中進(jìn)行復(fù)習(xí)。本書面向物理學(xué)、化學(xué)及工程專業(yè)的大學(xué)生,也適用于優(yōu)秀的高中生以及各行各業(yè)、各個(gè)年齡段的自學(xué)人員。
本書的章節(jié)或多或少地源于我的24講課程,有些小的修改,不過延續(xù)著我的課堂風(fēng)格。我經(jīng)常會(huì)引入一些學(xué)生們問過的問題,或是給出學(xué)生們對(duì)一些問題的答案,我相信這對(duì)讀者是有益的。書中采用了簡單的插圖,用于表達(dá)要點(diǎn),也不會(huì)增加書的價(jià)格。方程式均為精心編排,學(xué)起來比看視頻容易得多。配套的練習(xí)題和測試題,對(duì)于學(xué)習(xí)物理和確認(rèn)自己是否學(xué)好了物理是不可或缺的,連同其解答可以在耶魯大學(xué)網(wǎng)站(http://oyc.yale.edu/physics)上找到,向所有人免費(fèi)開放。也可以在線觀看我的講課,比如YouTube,iTunes(https://itunes.apple.com/us/itunesu/physics-video/id341651848?mt=10),以及AcademicEarth等。一本書連同耶魯網(wǎng)站上配備的相應(yīng)資料,可獨(dú)立地作為一門課程的或者是自學(xué)者的資源,當(dāng)然有些教師也將之作為授課的補(bǔ)充,以提供更多的習(xí)題和解題案例。
我想對(duì)在線觀看我課程的人說:“你們已經(jīng)觀看了視頻,現(xiàn)在來讀一讀這本書吧!”擁有紙質(zhì)教材的好處是,即使在飛機(jī)起飛和降落時(shí),你依然能夠閱讀。
我在講課時(shí)常提及我所著的《基礎(chǔ)數(shù)學(xué)訓(xùn)練》這本書,該書由斯普林格(Springer)出版,受眾是那些希望掌握物理學(xué)中所必需的大學(xué)數(shù)學(xué)知識(shí)的人。
本書的問世要感謝很多人。最開始時(shí),時(shí)任耶魯學(xué)院院長、現(xiàn)任耶魯大學(xué)校長的彼得·沙洛維(PeterSalovey)問我是否介意在我物理200二課程的教室內(nèi)放置攝像機(jī),使這門課程成為第一批由惠留特基金會(huì)(HewlettFoundation)資助的耶魯公Ⅶ開課。我的回答是:我還尚未遇到過不喜歡的攝像機(jī)。于是錄制開始進(jìn)行了。這之后的關(guān)鍵人物是DianaE..E..Kleiner,Dunham教授,主講藝術(shù)與經(jīng)典史。她在許多方面鼓勵(lì)并指導(dǎo)我,而且力促我編寫這本書。盡管最初并不情愿,但我很快就發(fā)現(xiàn),在以這種新形式傳授我所最愛的學(xué)科時(shí),自己充滿了享受。在耶魯大學(xué)出版社,JoeCalamia是我的朋友、智者以及向?qū),LizCasey進(jìn)行了專業(yè)的編輯,他不僅僅糾正了我文中的文法錯(cuò)誤(例如在一段很長的句子中,以第一人稱過去時(shí)開始卻以第三人稱將來時(shí)結(jié)束)、語法和標(biāo)點(diǎn)錯(cuò)誤(我隨意地加了不少標(biāo)點(diǎn)符號(hào)),還確保每個(gè)句子的含義都是清晰的。
還有兩位研究生BarryBradlyn和AlexeyShkarin以及兩位本科生QiweiClaireXue和DennisMou對(duì)書稿進(jìn)行了校對(duì)。
我的家人,從我的妻子Uma,到我孫輩的。樱簦澹欤欤,都一直以各種方式鼓勵(lì)著我。
值此本書付梓之際,謹(jǐn)向耶魯大學(xué)的同學(xué)們聊表謝忱。近40年來,我每個(gè)星期都有那么兩三天就是為他們而從床上爬起來的。我感謝他們的友誼以及好奇心。
近年來的學(xué)生,經(jīng)常是非物理專業(yè)的,但是他們樂于接受我的觀點(diǎn),即物理學(xué)是充滿魅力的學(xué)科。為了這個(gè)學(xué)科和我的學(xué)生,我這樣做著,從未感到疲倦。
。.Shankar
R.Shankar,耶魯大學(xué)約翰·倫道夫·霍夫曼物理學(xué)教授,美國藝術(shù)與科學(xué)院院士,2009年美國物理學(xué)會(huì)利林菲爾德獎(jiǎng)得主,除本書外另著有《Principles of Quantum Mechanics》及《Basic Training in Mathematics》。Shankar教授主講的《基礎(chǔ)物理》因其幽默、詼諧的授課風(fēng)格和清晰并富有邏輯的講解受到全世界數(shù)百萬師生的好評(píng)。
中文版序
譯者的話
前 言
第1 章 力學(xué)的體系 1
。. 1 緒論以及有益的建議 1
。. 2 運(yùn)動(dòng)學(xué)與動(dòng)力學(xué) 2
1. 3 平均量與瞬時(shí)量 3
。. 4 勻加速運(yùn)動(dòng) 5
。. 5 例題 7
。. 6 運(yùn)用微積分推導(dǎo)v2 =v20
+2a(x-x0) 9
第2 章 高維空間中的運(yùn)動(dòng) 11
。. 1 回顧 11
。. 2 二維空間中的矢量 11
。. 3 單位矢量 14
。. 4 坐標(biāo)軸的選擇與基矢 15
。. 5 位置矢量r 的導(dǎo)數(shù) 18
2. 6 在圓周運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用 20
。. 7 拋體運(yùn)動(dòng) 22
第3 章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律Ⅰ 26
。. 1 牛頓運(yùn)動(dòng)定律概述 26
。. 2 牛頓第二定律 27
。. 3 第二定律的兩個(gè)部分 30
。. 4 牛頓第三定律 33
3. 5 重量與失重 35
第4 章 牛頓運(yùn)動(dòng)定律Ⅱ 38
。. 1 一道解過的例題 38
。. 2 故事絕未就此結(jié)束 40
。. 3 二維空間(d =2) 中的運(yùn)動(dòng) 40
。. 4 靜摩擦力與動(dòng)摩擦力 41
。. 5 斜面 42
。. 6 連接體 45
。. 7 圓周運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)圈 47
第5 章 能量守恒定律 51
5. 1 能量概論 51
。. 2 動(dòng)能定理與功率 52
5. 3 能量守恒定律: K2+U2 =K1+U1 54
。. 4 摩擦與動(dòng)能定理 57
第6 章 二維空間(d=2) 的能量守恒 59
。. 1 微積分復(fù)習(xí) 59
。. 2 二維空間(d =2) 的功 60
6. 3 二維空間(d =2) 的功與點(diǎn)積 62
。. 4 保守力與非保守力 65
6. 5 保守力 67
。. 6 引力勢能的應(yīng)用 69
第7 章 開普勒問題 72
。. 1 開普勒定律 72
。. 2 萬有引力定律 74
。. 3 軌道 77
。. 4 遠(yuǎn)離地球條件下能量守恒定律的應(yīng)用 80
7. 5。 中的常數(shù) 82
第8 章 多粒子體系動(dòng)力學(xué) 85
。. 1 兩體問題 85
。. 2 質(zhì)心 86
。. 3 動(dòng)量守恒定律 92
8. 4 火箭學(xué) 96
。. 5 彈性碰撞和非彈性碰撞 97
。. 6 更高維度的散射 100
第9 章 轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)Ⅰ 103
9. 1 剛體簡介 103
。. 2 轉(zhuǎn)角 弧度 104
。. 3 勻角加速轉(zhuǎn)動(dòng) 105
。. 4 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、動(dòng)量和能量 106
。. 5 力矩與動(dòng)能定理 110
9. 6 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算 111
第10 章 轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)Ⅱ 114
Ⅹ
。保. 1 平行軸定理 114
10. 2 由N 個(gè)物體組成的一般系統(tǒng)的動(dòng)能 117
。保. 3 同時(shí)做平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng) 118
。保. 4 能量守恒 119
。保. 5 τ=dL
dt 的動(dòng)力學(xué)應(yīng)用 120
10. 6 復(fù)雜轉(zhuǎn)動(dòng) 121
。保. 7 角動(dòng)量守恒 122
。保. 8 花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員的角動(dòng)量 123
第11 章 轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)Ⅲ 125
。保. 1 靜平衡 125
。保. 2 蹺蹺板 125
。保. 3 懸掛指示牌 127
。保. 4 靠墻的梯子 128
。保. 5 三維剛體動(dòng)力學(xué) 129
11. 6 回轉(zhuǎn)儀 135
第12 章 狹義相對(duì)論Ⅰ: 洛倫茲變換 138
。保. 1 伽利略和牛頓的相對(duì)性 138
12. 2 伽利略相對(duì)性原理的證明 140
。保. 3 愛因斯坦登場 143
12. 4 假設(shè) 144
。保. 5 洛倫茲變換 145
第13 章 狹義相對(duì)論Ⅱ: 一些推論 149
。保. 1 洛倫茲變換總結(jié) 149
。保. 2 速度變換定律 151
13. 3 同時(shí)的相對(duì)性 153
。保. 4 時(shí)間膨脹 154
。保. 4. 1 雙生子佯謬 157
。保. 4. 2 長度收縮 157
13. 5 更多佯謬 159
。保. 5. 1 太長了無法下落 159
。保. 5. 2 飛行的μ 介子 162
第14 章 狹義相對(duì)論Ⅲ: 過去、現(xiàn)在和未來 163
。保. 1 相對(duì)論中的過去、現(xiàn)在和未來 163
。保. 2 時(shí)空幾何 166
。保. 3 迅度 168
Ⅺ
。保. 4 四維矢量 171
14. 5 原時(shí) 171
第15 章 四維動(dòng)量 173
。保. 1 相對(duì)論散射 178
15. 1. 1 康普頓效應(yīng) 179
。保. 1. 2 對(duì)生 180
。保. 1. 3 光子吸收 181
第16 章 數(shù)學(xué)方法 184
。保. 1 函數(shù)的泰勒級(jí)數(shù) 184
。保. 2 關(guān)于泰勒級(jí)數(shù)的舉例說明 188
。保. 3 一些常用函數(shù)的泰勒級(jí)數(shù) 189
。保. 4 三角函數(shù)和指數(shù)函數(shù) 191
。保. 5 復(fù)數(shù)的性質(zhì) 192
。保. 6 復(fù)數(shù)的極坐標(biāo)表示 195
第17 章 簡諧運(yùn)動(dòng) 197
17. 1 更多振動(dòng)的例子 200
。保. 2 解的疊加 202
17. 3 簡諧振子解的條件 205
。保. 4 用指數(shù)函數(shù)作為通解 206
17. 5 阻尼振動(dòng): 分類 207
。保. 5. 1 過阻尼振動(dòng) 207
。保. 5. 2 欠阻尼振動(dòng) 20