IET教育基金高等教育系列教材·力学世界：力学和热学导论（中文版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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奥莱尼克 著，李椿，陶如玉 译

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• 力学
• 热学
• 高等教育
• 教材
• 物理学
• IET
• 教育
• 大学
• 理工科
• 入门

出版社： 北京大学出版社

ISBN：9787301054369

版次：1

商品编码：10593071

包装：平装

开本：16开

出版时间：1995-12-01

页数：391

正文语种：中文

内容简介

为提高中国大学生英语交流能力，同时了解国外教学情况，推动英汉双语教学，美国IET基金会与中国教育电视台决定共同建设“IET大学基础课程英语教学系列教材”。
本物理教本是美国加州理工学院为非物理专业学生编写的。近年来，美国有247所大学选用本教材。教材配有音像课件、教师教学参考书、学生参考书等。

目录

Chapter 1 INTRODUCTION TO THE MECHANICAL UNIVERSE（PROGRAM 1）
Chapter 2 THE LAW OF FALLING BODIES（PROGRAM 2）
Chapter 3 DERIVATIVES（PROGRAM 3）
Chapter 4 INERTIA（PROGRAM 4）
Chapter 5 VECTORS（PROGRAM 5）
Chapter 6 NEWTONS LAWS（PROGRAM 6）
Chapter 7 INTEGRATION（PROGRAM 7）
Chapter 8 THE APPLE AND THE MOON（PROGRAM 8）
Chapter 9 MOVING IN CIRCLES（PROGRAM 9）
Chapter 10 FORCES（PROGRAM 10）
Chapter 11 GRAVITY，ELECTRICITY，AND MAGNETISM（PROGRAM 11）
Chapter 12 THE MILLIKAN OIL-DROP EXPERIMENT（PROGRAM 12）
Chapter 13 THE LAW OF CONSERVATION OF ENERGY（PROGRAM 13）
Chapter 14 ENERGY AND STABILITY（PROGRAM 14）
Chapter 15 TEMPERATURE AND THE GAS LAWS（PROGRAM 45）
Chapter 16 THE ENGINE OF NATURE（PROGRAM 46）
Chapter 17 ENTROROPY（PROGRAM 47）
Chapter 18 THE QUEST FOR LOW TEMPERATURES（PROGRAM 48）
Chapter 19 THE CONSERVATION OF MOMENTUM（PROGRAM 15）
Chapter 20 HARMONIC MOTION（PROGRAM 16）
Chapter 21 RESONANCE（PROGRAM 17）
Chapter 22 COUPLED OSCILLATORS AND WAVES（PROGRAM 18）
Chapter 23 ANGULAR MOMENTUM（PROGRAM 19）
Chapter 24 GYROSCOPES（PROGRAM 20）
Chapter 25 KEPLESS LAWS AND THE CONIC SECTION（PROGRAM 21）
Chapter 26 SOL VING THE KEPLER PROBLEM（PROGRAM 22）
Chapter 27 ENERGY AND ECCENTRICITY（PROGRAM 23）
Chapter 28 NAVIGATING IN SPACE（PROGRAM 24）
Chapter 29 LOOSE ENDS AND BLACK HOLES（PROGRAM 25）
Chapter 30 THE HARMONY OF THE SPHERES：AN OVERVIEW OF THE MECHANICAL UNIVERSE
（PROGRAM 26）
Appendix A THE INTERNATIONAL SYSTEM OF UNITS
Appendix B CONVERSION FACTORS
Appendix C FORMULAS FROM ALGEBRA，GEOMETRY，AND TRIGONOMETRY
Appendix D ASTRONOMICAL DATA
Appendix E PHYSICAL CONSTANTS
SELECTED BIBLIOGRAPHY
Index

前言/序言

《物理学导论：经典力学与热力学基础》 （本书旨在为初学者系统构建经典物理学的核心框架，不涉及IET教育基金高等教育系列教材中“力学世界：力学和热学导论”的具体内容，而是提供一个全新视角的入门指南。） --- 第一章 测量的艺术与运动的描述 1.1 物理学的本质与研究范畴 物理学是探索物质、能量、空间和时间之间基本关系的科学。本书首先界定物理学的基本概念，区分宏观现象与微观世界的研究方法。我们将探讨物理学如何通过数学语言精确地描述自然规律，并强调理论模型与实验验证之间的相互作用。 1.2 基础量与单位制 精确的科学始于精确的测量。本章深入解析国际单位制（SI）的七个基本量（米、千克、秒等）及其导出量。我们将详细讨论单位换算的规范和重要性，强调在物理计算中保持量纲一致性的必要性。引入有效数字的概念，训练读者理解测量误差和不确定性对结果可靠性的影响。 1.3 运动学的基本概念 运动是宇宙永恒的主题。本章从一维运动开始，定义位移、速度和加速度。着重区分平均速度与瞬时速度的数学表述。通过严谨的极限过程，导出描述匀加速直线运动的运动学方程组，并分析抛体运动作为二维运动的典型实例。抛体运动的分析将侧重于分解独立方向上的运动，展示矢量分析在描述空间运动中的威力。 1.4 矢量：几何与代数 运动和力本质上都是矢量。本节系统介绍矢量的概念、加减法（三角形法则与平行四边形法则），并着重讲解矢量的分解与合成。重点阐述直角坐标系下的分量表示法，为后续的力学分析奠定数学基础。同时，引入矢量乘法中的点积（标量积）和叉积（矢量积），解释它们在计算功和力矩中的物理意义。 --- 第二章 动力学的基石：牛顿定律的普适性 2.1 惯性参考系与力的概念 在深入研究“为什么”物体运动会改变之前，必须确立一个合适的研究框架。本章首先定义惯性参考系，并讨论非惯性系中表观力的引入。力被定义为引起物体运动状态改变的物理量，强调力的矢量性和相互性。 2.2 牛顿第一定律：惯性与平衡 牛顿第一定律是经典力学的哲学基石，它确立了物体保持匀速直线运动或静止状态的条件。本节将探讨惯性质量的概念，并分析物体在不受外力或合外力为零时的运动状态。通过分析静力学平衡问题，巩固矢量合力的应用。 2.3 牛顿第二定律：质量、力和加速度的关系 这是动力学的核心定律。详细阐述 $mathbf{F} = mmathbf{a}$ 的矢量形式及其在不同参考系下的应用。我们将通过实际案例，如斜面上的物体、连接体的运动（如阿特伍德机），演示如何建立精确的受力图（Free-Body Diagram）并运用方程求解加速度。重点分析质量的意义——它不仅是惯性量度，也是引力相互作用的量度。 2.4 牛顿第三定律：相互作用与守恒 第三定律揭示了力的本质是相互作用。详细讨论作用力与反作用力的配对关系，强调它们作用在不同物体上，因此不能相互抵消。应用第三定律分析绳索、弹簧和接触力的性质。 2.5 常见的作用力分析 本章末尾专门用于系统化分析日常生活中遇到的重要作用力：重力、支持力（法向力）、摩擦力（静摩擦与动摩擦）以及张力。详细讨论摩擦力的特性，尤其是静摩擦力的最大值与实际受力之间的关系。 --- 第三章 功、能与守恒：系统性能的量化描述 3.1 功的定义与计算 功是能量转移的量度。本章从恒力做功的简单定义 $ ext{W} = mathbf{F} cdot mathbf{d}$ 开始，推广到变力做功的积分形式 $ ext{W} = int mathbf{F} cdot dmathbf{r}$。重点分析力和位移方向夹角对做功的影响，并区分正功、负功和零功的物理情景。 3.2 动能与动能定理 动能（Kinetic Energy）是描述物体运动状态的标量。本节推导并应用动能定理（合外力做的功等于物体动能的变化量），展示能量观点在求解复杂运动问题时的简洁性，尤其是在力与位移不平行的情景下。 3.3 势能：保守力的内禀属性 保守力（如重力和弹簧力）的做功与路径无关，这使得引入势能（Potential Energy）成为可能。详细定义重力势能和弹性势能的参考点选取与变化量计算。势能本质上是系统内物体之间相互作用的“储存形式”。 3.4 机械能守恒定律 当系统仅受保守力作用或非保守力做功为零时，系统的总机械能（动能加势能之和）保持不变。本章通过大量实例，如单摆、弹簧振子在保守场中的运动，演示如何运用机械能守恒解决运动学难以处理的问题。 3.5 能量的普遍守恒 超越机械能的范畴，本章引入非保守力（如摩擦力）对能量的影响，从而推广到更普适的能量守恒原理：系统机械能的减少量等于非保守力做的功，或更一般地，总能量（包括内能、热能等）保持不变。 --- 第四章 动量、冲量与碰撞动力学 4.1 动量与冲量 动量 $mathbf{p} = mmathbf{v}$ 是描述物体质量和速度的矢量。冲量 $I$ 定义为力在时间内的累积效应，它是改变动量的量度。本节推导动量定理：冲量等于动量的变化，这是牛顿第二定律的另一种等效形式，尤其适用于分析短时间内的大力作用。 4.2 动量守恒定律 在系统所受的合外力为零（或远小于系统内部相互作用力）的隔离系统中，总动量保持不变。本章将动量守恒定律推广到多粒子系统，并分析火箭推进等实际应用。 4.3 碰撞的分析 碰撞是动量守恒的典型应用场景。根据碰撞中机械能是否守恒，将碰撞分为完全非弹性碰撞、非弹性碰撞和弹性碰撞。 非弹性碰撞： 动能有损失，但动量守恒。分析质心系下的相对运动。 弹性碰撞： 动量和总机械能均守恒。导出碰撞后两物体速度的通用公式，特别关注一维和二维弹性碰撞的特殊情况。 4.4 质心（重心）的概念与运动 质心是描述复杂系统整体运动的关键点。本章定义质心坐标，并证明质心遵循的运动规律——质心加速度只取决于作用在系统上的外力合力，与系统内部的运动状态无关。质心运动的分析为理解复杂系统的宏观行为提供了强大的工具。 --- 第五章 热力学导论：温度、热量与宏观系统 (注：本部分内容侧重于宏观热现象的描述和基础定律的应用，与微观统计物理学的具体模型（如理想气体分子运动论的深入推导）保持距离，旨在构建热力学的经典框架。) 5.1 温度与温度计的构建 温度是衡量物体冷热程度的物理量。本章引入温度的宏观概念，解释温度计的工作原理，并详细讨论不同温标（摄氏、华氏、开尔文）之间的转换公式，强调绝对零度的物理意义。 5.2 热平衡与热力学第零定律 热力学第零定律是温度概念的逻辑基础：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，则它们彼此之间也处于热平衡。这一定律保证了温度测量的合理性。 5.3 热量的传递方式 热量（Heat）是由于温差而传递的能量。本章系统介绍热量传递的三种基本方式： 传导（Conduction）： 分子碰撞和自由电子移动，介绍傅里叶热传导定律的基本形式。 对流（Convection）： 流体运动引起的宏观能量转移，描述其在自然界中的普遍性。 辐射（Radiation）： 电磁波形式的能量传递，简要提及斯特藩-玻尔兹曼定律。 5.4 热容量与比热容 热容量是系统吸收热量后温度升高的难易程度的量度。定义热容量 $C$ 和比热容 $c$。详细讨论定容比热 $c_v$ 和定压比热 $c_p$ 的区别及其在不同物质中的应用，包括水的反常高比热。 5.5 物质的相变 物质在固、液、气态之间转变（熔化、凝固、汽化、凝结）是重要的热力学过程。引入熔化热和汽化热（潜热）的概念，解释在相变过程中，系统吸收或释放热量但温度保持恒定的物理原因。 --- 第六章 热力学第一定律：能量的守恒与转化 6.1 内能的概念与状态函数 内能 $U$ 是系统内部所有粒子无规则运动和相互作用的能量总和。强调内能是系统的状态函数，其变化量只依赖于初始和最终状态，与过程无关。 6.2 功的另一种形式：体积功 在热力学中，功通常表现为体积的变化。定义压力 $P$ 与体积 $V$ 相关的功 $W = int P dV$。分析等压、等容过程中的功的计算。 6.3 热力学第一定律的表述 热力学第一定律是能量守恒定律在热力学过程中的具体体现：系统内能的增加等于系统吸收的热量减去系统对外做的功 ($Delta U = Q - W$)。本章详细分析准静态过程和循环过程中的第一定律应用。 6.4 绝热过程与等温过程 探讨在特殊约束条件下（$Q=0$ 或 $Delta T=0$）第一定律的简化形式，并分析这些过程在气体膨胀与压缩中的意义。 6.5 热力学过程的图示：P-V图 介绍压力-体积（P-V）图，理解曲线下面积代表功的物理意义。通过在P-V图上绘制等压线、等温线等，直观理解不同热力学路径的特点。 --- 附录：基础数学工具回顾 微积分基础回顾（求导与定积分） 矢量代数运算（投影与矢量分解） 常用物理常数表与单位换算参考。

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评价二 这本书的叙述方式，我个人觉得非常巧妙。它不像某些教材那样，上来就堆砌一堆高深的公式和定义，而是循序渐进，从大家都能理解的日常生活现象出发，引出背后深刻的力学原理。比如，讲到惯性的时候，会用汽车突然刹车时人为什么会向前倾的例子；讲到功和能的时候，会用举起重物和推车前进的对比。这种“接地气”的引入方式，极大地降低了学习门槛，让原本可能枯燥的物理概念变得生动有趣。而且，作者在解释一些关键概念时，会反复从不同角度进行阐述，有时候还会巧妙地运用类比，这对于我这样初次接触这些知识点的读者来说，帮助太大了。感觉作者就像一位经验丰富的老师，总是能找到最贴切的比喻，把最难懂的知识点解释得明明白白。即使遇到一些稍显复杂的数学推导，作者也会在推导前给出清晰的逻辑框架，并在推导过程中给出必要的提示，让人不会迷失在符号的海洋里。

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评价一 这本书的装帧设计，从封面到内页，都透露着一种严谨而又不失亲和的学术气息。封面上“力学世界：力学和热学导论”这几个字，用一种沉稳的字体呈现，仿佛在邀请读者进入一个充满奥秘的物理殿堂。翻开书页，纸张的质感相当不错，厚实且略带哑光，阅读起来眼睛不容易疲劳，这一点对于长时间学习的学生党来说，简直是福音。排版布局也非常合理，公式、图示和文字之间的间隔恰到好处，不会让人觉得拥挤。尤其是那些示意图，线条清晰，标注明确，即使是对抽象的物理概念，也能通过这些图示得到一个直观的理解。我尤其喜欢书中一些历史小故事的穿插，比如牛顿发现万有引力定律的趣闻，或者热力学第一定律发展过程中的一些争论，这些内容不仅增添了阅读的趣味性，更让知识的来龙去脉变得鲜活起来，仿佛能感受到科学家们当年探索未知的热情。总的来说，从编辑和设计层面来看，这本书无疑是一本用心之作，为接下来的深度学习打下了良好的基础。

评分☆☆☆☆☆

评价三 我之前对力学和热学的印象，总觉得它们是需要大量死记硬背公式的学科，读这本书之前，甚至有些畏惧。然而，这本书彻底改变了我的看法。它并没有把重点放在罗列公式上，而是非常注重概念的理解和物理思想的培养。在讲解每一个力学定律或热力学过程时，都会先深入剖析其背后的物理本质，以及它所能解决的实际问题。例如，在讲解牛顿第二定律时，作者花了大量的篇幅去解释“力”、“质量”和“加速度”之间的关系，强调了力的矢量性以及加速度的方向，而不是简单地给出 F=ma 这个公式。 Similarly, 在热学部分，对能量守恒的阐述，不仅仅是冰冷的数学表达，更是对宇宙能量转化和守恒这一宏观规律的深刻洞察。这本书教会我的是如何去“思考”物理问题，而不是简单地“套用”公式。这对于培养我的科学素养和解决实际问题的能力，有着长远的意义。

评分☆☆☆☆☆

评价四 这本书的习题设计，可以说是“量身定制”，与课本内容的高度契合，让我印象深刻。题目类型非常丰富，既有基础的巩固题，帮助我检查对概念的掌握程度，也有一些需要综合运用多个知识点才能解决的难题，极大地锻炼了我的分析和解决问题的能力。更值得称赞的是，很多题目都来源于实际的工程或者生活场景，比如关于桥梁的受力分析，或者关于内燃机的工作原理，这些都让我觉得学习物理不再是脱离实际的空谈，而是与我们的生活息息相关的。最关键的是，书中提供了一些关键习题的详细解答和思路分析，这对于我这个自学的读者来说，简直是无价之宝。能够对照解析，理解自己出错的原因，并学习到更优的解题方法，大大提升了我的学习效率。这种“学以致用”的导向，让我觉得这本书是真的能帮助我掌握这门学科。

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评价五 总体而言，这本书在逻辑严谨性和知识深度上都做得相当出色，但又巧妙地避免了学术论文那种晦涩难懂的风格。作者在阐述复杂概念时，往往会先给出简明的定义和核心思想，然后再逐步深入，引入数学模型和推导过程。这种结构安排，让我在理解上不会感到突兀。例如，在介绍能量守恒定律时，作者首先从宏观角度阐述了能量不能凭空产生也不能凭空消失的哲学意义，然后才引入了数学公式，并且详细解释了公式中各项代表的物理意义。这种理论与实践相结合的讲解方式，让我对力学和热学的认识更加深刻和系统。尤其是一些章节的末尾，作者会进行章节总结，梳理本章的核心概念和重要结论，并且会指出这些知识点在后续章节中的应用，这对于建立完整的知识体系非常有帮助。虽然内容量不少，但得益于良好的组织和清晰的讲解，整个阅读过程都比较流畅。

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教育基金高等教育系列教材·力学世界力学和热学导论（中文版）书的样子有什么好独特的呢:..奥莱尼克1.奥莱尼克细心的读者将会注意到，这是一本几乎每页都分成上下两栏的书，因为全书没有一页下方没有脚注！扣掉前言两页、目次页、各章标题页和各章都附的参考书目，这本两百六十七页的专书每一页下面都有脚注，而且还都不只一个，至少都有两个或两个以上。事实上，根据表一的统计，各章的每页平均脚注数目不一，但最少也有三个，多的还有四个以上，全书平均则是接近四个而且很不符合一般学术专书()惯例的是，这本书的每一章后面都单独附有参考书目，由表一可见，光光参考书目就占了59页，是全书的20%篇幅，而且在章与章的书目之间根本缺乏整合，重复的项目不胜枚举不仅如此，这些在各章之间被重复征引的专书或论文，在各章第一次出现在各页下方脚注的时候，其完整的时地数据还是会再被不厌其烦地注记一次。脚注加上书目，这使得单单作者、书名、时地、页码之类的讯息就占了全书没有一半、至少也有三分之一强的页面空间。往好处想，这是种对读者极端友善的作法，因为读者几乎不论何时看到一条数据被引用，都不需要再翻查很远才能得知完整出处，而且一而再、再而三地看到同样的出处信息，也能帮助入门的读者反复学习，有加深印象的效果。不过，万一读者不如预期的那样需要被启蒙的话，只要稍微熟悉人文社会学术状况的读者，可能不难看出，这是将原先已经的期刊论文草率集结成书的结果[9]，而不是一个有计划、有效率的专书契约会产生的现象，为提高中国大学生英语交流能力，同时了解国外教学情况，推动英汉双语教学，美国基金会与中国教育电视台决定共同建设大学基础课程英语教学系列教材。本物理教本是美国加州理工学院为非物理专业学生编写的。近年来，美国有247所大学选用本教材。教材配有音像课件、教师教学参考书、学生参考书等。所以才会出现各章在彼此征引的时候（页13、112、118），甚至都不知道应该加注「该文现已收入本书第章」。这些格式上的紊乱与资源的浪费，社编辑和原作者只怕都难辞其咎。

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表一

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必填，长度在4-20个字之间

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技术性的问题再版时雇一两个工读生或助理就不难解

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给儿子买的课外读物，儿子很喜欢

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章次正文页数每章总注数每页平均注数参考书目页数参考书目项数[10]

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全国普通高等学校优秀教材一等奖