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出版者:

作者:Douglas Quadling

出品人:

页数:304

译者:

出版时间:2001-7

价格:260.00元

装帧:

isbn号码:9780521786027

丛书系列:

图书标签:

• Mechanics
• OCR
• Cambridge Advanced Level
• A Level
• Physics
• Mathematics
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高级物理学原理：深入探索经典力学与热力学 本书全面涵盖了A-Level物理课程中关于经典力学（Mechanics）和热力学（Thermodynamics）的核心概念与高级应用，专为备考OCR剑桥高级水平（Cambridge Advanced Level）的学生设计。它不仅仅是一本知识点的汇编，更是一本引导学生深入理解物理学基础、培养严谨思维和解决复杂问题的工具书。 第一部分：运动的精确描述与动力学基础 本部分聚焦于运动学的精确数学描述，为后续的动力学分析奠定坚实基础。我们从矢量和标量的基础概念出发，确保学生能够熟练运用向量代数处理位移、速度和加速度。 1. 运动学的高级分析： 我们将详细探讨匀加速直线运动的微积分推导，并引入非恒定加速度情况下的瞬时速度和加速度的定义。运动学曲线的深入分析是本章的重点，包括位移-时间图、速度-时间图以及加速度-时间图的几何意义和相互转化。尤其关注曲线下面积代表的物理意义（如位移或路程）。 2. 射体运动的完全解析： 射体运动被分解为相互垂直的水平和竖直分量进行独立分析。重点讲解如何处理空气阻力可忽略情况下的抛体运动，包括最大射程、最高点高度以及飞行时间的计算。我们将引入能量守恒原理在分析复杂射体轨道中的应用，例如在不同高度发射和接收时的速度矢量分析。 3. 功、能与能量守恒定律： 这是对牛顿力学进行深化理解的关键部分。我们不仅复习了功的基本定义，还深入探讨了变力做功的概念，此时需要使用定积分来精确计算功。势能（重力势能和弹性势能）的引入，使得能量守恒定律成为解决复杂力学问题的核心工具。我们将详尽分析保守力和非保守力（如摩擦力、空气阻力）对系统总机械能的影响，并通过功-能定理将外部做功与系统机械能的变化联系起来。 4. 动量与冲量： 本章将动量概念提升到碰撞分析的高度。冲量的定义被扩展为力对时间的作用效果，并直接与动量的变化量相关联。碰撞（弹性碰撞与非弹性碰撞）的分析是重中之重，学生需要熟练掌握动量守恒定律和（在弹性碰撞中）动能守恒定律的应用。此外，系统动量的概念被用于分析火箭推进、喷射流等变质量系统的动力学问题。 第二部分：旋转动力学与刚体运动 本部分将力学从质点体系扩展到刚体运动，引入了新的描述变量和守恒定律。 5. 圆周运动与向心力： 虽然基础的向心加速度公式（$a = v^2/r$）为人所熟知，但本章更侧重于分析实际物理情境中向心力的来源——可能是张力、重力分量或摩擦力。通过对垂直面内圆周运动（如过山车轨道最高点）的分析，学生需要掌握在不同位置应用牛顿第二定律和能量守恒定律的技巧。 6. 转动动力学基础： 转动与线运动的类比是理解本章的关键。我们引入了转动惯量（$I$）的概念，并详细讨论了其与质量分布的关系，包括平行轴定理（Parallel Axis Theorem）的推导和应用，这对于计算不规则物体的转动惯量至关重要。力矩（Torque, $ au$）被定义为导致角加速度的原因，并建立了$ au = Ialpha$的转动牛顿第二定律。 7. 角动量与转动能量： 角动量（$L = Iomega$）的守恒定律在无外力矩作用下的刚体运动中表现出与线性动量守恒同等的地位。我们将通过溜冰者收臂、双星系统等经典案例来阐释角动量守恒的深刻含义。此外，转动动能的计算，特别是其在滚动体（如滚珠轴承中的球体）总动能中所占的比重，是衡量学生对能量概念掌握程度的重要指标。 第三部分：振动与波的机械基础 本部分衔接了牛顿力学与更宏观的场论，重点在于周期性运动的描述。 8. 简谐运动（SHM）的深入研究： 简谐运动被定义为一种特殊的回复力与位移成正比的运动（$F = -kx$）。我们将推导简谐运动的微分方程，并给出其解的形式（正弦和余弦函数）。关键的分析点包括：相位、周期、频率与振幅的关系，以及在简谐运动中，速度和加速度的能量转换关系——例如在平衡点和最大位移点时的动能和势能分配。 9. 阻尼振动与受迫振动： 真实世界中的振动总是伴随着阻尼（如空气阻力或内部摩擦）。本章将引入阻尼力，分析欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种情况的运动特性。受迫振动的分析将导向“共振”现象的物理学解释，详细讨论共振的条件、共振峰的形状，以及共振在工程学中的重要性（无论是需要避免还是需要利用）。 第四部分：热力学与物质的微观结构 本部分将视角从宏观的力学运动转向物质的内部能量和状态变化。 10. 气体动力学理论（Kinetic Theory of Gases）： 热力学的基础建立在对气体微观粒子运动的假设之上。我们将从牛顿定律出发，推导理想气体的压强公式，并建立宏观可测量的量（压力、温度）与微观量（分子平均速率、分子动能）之间的定量关系。关键成果包括对均方根速率（$v_{rms}$）的计算，以及证明温度是分子平均平移动能的直接量度。 11. 理想气体的热力学过程： 本章将理想气体定律（$PV=nRT$）应用于描述气体的宏观变化。我们将详细分析等温、等压、等容和绝热这四种基本热力学过程，并使用$PV$图来直观表示这些过程。学生需要熟练计算每种过程中气体所做的功，这涉及到对不同过程下压强随体积变化的积分。 12. 热力学定律的精髓： 第一定律被确立为能量守恒在热系统中的体现（$Delta U = Q + W$），其中对功的符号约定（系统对外界做功为正或外界对系统做功为正）需要严格区分和应用。 第二定律的引入是理解自然过程方向性的关键。本章将侧重于熵（Entropy, $S$）的概念，从统计学的角度理解熵是系统无序度的量度，并阐述在孤立系统中，自然过程总是朝着熵增大的方向进行。我们将分析热机（如卡诺循环）的工作原理，并计算其最大可能效率，以此来理解热力学第二定律的不可逆性限制。 13. 相变与比热容： 本部分探讨了物质在不同相态间的能量交换。我们分析了熔化、汽化等相变过程中吸收或释放的潜热，以及如何利用潜热概念解决复杂的热量传递问题。此外，对固体、液体和气体的比热容（定容比热容$C_v$和定压比热容$C_p$）进行区分和计算，特别是对于理想气体，理解$C_p$和$C_v$之间的梅耶关系（Mayer's Relation）。 全书通过大量的例题和深入的练习题，确保学生不仅能记忆公式，更能理解其背后的物理原理，从而在高级物理学的严谨考核中取得优异成绩。

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这本书的结构安排得相当有逻辑，每个章节都紧密相连，并且非常注重知识的循序渐进。我之前学习力学的时候，总觉得知识点之间好像是割裂的，很难形成一个完整的体系。但在这本书里，你会发现作者非常巧妙地将不同的力学概念串联起来，让你能够从宏观到微观，从简单到复杂，逐步深入地理解整个学科。特别是在处理一些涉及多方面因素的物理模型时，这本书的讲解就显得尤为出色。它不会让你感到信息过载，而是会一次只聚焦于一个关键点，然后逐渐引入其他因素，让你的思维能够一步步地跟上。我特别欣赏它在每一章末尾都设置了“重点回顾”和“易错点提示”这样的板块。这简直是为我这样的“细节控”量身打造的！“重点回顾”让我能快速地梳理一遍本章的核心概念，而“易错点提示”则像一个经验丰富的老师，提前指出了我可能会犯的错误，让我能够有意识地去避免。这样一来，我学习效率大大提高，也能更扎实地掌握每一个知识点。这种“预见性”的学习支持，让我感觉学习过程非常顺畅，减少了很多不必要的弯路。

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从一个更宏观的视角来看，《Mechanics 3 & 4 for OCR Cambridge Advanced Level》为我构建了一个扎实的力学理论框架。我之前接触过的力学教材，很多时候都停留在一些基础的应用层面，对于更深层次的原理和推导，要么一带而过，要么就过于艰涩。但这本书却给了我一种“挖根究底”的感觉，它不仅教我如何应用公式，更重要的是，它解释了公式是如何得来的，以及它们背后的物理意义。这种深入的讲解，让我对力学的理解不再停留在表面，而是能够真正理解其内在的逻辑和普适性。我尤其对书中关于能量守恒和动量守恒定律的应用部分印象深刻。作者通过一系列引人入胜的案例，展示了这些基本定律如何在各种复杂的物理场景中发挥作用，并给出了一种通用的分析方法。这让我感觉我不再是简单地套用公式，而是能够运用这些基本原理去分析和解决问题，这是一种质的飞越。这本书不仅仅是在教授知识，更是在培养一种科学的思维方式，让我学会如何去观察、分析和理解物理世界。

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这本《Mechanics 3 & 4 for OCR Cambridge Advanced Level》简直是为我这种在力学学习路上磕磕绊绊的同学量身定做的！说实话，刚开始拿到这本书的时候，我还有点忐忑，毕竟“进阶”这两个字听起来就充满了挑战。但事实证明，我的担忧完全是多余的。这本书的讲解方式真的太令人惊喜了。它不像有些教材那样，上来就是一堆公式和定义，让人望而生畏。取而代之的是，它通过大量精心设计的例子，一步一步地引导你理解每一个概念。每个例子都剖析得非常透彻，从问题的设定到最终的解答，中间的思考过程都被清晰地展现出来。我尤其喜欢它在讲解一些复杂概念时，会运用到一些生动形象的比喻，这让抽象的物理原理变得触手可及。比如，在解释功与能的转换时，作者并没有直接给出公式，而是通过描述一个弹簧被拉伸然后释放的过程，让你直观地感受到能量是如何被储存和释放的。这种“润物细无声”的教学方法，让我不知不觉中就掌握了知识，而不是死记硬背。而且，书后的习题设计也非常人性化，从基础题到拔高题，难度梯度非常合理，能够有效地巩固课堂上学到的知识，并逐步提升解决复杂问题的能力。我感觉自己已经不再是那个看到力学就头疼的学生了。

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这本书的排版和插图设计也是我非常喜欢的一点。坦白说，我之前对一些厚重的物理教材总是心生畏惧，很大一部分原因在于它们枯燥乏味的排版和缺乏吸引力的插图。但是，《Mechanics 3 & 4 for OCR Cambridge Advanced Level》在这方面做得非常出色。整个书的版式设计清晰明了，重点内容使用了不同的颜色或粗体来突出，使得阅读体验非常舒适。而且，书中大量的插图和图表都不是那种简单示意性的，而是制作得相当精良，能够准确地描绘出物理过程中的关键细节，极大地帮助了我对抽象概念的理解。比如，在讲解一些关于运动轨迹的问题时，书中的图示能够清晰地展示出物体在不同时刻的速度和加速度方向，这比单纯的文字描述要直观得多。这种图文并茂的学习方式，让我感觉学习过程不再是枯燥的文字阅读，而是变成了一种视觉化的探索，也让我更容易记住和理解那些复杂的力学模型。

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这本书在培养我的独立思考能力方面，起到了非常关键的作用。它并没有把所有的答案都直接给出，而是在讲解完理论之后，会留有一些需要学生自己去探索和推导的空间。我记得有一次，书中提出了一个问题，当时我尝试了很多种方法都觉得不对。但正是这种“卡住”的感觉，反而激发了我更深入地去思考问题的本质。当我最终找到解决办法的时候，那种成就感是无法比拟的。这本书更像是引导者，它会给出足够的信息和思路，但最终的解题过程，需要你自己去一步步地构建。这种“授人以渔”的方式，让我不仅仅是在学习力学的知识，更是在学习如何成为一个独立的问题解决者。通过大量的练习和引导，我发现自己解决问题的能力有了显著的提升，即使遇到新的、从未见过的力学问题，我也能更加自信地去尝试分析和解决。这对于我未来在更高级的学习和研究中，无疑是宝贵的财富。

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