伯克利物理學(xué)教程（SI版）第3卷波動(dòng)學(xué)（英文影印版）
定 價(jià)：69.8 元
- 作者：[美] F.S.克勞福德（Frank S. Crawford Jr.）
- 出版時(shí)間：2014/6/1
- ISBN：9787111464594
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：O413.1
- 頁(yè)碼：626
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
《伯克利物理學(xué)教程（SI版）第3卷波動(dòng)學(xué)（英文影印版）》是《伯克利物理學(xué)教程》第3卷。全書強(qiáng)調(diào)不同波動(dòng)現(xiàn)象之間的相似性和可類比性，著重闡述波動(dòng)的基本概念以及這些概念之間的相互聯(lián)系。書中還介紹了許多重要波動(dòng)現(xiàn)象的實(shí)例，各章末附有大量習(xí)題和課外實(shí)驗(yàn)，有助于讀者對(duì)有關(guān)概念深入理解。本書可作為高等院校物理學(xué)/應(yīng)用物理學(xué)專業(yè)或其他理工科專業(yè)的教材或參考書，也可供一般科技人員參考。
《伯克利物理學(xué)教程》中譯本自上世紀(jì)七十年代印行以來已過去三十多年。然而，即便如此，時(shí)至今日國(guó)內(nèi)高校從事物理教學(xué)的教師和選修基礎(chǔ)物理課程的學(xué)生乃至研究生仍然感覺，由于本教程獨(dú)具匠心的內(nèi)容編排體系，作為一家之言，無論是對(duì)基礎(chǔ)物理的教、學(xué)還是應(yīng)用，以及對(duì)從事相關(guān)的研究工作而言，《伯克利物理學(xué)教程》依舊不失為一部極有閱讀、參考價(jià)值的優(yōu)秀教程。令人遺憾的是，由于諸多歷史原因，曾經(jīng)風(fēng)靡一時(shí)的《伯克利物理學(xué)教程》如今在市面上已難覓其蹤影，加之原版本以英制單位為主，使其進(jìn)一步的普及受到一定制約。而近幾年，國(guó)外陸續(xù)推出了該套教程的最新版本——SI版（國(guó)際單位制版）。在此背景下，機(jī)械工業(yè)出版社決定重新正式引進(jìn)本套教程，并先期推出本教程的英文影印版，以饗讀者！希望這部原汁原味的經(jīng)典著作能滿足物理教師的教學(xué)與研究之用，并滿足相關(guān)專業(yè)的雙語(yǔ)教學(xué)需求！
這一卷專門研究波動(dòng)學(xué)。這是一個(gè)廣泛的課題。人人都知道許多涉及波動(dòng)的自然現(xiàn)象，諸如水波、聲波、光波、無線電波、地震波、德布羅意波以及其他各種波。而且仔細(xì)查閱一下任
何物理學(xué)圖書室的書架都會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)波動(dòng)現(xiàn)象某一個(gè)方面的研究（譬如說水中的超聲波） 就可以占用整本的書或期刊，甚至可能吸引某個(gè)科學(xué)家的全部注意力。令人驚異的是，在這些狹窄研究領(lǐng)域之一工作的“專家”，通常能夠相當(dāng)容易地同其他一些被認(rèn)為在與此無關(guān)的也被認(rèn)為是狹窄的領(lǐng)域內(nèi)工作的專家進(jìn)行交流，為此他首先只需要學(xué)會(huì)對(duì)方的行話，學(xué)會(huì)他們所使用的單位（譬如，秒差距是什么意思？）以及哪些物理量是重要的，等等。的確，一旦他發(fā)現(xiàn)自己的興趣有了改變，他就可以迅速地改行而成為新領(lǐng)域里的“專家”。這種情況之所以可能，是由于有一個(gè)明顯的事實(shí)，即許多完全不一樣的和表面上互不相干的物理現(xiàn)象，都可以用一系
列共同的概念來描述，因而科學(xué)家之間具有共同的語(yǔ)言。在這些共同使用的概念中，有許多就暗含在波動(dòng)這個(gè)詞內(nèi)。
本書的主要目的是闡述波動(dòng)學(xué)的一些基本概念以及這些概念之間的相互聯(lián)系。為了達(dá)到這個(gè)目的，本書是按照這些概念，而不是按照諸如聲、光等可觀察的自然現(xiàn)象來組織編寫的。
另一個(gè)目的是要使讀者熟悉許多重要而有趣的波動(dòng)例子，從而具體地認(rèn)識(shí)這些基本概念的普遍性及其廣泛應(yīng)用。所以，每當(dāng)引進(jìn)一個(gè)新概念后，就把它立即應(yīng)用到許多不同的物理體系
上加以說明，例如弦線、玩具彈簧、傳輸線、硬紙筒、光束等。與之相并列的另一種方法，是先用一個(gè)簡(jiǎn)單例子（例如拉緊的弦） 引出這些有用的概念，然后再考慮其他有意義的物理體系。
通過選擇彼此之間具有相似幾何“外貌” 的不同示例，我希望能鼓勵(lì)學(xué)生去尋求不同的波動(dòng)現(xiàn)象之間的相似性和類比性。我也希望能激發(fā)學(xué)生的勇氣，當(dāng)他們面對(duì)一些新現(xiàn)象時(shí)能夠
利用這些類比來“妄測(cè)”。類比法的利用常常會(huì)有眾所周知的危險(xiǎn)性，也可能隱藏著錯(cuò)誤。但是，什么事情都會(huì)是這樣。（把光猜測(cè)為可能“像是”類似果凍的“以太” 中的機(jī)械波，曾經(jīng)是一種非常有效的類比。它曾經(jīng)幫助麥克斯韋得出他的著名方程組，并導(dǎo)出了一些重要的預(yù)言。有一些實(shí)驗(yàn)———特別是邁克爾遜和莫雷實(shí)驗(yàn)證明這種機(jī)械模型不可能完全正確，愛因斯坦于是指出了如何放棄這個(gè)模型而仍然保留下麥克斯韋方程組。愛因斯坦寧愿直接去推測(cè)這些方程組，這可以稱為“純粹的”導(dǎo)出法�，F(xiàn)在大多數(shù)物理學(xué)家雖然仍然在利用類比法和模型來幫助導(dǎo)出一些新的方程，但他們?cè)诎l(fā)表結(jié)果時(shí)通常只給出方程，而不給出利用類比和模型導(dǎo)出這些方程的過程。）
課外實(shí)驗(yàn)是本卷的重要組成部分，它們能夠給學(xué)生帶來樂趣和培養(yǎng)他們的洞察力，而這是從普通課堂演示和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)得不到的，盡管課堂演示和實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)也同等重要。這些課外實(shí)驗(yàn)全都是“家庭物理學(xué)”類型的實(shí)驗(yàn)，只需要很少的甚至不需要特殊的設(shè)備。（只需要有一個(gè)光學(xué)工具箱。雖然手頭可能沒有音叉、玩具彈簧和硬紙筒等，但它們十分便宜，并不“特殊”。）這些實(shí)驗(yàn)確實(shí)是讓學(xué)生在家里做的，不是在實(shí)驗(yàn)室里做的。其中的許多實(shí)驗(yàn)，叫做演示可能比叫做實(shí)驗(yàn)更確切些。
本書中討論的每一個(gè)主要概念，都至少有一個(gè)課外實(shí)驗(yàn)加以演示。除了引用例子來說明概念外，課外實(shí)驗(yàn)還使學(xué)生有機(jī)會(huì)與一些物理現(xiàn)象直接“接觸”。由于這些實(shí)驗(yàn)是在家里做的，
這種接觸是十分密切的，是從容不迫的。這一點(diǎn)很重要。在家里做實(shí)驗(yàn)沒有伙伴幫忙，一切都必須自己動(dòng)手；也沒有指導(dǎo)教師向你解釋演示的意義和結(jié)果，一切都要依靠自己。你可以按照自己的速度進(jìn)行演示，想做多少次就可以做多少次。
課外實(shí)驗(yàn)有一個(gè)很寶貴的特點(diǎn)，那就是，如果你在晚上才想起你上星期做過的一個(gè)實(shí)驗(yàn)有不清楚的地方，那么十五分鐘以后，你就能安排妥當(dāng)重做一次實(shí)驗(yàn)。這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樵谡?/span>
正的實(shí)驗(yàn)工作中，從來沒有一個(gè)人頭一次就“把它搞對(duì)了”。事后的思考是成功的秘訣（還有一些別的因素）。對(duì)于學(xué)習(xí)來說，有害和有妨礙的事情，莫過于由于“實(shí)驗(yàn)設(shè)備已經(jīng)拆掉了”或者由于“實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)關(guān)門”（或由于別的莫明其妙的理由）而不善于在實(shí)驗(yàn)以后繼續(xù)進(jìn)行思考。
最后，我還希望通過課外實(shí)驗(yàn)去培養(yǎng)學(xué)生具有我稱之為的“對(duì)現(xiàn)象的鑒賞力”。我希望學(xué)生用自己的雙手去創(chuàng)造出一個(gè)場(chǎng)面，能使他的眼睛、耳朵和頭腦既感到新鮮、驚奇，又感到十
分愉快……
Frank S. Crawford，1923-2003，畢業(yè)于加州大學(xué)伯克利分校，并在此工作至1991年退休。其研究領(lǐng)域涉及粒子物理、天文物理，以及日常生活中的物理現(xiàn)象等。
第1章 簡(jiǎn)單體系的自由振動(dòng)
第2章 多自由度體系的自由振動(dòng)
第3章 受迫振蕩
第4章 行波
第5章 反射
第6章 調(diào)制、脈沖和波包
第7章 二維和三維的波
第8章 偏振
第9章 干涉和衍射
教學(xué)說明
課程組織
行波有很大的美學(xué)上的魅力，從它開始似乎是很自然的。然而，盡管波動(dòng)在美學(xué)和數(shù)學(xué)上是很美的，但是它在物理上卻是相當(dāng)復(fù)雜的，因?yàn)樗婕按罅苛Ｗ又g的相互作用。既然我強(qiáng)調(diào)的是物理體系而不是數(shù)學(xué)，那么，我就先從最簡(jiǎn)單的物理體系開始，而不先講最簡(jiǎn)單的波。
第1章 簡(jiǎn)單體系的自由振動(dòng) 首先，我們回顧一下一維諧振子的自由振動(dòng)，強(qiáng)調(diào)慣性和回復(fù)力的物理特點(diǎn)，ω2的物理意義，以及對(duì)于一個(gè)實(shí)際體系，要得到簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，振動(dòng)的振幅不能太大。其次，我們考慮兩個(gè)耦合振子的自由振動(dòng)，并引入簡(jiǎn)正模式的概念。我們強(qiáng)調(diào)簡(jiǎn)正模式就像一個(gè)“擴(kuò)展”的諧振子，它的所有部分都以相同頻率和相位振動(dòng)，并強(qiáng)調(diào)對(duì)于一個(gè)
給定的簡(jiǎn)正模式，ω2的物理意義與一維振子的相同。
可省略的內(nèi)容 在全書中，有一些物理體系反復(fù)出現(xiàn)，教師不必全都討論，學(xué)生也不必全學(xué)。本章例2和例8都是質(zhì)量和彈簧的縱向振動(dòng)，分別是一個(gè)自由度（例2） 和兩個(gè)自由度
�。ɡ�8）的情況。在以后各章里，我們把這種體系推廣到許多自由度和連續(xù)體系中去（經(jīng)受縱
向振動(dòng)的橡皮繩和玩具彈簧），并把這種體系當(dāng)作一個(gè)模型，以幫助理解聲波。如果教師想省
略聲音這一部分，那么也可以從一開始略去一切縱向振動(dòng)部分。同樣，例4和例10分別為一
個(gè)自由度與兩個(gè)自由度的ＬＣ電路。在以后各章中，我們還要把這種電路推廣到ＬＣ網(wǎng)絡(luò)和連
續(xù)傳輸線上去。因此，如果教師想省略傳輸線中電磁波的討論，他可以從一開始就略去所有ＬＣ電路的例子。（他可以這樣做而仍然能夠透徹討論電磁波，即從第7章起，用麥克斯韋方程討論電磁波。）不要省略橫向振動(dòng)（例3和例9）。
課外實(shí)驗(yàn) 我們極力推薦課外實(shí)驗(yàn)1.24（盆水晃動(dòng)模式） 和有關(guān)的習(xí)題1.25（湖面波
動(dòng)），其目的是要讓學(xué)生開始“自己動(dòng)手”。課外實(shí)驗(yàn)1.8（兩盒拴在一起的肉湯罐頭） 可以
用來做一次很好的課堂演示。當(dāng)然，你們也許已經(jīng)有條件可以做一個(gè)這類的示范實(shí)驗(yàn)（耦合擺）。然而，甚至作為課堂示范，我仍然主張用玩具彈簧和肉湯罐頭來作演示，雖然它們是簡(jiǎn)陋的，但這樣做可以鼓勵(lì)學(xué)生自己動(dòng)手。
第2章 多自由度體系的自由振動(dòng) 我們把自由度數(shù)目從兩個(gè)推廣到很大數(shù)目，并求出在一根連續(xù)弦上的橫向振動(dòng)模式———駐波。我們定義ｋ，并引進(jìn)色散關(guān)系的概念，給出ω與ｋ的函數(shù)關(guān)系。在2.3節(jié)中，我們利用弦的各種振動(dòng)模式來導(dǎo)出周期函數(shù)的傅里葉分析。在2.4節(jié)中，我們給出了各種串有珠子的彈簧的嚴(yán)格色散關(guān)系。
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