內容簡介
一本引入人勝的物理教材。從人們體重的測定到地熱的開發,從背越式跳高到潮汐的形成,從人造衛星到大風揭走房頂,從放射性到原子彈、氫彈……內容五花八門,應有盡有,和日常生活、實用技術、自然風光緊密相聯,閱讀起來興趣盎然。
內容涵蓋一般物理學的全部基本內容,文中還恰當地嵌入現代物理的新進展,閱讀之後讓人眼界大為開闊。學習《概念物理(第10版 影印版係列)/國際著名物理圖書》不需要微積分,全文除瞭幾個非常基本的公式外,幾乎沒有數學公式,但物理概念闡述得通俗易懂,是一本“高級科普式的十萬個為什麼”。
內頁插圖
目錄
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這本物理教材具有以下特點:
一、聯係實際廣泛。從人們體重的測定到地熱的開發,從背越式跳高到潮汐的形成,從人造衛星到大風揭走房頂,從彩色電視到緻密光盤,從北極光到眼睛的欺騙,從放射性到原子彈、氫彈……內容五花八門,應有盡有,和日常生活、實用技術、自然風光緊密相聯,閱讀起來興趣盎然。
二、涉及現代物理新發展。相對論(包括廣義相對論)、核反應、二象性、混沌、激光、全息都有介紹。21世紀這幾年的宇宙學的成就,如宇宙整體上是平展的,暗物質、暗能量也都有觸及。閱讀之後,讓人眼界大為開闊。
三、內容涵蓋一般物理學的全部基本內容,係統也基本上是傳統的,但也很恰當地嵌入瞭現代內容,有的講得還相當深入。如力學中引力一章就較仔細地講解瞭潮汐,簡述瞭愛因斯坦的引力理論;熱學中講瞭能量的退降和熵的概念等。
四、在正文中隻寫瞭幾個非常基本的,不寫不行的公式。其他方程、公式一概沒有,也沒有一個用公式計算的例題,因此學習起來不需要微積分。
五、盡管不用數學公式,但道理講得通俗易懂。如對動量守恒定律沒有用公式,而是藉助牛頓第三定律的概念就說得很明白。又如對光在透明介質中的速度慢於在真空中的速度,用光激發原子振動而後原子又再發射因此滯後來說明,也很容易理解。引力定律用圖形和麯綫也講得很明白等。
六、每章後均列有50個問答題和少量計算題,大多是從實際齣發提齣問題,幫助讀者更深入全麵地但也是定性的理解本題的本質。
七、書的錶現形式也很令人喜歡。用瞭許多作者的親人,如妻、子、弟、侄女、孫子的照片來說明物理原理,也畫瞭許多卡通人物或動物來解說問題,使人讀起書來感到很親切,有興趣。書中不斷齣現的“亮牌”,寫的是各處的要點,對掌握書的內容很有幫助。
八、本書還附有一本書麵的練習冊。其中一部分是為各章設計的選擇題和填空題,另一部分是本書的問答題和計算題的全部解答,是很好的學習輔助工具。
概括起來,我認為Hewitt的這部教材是一本“高級科普式的十萬個為什麼”。解說瞭一個現代文化人應該具有的物理知識,講解清楚、正確、易懂。本書不但可以作為一本很好的大學物理教材,尤其是文科物理教材,其他的人如中學、大學物理教師或學生能夠閱讀一遍也會受益匪淺的。
好的,這是一本關於現代物理學基礎的著作的詳細介紹,其內容涵蓋瞭從經典力學到量子場論的廣泛領域,旨在為讀者提供一個全麵而深入的物理學圖景。 --- 《現代物理學導論:原理、應用與前沿探索》 內容簡介 本書旨在為物理學、工程學以及相關科學領域的學生和研究人員提供一個嚴謹而易於理解的現代物理學基礎框架。全書結構清晰,邏輯嚴密,覆蓋瞭20世紀以來物理學取得的革命性突破,並對當前的未解之謎進行瞭深入探討。本書不僅側重於理論的闡述,更強調物理思想的形成過程以及數學工具在解決實際問題中的應用。 第一部分:經典物理的基石與極限 本部分迴顧瞭經典物理學的兩大支柱——牛頓力學和麥剋斯韋電磁學,並著重分析瞭它們在高速和微觀尺度下的局限性,為引入相對論和量子力學奠定基礎。 第1章 經典力學的迴歸與延伸:拉格朗日與哈密頓力學 本章超越瞭牛頓的力學錶述,引入瞭變分原理,詳細闡述瞭拉格朗日力學和哈密頓力學的形式體係。重點討論瞭守恒定律的深刻意義,以及這些形式如何自然地過渡到量子力學的相空間描述。對正則變換和泊鬆括號的討論,為理解相空間結構至關重要。 第2章 電磁學的統一與相對論的曙光 詳細梳理瞭麥剋斯韋方程組的優美結構及其在經典場論中的地位。隨後,深入分析瞭邁剋爾遜-莫雷實驗的意義,並以此為引子,係統地闡述瞭狹義相對論的原理。章節內容包括洛倫茲變換的幾何解釋、動量和能量的相對論修正,以及能量-動量四矢的定義。光錐結構和固有時是本章的重點分析對象。 第二部分:時空的幾何化與宇宙的演化 本部分將焦點轉嚮瞭引力的本質,探討瞭愛因斯坦的廣義相對論,並將其應用於描述宏觀宇宙的結構和動力學。 第3章 廣義相對論:引力即時空彎麯 本章從等效原理齣發,引入瞭黎曼幾何的基本概念,包括張量分析、協變導數和裏奇張量。核心內容是愛因斯坦場方程的推導與解釋。通過分析史瓦西解,讀者將理解黑洞的物理圖像,包括事件視界和奇點。對引力波的産生和探測原理進行瞭前瞻性的介紹。 第4章 宇宙學:從暴脹到暗能量 本章應用廣義相對論的原理來研究整個宇宙的演化。詳細介紹瞭弗裏德曼方程的推導,並探討瞭標準ΛCDM模型的核心要素。著重討論瞭宇宙微波背景輻射(CMB)的物理起源,以及現代觀測對暗物質和暗能量存在性的強有力證據。對宇宙學原理和奇點問題進行瞭批判性審視。 第三部分:微觀世界的革命:量子力學 本部分是全書的理論核心,係統地介紹瞭量子力學的基本假設、數學框架以及其對原子和分子尺度的精確描述能力。 第5章 量子力學的基本原理 本章從黑體輻射、光電效應和玻爾模型(作為曆史背景)齣發,引入普朗剋常數和波粒二象性。核心是薛定諤方程的建立,包括定態和含時形式。詳細討論瞭波函數的概率詮釋,以及海森堡不確定性原理在物理學中的根本地位。 第6章 束縛態問題與角動量理論 本章專注於求解一維和三維空間中的標準勢阱問題,如無限深勢阱、諧振子和庫侖勢(氫原子)。對角動量算符的對易關係進行瞭詳盡的代數分析,引入瞭球諧函數,並解釋瞭量子數($n, l, m$)的物理意義。 第7章 散射理論與微擾方法 為瞭處理更復雜的相互作用係統,本章引入瞭解決非精確可解問題的數學工具。詳細講解瞭時間無關和時間依賴的微擾論,包括零級、一階和二階修正。對散射問題,引入瞭費曼圖的早期概念和散射振幅的計算方法。 第8章 自鏇與全同粒子 本章探討瞭內稟角動量——自鏇的量子力學處理。詳細闡述瞭泡利不相容原理在多電子原子結構中的決定性作用。對玻色子和費米子進行瞭區分,並解釋瞭它們在統計物理學中的不同行為。 第四部分:邁嚮統一:相對論性量子場論的初探 本部分將狹義相對論與量子力學相結閤,探索瞭粒子物理學的基本框架——量子場論(QFT)的初步概念。 第9章 相對論性量子力學 本章嘗試將狹義相對論融入薛定諤方程,首先分析瞭剋萊因-戈登方程的局限性,隨後重點討論瞭狄拉剋方程的構建。對狄拉剋方程的費米子解釋、自鏇的自然齣現以及反物質(正電子)的預言進行瞭深入的物理討論。 第10章 量子電動力學(QED)簡介 作為最成功的物理理論之一,本章介紹瞭QED的基本概念。通過將量子場視為振子的集閤,闡述瞭光子和電子的産生與湮滅算符。引入費曼圖作為可視化和計算粒子相互作用的強大工具,並解釋瞭計算中高階修正和重整化的必要性。 第五部分:凝聚態物理與前沿展望 本部分將理論知識應用於宏觀物質的集體行為,並展望瞭當代物理學麵臨的挑戰。 第11章 固體中的電子行為 本章將量子力學應用於周期性勢場。詳細討論瞭布洛赫定理的意義,以及能帶理論如何解釋導體、半導體和絕緣體的物理特性。對半導體中的摻雜效應和晶體管的基本工作原理進行瞭物理描述。 第12章 統計物理學的深化與新現象 本章迴顧瞭經典統計力學,並係統地闡述瞭量子統計(費米-狄拉剋分布和玻色-愛因斯坦分布)。重點分析瞭費米子在低溫下的簡並壓力,並討論瞭玻色-愛因斯坦凝聚(BEC)的現象及其在超流體和超導性研究中的重要性。 第13章 未盡的徵程:粒子物理學與量子引力 本章對標準模型進行瞭概述,簡要介紹瞭誇剋模型、規範玻色子(W, Z, 膠子)以及希格斯機製。最後,對物理學界當前最大的未解難題——將量子力學與廣義相對論統一起來的量子引力理論(如弦論、圈量子引力)進行瞭高層次的介紹與展望。 --- 本書旨在培養讀者從基本原理齣發,進行獨立思考和問題分析的能力,為進入更專業的研究領域打下堅實的基礎。通過大量的例題和習題(不包含在本書簡介中),讀者可以有效地鞏固和檢驗對所學概念的掌握程度。