Model Based Learning and Instruction in Science pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:Clement, John J. (EDT)/ Rea-ramirez, Mary Anne (EDT)

出品人:

页数:296

译者:

出版时间:

价格:1459.00 元

装帧:

isbn号码:9781402064937

丛书系列:

图书标签:

• 科学教育
• 模型教学
• 基于模型的学习
• 科学认知
• 教学设计
• 课程开发
• STEM教育
• 探究式学习
• 概念变化
• 学习理论

探索物理世界的基础：经典力学导论 一本深入浅出、严谨扎实的大学物理教材，聚焦于经典力学的核心原理、概念与应用。 本书旨在为理工科本科生提供一个全面而深入的经典力学基础。我们摒弃了过于抽象的数学推导，转而强调物理图像的建立、基本原理的理解以及问题解决能力的培养。全书内容组织清晰，逻辑连贯，从最基本的运动学概念出发，逐步过渡到牛顿定律的严格应用，直至深入探讨能量、动量、角动量等守恒律，并最终引入拉格朗日和哈密顿力学的初步框架。 核心内容与特色： 第一部分：运动学的基石 (Kinematics) 本部分着重于描述物体运动的方式，而不涉及产生运动的原因。 一维与二维运动分析： 从最简单的直线运动开始，详细讲解位移、速度和加速度的矢量性质。特别关注匀变速运动的分析，以及在不同参考系下观察到的运动差异。我们引入了相对运动的概念，为后续的惯性系与非惯性系分析打下基础。 三维运动与曲线运动： 引入直角坐标系、柱坐标系和球坐标系，详细阐述这些坐标系下位置、速度和加速度的表达方式。曲线运动的分析重点放在向心加速度的物理意义上，结合圆周运动的实例（如：汽车转弯、卫星绕地飞行）深化学生的理解。 参考系与运动的描述： 深入探讨伽利略变换，明确惯性参考系与非惯性参考系的区分。通过分析匀加速运动的牵连力和科里奥利力在简单系统中的表现，为理解更复杂的宏观运动打下基础。 第二部分：动力学的核心 (Dynamics and Newton's Laws) 本部分是经典力学的核心，建立在牛顿三大定律之上。 牛顿第一定律与力的概念： 重新审视惯性，强调力的本构性质，区分接触力和场力（如：引力、弹力、摩擦力）。对摩擦力的处理采取了更为细致的分类讨论（静摩擦与动摩擦）。 牛顿第二定律的实践应用： 大量篇幅用于解决涉及多种力作用的复杂系统问题。重点分析弹簧系统（胡克定律）、连接体问题（滑轮组、传送带）以及受变力作用的运动。我们强调受力分析图（Free-Body Diagram）的规范绘制，这是解决动力学问题的关键技能。 动量与碰撞： 系统阐述动量守恒定律的物理基础——冲量，并将其推广到多体系统。碰撞问题分为弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞，并辅以实际案例（如：台球碰撞、粒子湮灭）进行说明。系统推导了一维和二维碰撞中的动量和能量关系。 功与能定理： 能量概念的引入是物理学中的一次飞跃。详细区分势能、动能和总机械能。工作（功）的定义采用积分形式，强调路径依赖性。保守力与非保守力的判别是本章的难点和重点，通过势能函数的梯度来严格定义保守力，并分析耗散过程（如：阻尼）对能量的影响。 第三部分：保守系统与角动量 (Conservation Laws and Rotational Motion) 本部分将能量和动量守恒定律应用于更广阔的物理场景，特别是旋转运动。 万有引力定律： 从开普勒定律出发，严格推导牛顿万有引力定律，并结合库仑定律的相似性进行类比教学。着重分析了行星运动的轨道特性、引力势能以及脱离速度的概念。 刚体转动： 引入转动刚体的概念，类比平动，定义转动惯量、转矩（扭矩）和角动量。详细推导转动定律 $oldsymbol{ au} = Ioldsymbol{alpha}$，并给出转动惯量的平行轴定理和正交轴定理的清晰证明。 角动量守恒： 深入探讨角动量在三维空间中的守恒性，特别是在涉及力矩为零的情况下的应用（如：花样滑冰、星系的形成）。本章通过三维转动惯量张量（仅做初步介绍，避免复杂的张量分析）来解释陀螺进动等现象的物理根源。 第四部分：振动、波与场论的过渡 (Oscillations and Introduction to Advanced Formalism) 本部分旨在展示经典力学在时间尺度上的演化，并为后续的分析力学打下数学基础。 简谐振动 (SHM)： 详尽分析理想弹簧振子和单摆的运动。引入阻尼振动和受迫振动，重点解析“共振”现象的物理机制和工程重要性，强调复数解在求解瞬态响应中的便捷性。 分析力学的萌芽： 在本章结束，我们将引入变分原理的思想。详细介绍拉格朗日量的定义，即 $L = T - V$ (动能减去势能)。通过推导欧拉-拉格朗日方程，展示如何从能量角度而非力学角度来重新构建动力学方程，为学生未来学习高等物理提供一个更普适的数学工具。 教学方法与风格： 本书的语言风格力求精确而富有启发性。每章均包含大量的“概念辨析”栏目，用于澄清学生常见的误解。配套的习题设计分为基础概念题、计算应用题和探索性思考题三类，确保学生不仅能计算，更能理解物理过程的本质。通过丰富的实例（从简单的抛体运动到复杂的多体系统模拟），我们致力于将抽象的物理定律转化为可感知的、可应用的知识体系。 本书是为那些渴望真正掌握物理学“语言”的未来工程师、科学家和研究人员准备的坚实跳板。

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