内容简介
一本引入人胜的物理教材。从人们体重的测定到地热的开发,从背越式跳高到潮汐的形成,从人造卫星到大风揭走房顶,从放射性到原子弹、氢弹……内容五花八门,应有尽有,和日常生活、实用技术、自然风光紧密相联,阅读起来兴趣盎然。
内容涵盖一般物理学的全部基本内容,文中还恰当地嵌入现代物理的新进展,阅读之后让人眼界大为开阔。学习《概念物理(第10版 影印版系列)/国际著名物理图书》不需要微积分,全文除了几个非常基本的公式外,几乎没有数学公式,但物理概念阐述得通俗易懂,是一本“高级科普式的十万个为什么”。
内页插图
目录
Contents in Detail
Conceptual Physics Photo Album
To the Student
To the Instructor
Acknowledgments
1 About Science
PART ONE Mechanics
2 Newton's First Law of Motion-Inertia
3 Linear Motion
4 Newton's Second Law of Motion
5 Newton's Third Law of Motion
6 Momentum
7 Energy
8 Rotational Motion
9 Gravity
10 Projectile and Satellite Motion
PART TWO Properties of Matter
11 The Atomic Nature of Matter
12 Solids
13 Liquids
14 Gases and Plasmas
PART THREE Heat
15 Temperature, Heat, and Expansion
16 Heat Transfer
17 Change of Phase
18 Thermodynamics
PART FOUR Sound
19 Vibrations and Waves
20 Sound
21 Musical Sounds
PART FIVE Electricity and Magnetism
22 Electrostatics
23 Electric Current
24 Magnetism
25 Electromagnetic Induction
PART SIX Light
26 Properties of Light
27 Color
28 Reflection and Refraction
29 Light Waves
30 Light Emission
31 Light Quanta
PART SEVEN Atomic and Nuclear Physics
32 The Atom and the Quantum
33 The Atomic Nucleus and Radioactivity
34 Nuclear Fission and Fusion
PART EIGHT Relativity
35 Special Theory of Relativity
36 General Theory of Relativity
Epilogue
Appendix A Systems of Measurement
Appendix B More About Motion
Appendix C Graphing
Appendix D More About Vectors
Appendix E Exponential Growth and Doubling Time
Glossary
Photo Credits
Index
前言/序言
Paul G.Hewitt这本物理教材具有以下特点:
一、联系实际广泛。从人们体重的测定到地热的开发,从背越式跳高到潮汐的形成,从人造卫星到大风揭走房顶,从彩色电视到致密光盘,从北极光到眼睛的欺骗,从放射性到原子弹、氢弹……内容五花八门,应有尽有,和日常生活、实用技术、自然风光紧密相联,阅读起来兴趣盎然。
二、涉及现代物理新发展。相对论(包括广义相对论)、核反应、二象性、混沌、激光、全息都有介绍。21世纪这几年的宇宙学的成就,如宇宙整体上是平展的,暗物质、暗能量也都有触及。阅读之后,让人眼界大为开阔。
三、内容涵盖一般物理学的全部基本内容,系统也基本上是传统的,但也很恰当地嵌入了现代内容,有的讲得还相当深入。如力学中引力一章就较仔细地讲解了潮汐,简述了爱因斯坦的引力理论;热学中讲了能量的退降和熵的概念等。
四、在正文中只写了几个非常基本的,不写不行的公式。其他方程、公式一概没有,也没有一个用公式计算的例题,因此学习起来不需要微积分。
五、尽管不用数学公式,但道理讲得通俗易懂。如对动量守恒定律没有用公式,而是借助牛顿第三定律的概念就说得很明白。又如对光在透明介质中的速度慢于在真空中的速度,用光激发原子振动而后原子又再发射因此滞后来说明,也很容易理解。引力定律用图形和曲线也讲得很明白等。
六、每章后均列有50个问答题和少量计算题,大多是从实际出发提出问题,帮助读者更深入全面地但也是定性的理解本题的本质。
七、书的表现形式也很令人喜欢。用了许多作者的亲人,如妻、子、弟、侄女、孙子的照片来说明物理原理,也画了许多卡通人物或动物来解说问题,使人读起书来感到很亲切,有兴趣。书中不断出现的“亮牌”,写的是各处的要点,对掌握书的内容很有帮助。
八、本书还附有一本书面的练习册。其中一部分是为各章设计的选择题和填空题,另一部分是本书的问答题和计算题的全部解答,是很好的学习辅助工具。
概括起来,我认为Hewitt的这部教材是一本“高级科普式的十万个为什么”。解说了一个现代文化人应该具有的物理知识,讲解清楚、正确、易懂。本书不但可以作为一本很好的大学物理教材,尤其是文科物理教材,其他的人如中学、大学物理教师或学生能够阅读一遍也会受益匪浅的。
好的,这是一本关于现代物理学基础的著作的详细介绍,其内容涵盖了从经典力学到量子场论的广泛领域,旨在为读者提供一个全面而深入的物理学图景。 --- 《现代物理学导论:原理、应用与前沿探索》 内容简介 本书旨在为物理学、工程学以及相关科学领域的学生和研究人员提供一个严谨而易于理解的现代物理学基础框架。全书结构清晰,逻辑严密,覆盖了20世纪以来物理学取得的革命性突破,并对当前的未解之谜进行了深入探讨。本书不仅侧重于理论的阐述,更强调物理思想的形成过程以及数学工具在解决实际问题中的应用。 第一部分:经典物理的基石与极限 本部分回顾了经典物理学的两大支柱——牛顿力学和麦克斯韦电磁学,并着重分析了它们在高速和微观尺度下的局限性,为引入相对论和量子力学奠定基础。 第1章 经典力学的回归与延伸:拉格朗日与哈密顿力学 本章超越了牛顿的力学表述,引入了变分原理,详细阐述了拉格朗日力学和哈密顿力学的形式体系。重点讨论了守恒定律的深刻意义,以及这些形式如何自然地过渡到量子力学的相空间描述。对正则变换和泊松括号的讨论,为理解相空间结构至关重要。 第2章 电磁学的统一与相对论的曙光 详细梳理了麦克斯韦方程组的优美结构及其在经典场论中的地位。随后,深入分析了迈克尔逊-莫雷实验的意义,并以此为引子,系统地阐述了狭义相对论的原理。章节内容包括洛伦兹变换的几何解释、动量和能量的相对论修正,以及能量-动量四矢的定义。光锥结构和固有时是本章的重点分析对象。 第二部分:时空的几何化与宇宙的演化 本部分将焦点转向了引力的本质,探讨了爱因斯坦的广义相对论,并将其应用于描述宏观宇宙的结构和动力学。 第3章 广义相对论:引力即时空弯曲 本章从等效原理出发,引入了黎曼几何的基本概念,包括张量分析、协变导数和里奇张量。核心内容是爱因斯坦场方程的推导与解释。通过分析史瓦西解,读者将理解黑洞的物理图像,包括事件视界和奇点。对引力波的产生和探测原理进行了前瞻性的介绍。 第4章 宇宙学:从暴胀到暗能量 本章应用广义相对论的原理来研究整个宇宙的演化。详细介绍了弗里德曼方程的推导,并探讨了标准ΛCDM模型的核心要素。着重讨论了宇宙微波背景辐射(CMB)的物理起源,以及现代观测对暗物质和暗能量存在性的强有力证据。对宇宙学原理和奇点问题进行了批判性审视。 第三部分:微观世界的革命:量子力学 本部分是全书的理论核心,系统地介绍了量子力学的基本假设、数学框架以及其对原子和分子尺度的精确描述能力。 第5章 量子力学的基本原理 本章从黑体辐射、光电效应和玻尔模型(作为历史背景)出发,引入普朗克常数和波粒二象性。核心是薛定谔方程的建立,包括定态和含时形式。详细讨论了波函数的概率诠释,以及海森堡不确定性原理在物理学中的根本地位。 第6章 束缚态问题与角动量理论 本章专注于求解一维和三维空间中的标准势阱问题,如无限深势阱、谐振子和库仑势(氢原子)。对角动量算符的对易关系进行了详尽的代数分析,引入了球谐函数,并解释了量子数($n, l, m$)的物理意义。 第7章 散射理论与微扰方法 为了处理更复杂的相互作用系统,本章引入了解决非精确可解问题的数学工具。详细讲解了时间无关和时间依赖的微扰论,包括零级、一阶和二阶修正。对散射问题,引入了费曼图的早期概念和散射振幅的计算方法。 第8章 自旋与全同粒子 本章探讨了内禀角动量——自旋的量子力学处理。详细阐述了泡利不相容原理在多电子原子结构中的决定性作用。对玻色子和费米子进行了区分,并解释了它们在统计物理学中的不同行为。 第四部分:迈向统一:相对论性量子场论的初探 本部分将狭义相对论与量子力学相结合,探索了粒子物理学的基本框架——量子场论(QFT)的初步概念。 第9章 相对论性量子力学 本章尝试将狭义相对论融入薛定谔方程,首先分析了克莱因-戈登方程的局限性,随后重点讨论了狄拉克方程的构建。对狄拉克方程的费米子解释、自旋的自然出现以及反物质(正电子)的预言进行了深入的物理讨论。 第10章 量子电动力学(QED)简介 作为最成功的物理理论之一,本章介绍了QED的基本概念。通过将量子场视为振子的集合,阐述了光子和电子的产生与湮灭算符。引入费曼图作为可视化和计算粒子相互作用的强大工具,并解释了计算中高阶修正和重整化的必要性。 第五部分:凝聚态物理与前沿展望 本部分将理论知识应用于宏观物质的集体行为,并展望了当代物理学面临的挑战。 第11章 固体中的电子行为 本章将量子力学应用于周期性势场。详细讨论了布洛赫定理的意义,以及能带理论如何解释导体、半导体和绝缘体的物理特性。对半导体中的掺杂效应和晶体管的基本工作原理进行了物理描述。 第12章 统计物理学的深化与新现象 本章回顾了经典统计力学,并系统地阐述了量子统计(费米-狄拉克分布和玻色-爱因斯坦分布)。重点分析了费米子在低温下的简并压力,并讨论了玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)的现象及其在超流体和超导性研究中的重要性。 第13章 未尽的征程:粒子物理学与量子引力 本章对标准模型进行了概述,简要介绍了夸克模型、规范玻色子(W, Z, 胶子)以及希格斯机制。最后,对物理学界当前最大的未解难题——将量子力学与广义相对论统一起来的量子引力理论(如弦论、圈量子引力)进行了高层次的介绍与展望。 --- 本书旨在培养读者从基本原理出发,进行独立思考和问题分析的能力,为进入更专业的研究领域打下坚实的基础。通过大量的例题和习题(不包含在本书简介中),读者可以有效地巩固和检验对所学概念的掌握程度。