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出版者:同济大学出版社

作者:曾金根

出品人:

页数:330

译者:

出版时间:2002-1

价格:27.50元

装帧:简裝本

isbn号码:9787560823553

丛书系列:

图书标签:

• 大学物理
• 物理实验
• 实验教程
• 高等教育
• 理工科
• 物理学
• 教学参考
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• 大学教材

机械之美与物质的奥秘：经典力学与热力学基础研习 图书名称： 经典力学与热力学基础研习 内容概要： 本书聚焦于物理学的两大核心支柱——经典力学和热力学，旨在为学习者构建一个扎实而深入的理论框架，并辅以严谨的数学工具和清晰的物理图像。我们力求超越高中物理的描述层面，深入到微积分和向量分析所支撑的定量分析领域，使读者能够真正掌握物理规律的本质和应用。全书结构严谨，逻辑连贯，内容覆盖从宏观物体运动规律到微观粒子系统能量传递与平衡的整个光谱。 第一部分：经典力学——运动的精确描绘 本部分以牛顿定律为基石，逐步引入更高级的理论工具来处理复杂系统的运动问题。 第一章：运动学的几何基础与向量代数 本章首先回顾了直角坐标系下的运动学描述，强调了位移、速度和加速度作为向量的物理意义。重点在于使用向量运算（加减法、点积、叉积）来简化二维和三维空间中运动的表达。我们详细讨论了曲线运动中的瞬时速度和曲率半径的概念，引入了自然坐标系（切向和法向加速度）来更直观地理解加速运动。向量微积分的初步概念，如路径积分和线积分在物理量计算中的初步应用被引入，为后续的功和能量概念打下基础。 第二章：牛顿定律的拓展与守恒定律的萌芽 牛顿第二定律 $F=ma$ 不仅被视为力与加速度的关系，更被视为动量（Momentum）随时间的变化率。本章深入探讨了动量守恒定律的普适性，并将其应用于碰撞问题，包括弹性碰撞和非弹性碰撞的分类讨论。我们引入了冲量（Impulse）的概念，并利用它来分析短时间内作用的大力问题。对于多粒子系统，系统的质心（Center of Mass）的概念被精确定义，并证明了在无外力作用下，质心保持匀速直线运动，独立于系统中各个粒子如何运动。 第三章：功、能与保守力场 功（Work）的概念被引入为力在位移方向上的积累效应，通过对力的积分来精确计算。动能定理被推导出来，将功与物体速度的变化直接联系起来。随后，我们引入了势能（Potential Energy）的概念，并严格定义了保守力（Conservative Force）的判据（如保守力做功与路径无关，或保守力场可以定义势能函数）。重力势能和弹簧的弹性势能在不同坐标系下的表达方式被详细分析。机械能守恒定律作为最基本、最强大的守恒定律之一，被深入讲解，并应用于处理振动、抛体运动和受限轨道运动问题。 第四章：刚体转动与角动量 本章将研究的物体从质点扩展到具有形状和大小的刚体。转动运动学被引入，包括角位移、角速度和角加速度。牛顿第二定律在转动问题中的对应物——转矩（Torque）被定义，以及转动惯量（Moment of Inertia）的概念。转动惯量的计算，特别是平行轴定理和转轴定理，被作为解决复杂几何体转动问题的关键工具。角动量守恒定律被严格推导，并应用于陀螺仪的进动和章动等复杂现象的定性分析。 第五章：简谐振动与阻尼振动 简谐振动（Simple Harmonic Motion, SHM）作为物理学中最基础的周期性运动模型，被深入分析。从恢复力与位移成正比的基本假设出发，推导出其微分方程和通解。正弦函数形式的位移、速度和加速度描述被详细阐述。随后，我们引入阻尼力（如与速度成正比的阻尼），推导出阻尼振动的衰减特性，并探讨了欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况下的时间响应。最后，受迫振动和共振现象被引入，解释了外界周期性驱动力如何影响系统的振荡行为，强调了共振在工程应用中的重要性和危险性。 第六章：拉格朗日力学——广义坐标下的优雅 为了处理约束条件复杂的系统，本章引入了分析力学的框架。广义坐标（Generalized Coordinates）的概念被定义，这使得处理几何约束变得极其简化。拉格朗日量 $L = T - V$（动能减去势能）被构建，拉格朗日方程（Euler-Lagrange Equations）被推导出来。这一方法能够自动导出系统的运动方程，极大地简化了求解过程，尤其是在处理如双摆或约束在曲面上的粒子等问题时。 第二部分：热力学——能量的宏观尺度与统计视角 本部分关注宏观尺度下物质系统的能量、温度、熵及其演化规律。 第七章：热现象与宏观热力学定律 本章从宏观现象入手，定义了温度（Temperature）和热平衡（Thermal Equilibrium）的概念。热力学第零定律被作为建立温度概念的基础。物质的宏观性质如体积、压力和温度之间的关系，通过理想气体的状态方程 $PV=nRT$ 进行描述。热量的概念被引入，并通过比热容、潜热等参数进行量化计算。热力学第一定律被严格表述为能量守恒定律在热过程中的体现：$Delta U = Q + W$。对功的定义被细化，区分了体积功、非体积功以及不同过程（等温、等压、绝热）中功和热量的计算方法。 第八章：气体动理论与微观基础 本章将宏观的热力学量与微观粒子的运动联系起来。理想气体模型被用作连接宏观和微观的桥梁。通过对大量气体分子随机碰撞的统计分析，推导出了气体分子的方均根速率，并证明了气体压强与分子平均平移动能之间的关系。玻尔兹曼分布和麦克斯韦速率分布被引入，用于描述分子在不同能量状态下的概率分布，从而解释了温度的统计力学意义。 第九章：热力学过程与循环 本章聚焦于热力学系统经历的各种过程，特别是可逆过程和不可逆过程的区别。卡诺循环被详细分析，它定义了热机效率的理论极限，是理解热力学第二定律应用的关键。制冷机和热泵的工作原理也被纳入分析框架，计算其性能系数（Coefficient of Performance）。我们探讨了实际热力学循环（如奥托循环、朗肯循环）与理想循环的比较，理解能量转换的实际限制。 第十章：熵与热力学第二定律 熵（Entropy）作为描述系统混乱程度或无序性的核心热力学术语，被引入并赋予严格的定义。热力学第二定律的克劳修斯表述和开尔文表述被阐述，强调了热量自发地从高温流向低温的不可逆性。熵变 $Delta S$ 的计算方法被细化，特别是对于混合、相变等不可逆过程的熵变计算。统计力学对熵的解释（玻尔兹曼公式 $S = k ln W$）被初步介绍，将宏观热力学概念与微观状态数联系起来。 第十一章：热力学第三定律与热力学势 热力学第三定律——绝对零度下系统的熵趋近于零——被确立。本章还引入了四个关键的热力学势：内能 $U$、焓 $H$、亥姆霍兹自由能 $A$ 和吉布斯自由能 $G$。这些势能函数是系统在特定约束条件下（如恒温恒容或恒温恒压）判断过程自发性的判据。通过麦克斯韦关系式（Maxwell Relations），展示了这些势能函数导数之间的深刻联系，为处理复杂物性关系提供了强大的数学工具。 附录：数学工具回顾 本附录简要回顾了求解力学和热力学问题所需的必要微积分、向量分析和偏微分方程的基础知识，确保读者能够跟上正文的数学严谨性。 本书的最终目标是培养读者运用物理学原理解决实际工程和科学问题的能力，同时建立起对自然界基本规律的深刻洞察力。全书内容相互关联，通过严密的逻辑推导，展现了从单个粒子运动到大规模能量流动的统一物理图景。

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这本书的“可操作性”和“逻辑连贯性”做得令人称赞。很多实验手册的毛病在于，章节之间缺乏内在的联系，仿佛是零散知识点的堆砌。但《大学物理实验教程》明显采用了整体优化的思路。比如，学习完基础的电路分析实验后，紧接着的电磁感应实验会自然地引用之前建立的电路模型，形成一个知识闭环。这种循序渐进的结构，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。对于初次接触系统物理实验的学生来说，这种层层递进的学习体验至关重要，它保证了知识和技能的积累是稳固而非跳跃的。再者，书中对于实验数据的处理和图形绘制的要求非常规范，它不仅教你如何画图，更强调了图表在信息传达中的规范和美感，这对于未来撰写实验报告乃至学术论文都是非常宝贵的训练。我个人感觉，读完这本书并严格按照要求完成实验，我报告的质量都有了一个质的飞跃，从“流水账”式的记录，变成了有分析、有论证的科学文档。这是一种技能的全面提升，而非简单的知识点掌握。

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这本《大学物理实验教程》简直是物理学习的“救星”！我一直觉得，物理这东西光靠书本上的公式推导是缺了点“灵魂”的，总是感觉隔着一层看不真切。直到我接触到这本书，才真正体会到理论与实践相结合的魅力。首先，它对实验步骤的描述极其详尽，从仪器的准备、参数的设置到数据采集的注意事项，都标注得清清楚楚，几乎手把手教你完成整个过程。即便是像我这种动手能力稍弱的学生，也能在阅读后迅速上手。更让我惊喜的是，书里不仅仅是罗列实验操作，还深入探讨了每个实验背后的物理原理，将枯燥的公式赋予了鲜活的生命。比如在测量电阻率的实验中，作者并没有直接给出公式，而是通过对电路连接和电势差测量的细致剖析，引导我们去理解电阻的微观本质。这种引导式的教学方法，极大地激发了我探索的兴趣，让我在“做实验”的同时，也在“学物理”，而不是单纯地完成任务。这本书的排版也非常人性化，图文并茂，清晰明了，即便是复杂的电路图也看起来毫不费力。对于想要真正理解物理、提升实验技能的同学来说，这绝对是一本不可多得的宝典。

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说实话，市面上很多实验教材都过于“学术化”，充满了晦涩难懂的术语和过于理想化的假设，让人读起来倍感压力。然而，《大学物理实验教程》在这方面做得非常出色，它更像是为你量身打造的一位经验丰富的实验指导老师。它的语言风格非常贴近我们学生的实际需求，没有那种高高在上的说教感。特别是关于误差分析的部分，这本书的处理方式堪称经典。它没有采用那种复杂的统计学公式堆砌，而是从最基础的系统误差和随机误差入手，结合具体的实验案例，讲解了如何识别、量化和减小误差。这种实用的指导，让我们在面对实际测量中出现的各种“不完美”时，不再感到手足无措。我记得有一次我们在做光学实验时，发现结果总是有偏差，翻开这本书的对应章节，立刻找到了可能的干扰源和修正方法，那感觉真是茅塞顿开。它教会我的不只是如何得到一个“正确”的数字，而是如何科学地对待不确定性，这对于培养严谨的科学态度至关重要。它让我明白，实验的价值很大程度上在于对过程的掌控和对结果的审慎判断。

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我最欣赏这本《大学物理实验教程》的地方，在于其前瞻性和广度。它完全没有局限在高中阶段那些基础的力学和电磁学实验，而是大胆地引入了许多现代物理实验的初步概念。例如，书中关于半导体元件特性测试的介绍，虽然是入门级的，但已经为我们接触更深层次的固态物理打下了坚实的基础。这对我规划未来的学习方向非常有帮助，让我提前感受到了前沿科学的脉搏。此外，这本书在实验项目的设计上也体现了极高的智慧——它总是能找到一个平衡点，既保证了实验的理论深度，又使得实验设备的可获得性相对较高。我所在的学校实验室条件算是一般，但大部分实验通过书中的指引和现有设备，都能顺利开展。它没有强迫我们去追求那些需要天价仪器的复杂实验，而是教会我们如何用有限的资源，去实现最大的科学探索价值。这种务实而又不失深度的编排，使得这本书的适用范围更广，也更具长久的参考价值，绝对是那种值得在书架上留存多年的经典教材。

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如果要用一个词来形容这本书给我的整体感受，那就是“严谨而不失温度”。它在技术层面的精确性毋庸置疑，每一个公式、每一个步骤都经过了反复推敲。但同时，它又充满了对学习者困难的理解和关怀。比如，书中往往会附带一些“小贴士”或者“常见错误分析”，这些内容虽然篇幅不大，却是真正体现了编者多年教学经验的精华所在。它们像是老前辈在耳边低语：“注意这里容易出错，多留个心眼。”这些细节处理，使得原本严肃的实验学习过程变得更加人性化。我记得有一次我被一个特定光学现象的理论解释困住了，翻遍了其他参考书都找不到满意的解答，最后竟然在这本《大学物理实验教程》的某个实验的背景介绍中，找到了一个通俗易懂的解释角度，一下子就豁然开朗了。这说明这本书不仅仅是一本操作指南，更是一本深思熟虑的物理学思想启蒙读物。它成功地架起了理论的巍峨高山和实践的广阔田野之间的桥梁，让我这个漂浮在空中的学习者，找到了落地的坚实基础。

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