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汪小刚，戴朝卿，陈翼翔 著

图书标签:

• 物理学
• 大学
• 基础物理
• 高等教育
• 理工科
• 教材
• 自然科学
• 物理
• 大学教材
• 经典教材

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030560254

版次：1

商品编码：12319122

包装：平装

丛书名： 普通高等教育“十三五”规划教材 ，

开本：16开

出版时间：2018-01-01

用纸：胶版纸

页数：465

字数：736000

正文语种：中文

内容简介

　　《大学基础物理学》充分考虑新高考改革后中学物理课程改革给大学物理课程教学带来的影u向，内容的选取上涵盖大学物理基本、重要的知识点，包括质点运动学、质点动力学、刚体力学、流体力学、静电场、稳恒磁场、电磁感应、气体动理论、热力学基础、简谐运动、机械波、光学、狭义相对论、量子力学基础共14章，是一本适应当前教育改革新形势的大学物理教材。
　　《大学基础物理学》适合高等院校非物理专业的大学物理课程的教学使用，也可供广播电视大学、成人高等教育各专业学生和社会读者阅读。

内页插图

目录

第1章 质点运动学
1．1 质点的位置和位移
1．1．1 参考系和坐标系
1．1．2 位置矢量和运动方程
1．1．3 路程和位移
1．2 速度和加速度
1．2．1 速度
1．2．2 不同参考系中的速度变换
1．2．3 加速度
1．3 抛体运动
1．4 圆周运动
1．4．1 圆周运动的描述
1．4．2 圆周运动的加速度
1．4．3 -般平面曲线运动的加速度
本章提要
练习题

第2章 质点动力学
2．1 牛顿运动定律
2．1．1 牛顿第一定律
2．1．2 牛顿第二定律
2．1．3 牛顿第三定律
2．1．4 惯性系
2．2 几种常见的力
2．2．1 万有引力
2．2．2 弹力
2．2．3 摩擦力
2．3 牛顿运动定律的应用
2．4 功和功率动能定理
2．4．1 恒力的功
2．4．2 变力的功功率
2．4．3 几种常见的力做的功
2．4．4 动能动能定理
2．5 势能机械能守恒定律
2．5．1 保守力与非保守力
2．5．2 势能
2．5．3 功能原理机械能守恒定律
2．6 冲量动量定理
2．6．1 冲量
2．6．2 动量定理
2．7 动量守恒定理碰撞
2．7．1 动量守恒定理
2．7．2 碰撞
本章提要
练习题

第3章 刚体力学
3．1 刚体的平动和定轴转动
3．1．1 刚体的平动和转动
3．1．2 刚体定轴转动的角量描述
3．1．3 角量与线量
3．2 力矩刚体平衡的条件
3．2．1 力矩
3．2．2 刚体平衡的条件
3．3 转动定律
3．3．1 转动定律
3．3．2 转动惯量
3．3．3 平行轴定理
3．4 刚体定轴转动中的功和能
3．4．1 力矩的功和功率
3．4．2 刚体定轴转动的转动动能
3．4．3 刚体定轴转动的动能定理
3．5 刚体定轴转动的角动量及其守恒定理
3．5．1 角动量
3．5．2 力矩与角动量的关系
3．5．3 角动量守恒定律
本章提要
练习题
……

第4章 流体力学
第5章 静电场
第6章 稳恒磁场
第7章 电磁感应电磁场
第8章 气体动理论
第9章 热力学基础
第10章 简谐运动
第11章 机械波
第12章 光学
第13章 狭义相对论
第14章 量子力学基础

附录1 常用的导数和积分公式
附录2 物理量的名称、符号和单位
附录3 常用物理常量
附录4 希腊字母表

参考文献

前言/序言

　　物理学属于基础科学，研究的是物质结构和物质运动的基本规律。物理学是当代所有技术科学及工程科学的理论基础。大学物理是一门面向非物理专业本科生的基础课程，该课程向大学生介绍物理学的基本理论和研究方法，为后续的技术基础课及专业基础课奠定必要的物理基础。
　　作者结合教育部2010年颁布的《理工科类大学物理课程教学基本要求》，在总结多年教学改革研究与实践、吸收国内外同类教材优点的基础上完成本书的编写工作。
　　本书的内容概括如下。
　　第一部分是力学。力学是物理学中发展最早的一个分支学科，它与人类的生活和生产联系最为密切。第1～4章介绍质点力学、刚体力学和流体力学，分别从质点、刚体、理想流体这些模型出发讲述经典力学的基本概念与基本定律。
　　第二部分是电磁学。电磁学是研究电和磁的相互作用及其规律和应用的物理学分支学科，其主要研究内容包括电场、磁场、电磁感应、电磁场，以及有关电荷、带电物体的动力学等。第5～7章分别从静电场、稳恒磁场、电磁感应三个方面介绍电磁学的基本特征和规律。
　　第三部分是热学。热学是研究热现象及其规律的物理学分支学科。本书从微观和宏观两个层面介绍热学的相关内容。第8章主要介绍18～19世纪有关气体动理论的相关内容；第9章介绍18～19世纪有关热力学的一些基础内容。
　　第四部分是波动和光学。波动是振动状态在空间中的传播。第10章主要介绍简谐运动，它是最简单、最基本的振动。第11章介绍机械波的相关理论。振动和波动理论在声学、光学、地震学、无线电技术等领域中有广泛的应用。光是一种电磁波，第12章主要介绍波动光学理论。
　　第五部分是近代物理。第13章主要介绍狭义相对论。爱因斯坦在狭义相对论中以“相对性原理”和“光速不变原理”为基础，提出了全新的时空观。量子力学是在波粒二象性和不确定关系的基础上建立起来的。第14章介绍早期的量子理论，主要包括：普朗克的能量子假说、爱因斯坦的光子论、光的波粒二象性、物质波的概念及不确定性关系。
　　本书注重大学物理与中学物理的分工和衔接，充分考虑新高考改革后中学物理课程改革给大学物理课程教学带来的影响。不再强调高起点、高要求，在一些章节增加了起到衔接作用的部分内容，同时适当降低了一些内容起点的难度，以适应当前教育改革的新形势。因此，本书在阐述方式上注重由浅入深、循序渐进，不刻意追求数学推导的高度严密性，将繁琐冗长、难度很大的数学推导作了适当的简化处理，以增强教材的可读性，同时突出重点、难点和理论联系实际的内容。强调通过基本的物理思想和分析方法，得出一些物理概念和规律，使学生建立清晰的物理图像。
　　为适应当前高校考试招生制度综合改革的新形势，我们重新调整了课程体系，相对国内大部分教材，本书所作的部分调整例举如下。

《现代量子计算导论：原理、算法与实现》 本书是一本面向高年级本科生、研究生以及对量子计算领域感兴趣的科研人员的入门级教材，旨在系统性地介绍量子计算的基本原理、核心算法以及前沿的实现技术。全书共分为十章，逻辑清晰，内容由浅入深，理论阐述与实例分析相结合，力求让读者在掌握必要数学工具的同时，深刻理解量子计算的独特魅力与巨大潜力。 第一章 量子力学基础回顾 在深入量子计算之前，对量子力学的基本概念进行一次扎实的梳理至关重要。本章将回顾量子力学的核心概念，包括： 量子态与叠加态（Superposition）： 介绍量子比特（qubit）作为基本信息单元，其与经典比特的根本区别在于能够处于0态、1态以及任意0和1的叠加态。我们将用狄拉克符号（Bra-ket notation）来描述量子态，并阐述叠加态的数学表示 $|psi angle = alpha|0 angle + eta|1 angle$，其中 $alpha$ 和 $eta$ 是复数，且满足 $|alpha|^2 + |eta|^2 = 1$。 测量（Measurement）： 探讨量子测量过程的不可逆性以及测量对量子态的影响。我们将介绍投影测量，并解释测量后量子态坍缩到某个本征态的概率。 量子纠缠（Entanglement）： 引入量子纠缠这一非经典的量子关联现象。我们将通过贝尔态（Bell states）等例子，直观地展示纠缠态的特性，并说明纠缠在量子计算和量子通信中的核心作用。 量子门（Quantum Gates）： 介绍构成量子电路的基本操作单元——量子门。我们将重点介绍单比特门，如泡利门（Pauli gates, $X, Y, Z$）、Hadamard门（$H$）以及相移门（Phase gates, $S, T$），并阐述它们的矩阵表示和作用。 量子系统演化（Quantum Evolution）： 讨论量子系统的幺正演化（Unitary evolution），强调量子态的演化由哈密顿量（Hamiltonian）决定，并通过薛定谔方程（Schrödinger equation）来描述。 第二章 量子计算模型与理论基础 本章将正式介绍量子计算的基本模型和理论框架。 量子电路模型（Quantum Circuit Model）： 这是当前最主流的量子计算模型。我们将详细介绍量子比特的初始化、量子门的顺序应用以及最终测量等步骤，并用量子线路图来直观地表示计算过程。 可逆计算（Reversible Computation）： 强调量子计算的本质是可逆的，并解释为什么经典计算中的“不可逆”操作（如AND门）在量子计算中需要用可逆门来实现。 量子图灵机（Quantum Turing Machine）： 简要介绍更具理论深度的量子图灵机模型，并说明其与量子电路模型的等价性。 量子比特系统的表示（Representation of Multi-qubit Systems）： 介绍如何用张量积（Tensor product）来描述多个量子比特组成的系统，并探讨高维希尔伯特空间（Hilbert space）的结构。 量子操作的数学框架（Mathematical Framework of Quantum Operations）： 深入介绍密度矩阵（Density matrix）的概念，用于描述混合态（Mixed state）和量子态的演化。我们将讨论线性算符（Linear operators）、投影算符（Projection operators）以及其在量子信息处理中的应用。 第三章 基本量子算法 量子算法是量子计算的核心竞争力所在。本章将详细讲解几个具有代表性的量子算法。 Deutsch-Jozsa算法： 这是一个早期提出的用于演示量子并行性的算法，能高效地判断一个函数是常函数还是非零常函数，展示了量子计算在某些特定问题上的优越性。 Simon算法： Simon算法是Shor算法的重要前身，用于解决寻找周期问题，其量子优越性比Deutsch-Jozsa算法更为显著。 Grover搜索算法： Grover算法是针对无结构数据库搜索的经典量子算法，可以将搜索时间从 $O(N)$ 降低到 $O(sqrt{N})$，是量子算法领域一个里程碑式的成就。我们将详细介绍其算法步骤和实现机理。 Harrow-Hassidim-Lloyd (HHL) 算法： HHL算法是一种用于求解线性方程组的量子算法，在某些条件下能实现指数级的加速。我们将讨论其在稀疏矩阵和特定病态条件下的优势。 第四章 Shor算法与量子傅里叶变换 Shor算法在因数分解问题上展现了指数级的加速能力，对现代密码学构成了巨大挑战。本章将深入剖析Shor算法。 因数分解问题的背景： 介绍经典因数分解的难度以及RSA等公钥密码体系的安全性依赖于此。 周期寻找（Period Finding）： Shor算法的核心是转化为寻找一个特定函数的周期。我们将详细讲解如何通过量子傅里叶变换（Quantum Fourier Transform, QFT）来实现这一目标。 量子傅里叶变换（QFT）： 详细介绍QFT的定义、电路实现及其在Shor算法中的关键作用。我们将分析QFT的复杂度以及其与经典快速傅里叶变换（FFT）的对比。 Shor算法的完整流程： 将以上各部分有机结合，展示Shor算法如何一步步地求解大数的因数。 Shor算法的量子优越性分析： 论证Shor算法在处理大数因数分解时的指数级加速优势。 第五章 量子模拟 量子模拟是量子计算最令人兴奋的应用方向之一，旨在利用可控的量子系统来模拟其他难以处理的量子系统。 量子模拟的必要性： 解释为什么经典计算机难以精确模拟复杂的量子多体系统，以及量子模拟的潜在应用领域，如材料科学、化学反应、粒子物理等。 数字量子模拟（Digital Quantum Simulation）： 介绍如何通过一系列离散的量子门操作来近似模拟一个量子系统的演化。我们将讨论Trotter-Suzuki分解等技术。 模拟量子化学： 重点介绍量子计算机在模拟分子性质、催化剂设计、新材料发现等方面的潜力，并介绍VQE（Variational Quantum Eigensolver）等混合量子-经典算法。 模拟量子多体系统： 探讨量子计算机在研究磁性材料、超导现象、量子相变等问题上的应用。 模拟量子场论： 简要介绍量子计算机在模拟高能物理中的粒子相互作用和量子场动力学方面的研究进展。 第六章 量子纠错与容错量子计算 量子计算机的脆弱性是实现大规模计算的主要障碍。本章将介绍量子纠错的概念和技术。 量子噪声的来源与类型： 讨论退相干（decoherence）、比特翻转（bit-flip）、相位翻转（phase-flip）等常见的量子噪声。 量子纠错码（Quantum Error-Correcting Codes）： 介绍如何通过编码信息到多个物理量子比特中，来保护量子信息免受噪声的干扰。我们将重点介绍Shor码、Steane码以及表面码（Surface code）等。 量子纠错的原理： 解释量子纠错码如何通过测量辅助量子比特（syndrome measurement）来检测错误而不破坏原始信息。 容错量子计算（Fault-Tolerant Quantum Computation）： 探讨如何构建能够进行大规模、长时间计算的容错量子计算机。我们将介绍量子逻辑门在有噪声环境下的实现以及逻辑量子比特的构建。 阈值定理（Threshold Theorem）： 解释当物理错误率低于某个阈值时，容错量子计算是可能实现的。 第七章 量子退火与特定量子硬件 除了通用的量子计算机外，一些特定的量子退火硬件也展现了解决某些优化问题的潜力。 量子退火（Quantum Annealing）： 介绍量子退火的基本原理，即利用量子隧道效应（quantum tunneling）来寻找问题的全局最小值。 Ising模型与二次无约束二元优化（QUBO）： 阐述如何将许多优化问题映射到Ising模型或QUBO问题，并用量子退火器来求解。 D-Wave等量子退火器的介绍： 介绍现有的量子退火硬件，并讨论其在组合优化、机器学习等领域的应用实例。 量子退火的优势与局限性： 分析量子退火在解决某些特定问题上的优势，以及其与通用量子计算模型的区别和局限。 其他量子硬件平台介绍： 简要介绍超导量子比特、离子阱、光量子计算、拓扑量子计算等不同实现量子计算机的技术路线，以及它们各自的优缺点和发展前景。 第八章 量子机器学习 将量子计算与机器学习相结合，有望在数据分析、模式识别等领域取得突破。 量子机器学习的动机： 讨论为何需要量子机器学习，以及量子计算在处理大规模数据集、加速训练过程、发现复杂模式方面的潜在优势。 量子支持向量机（Quantum SVM）： 介绍如何利用量子计算机加速支持向量机的计算过程，特别是在核函数计算和数据降维方面。 量子神经网络（Quantum Neural Networks）： 探讨构建量子版本的神经网络，包括量子卷积神经网络（QCNN）和量子循环神经网络（QRNN）等。 量子态分类与聚类： 介绍如何利用量子算法来处理和分析量子态数据，以及进行量子态的分类和聚类。 量子玻尔兹曼机（Quantum Boltzmann Machine）： 讨论基于量子退火或量子线路的玻尔兹曼机模型，以及其在生成模型和优化问题中的应用。 第九章 量子通信与信息论 量子通信利用量子力学的原理，实现了经典通信无法比拟的安全性和效率。 量子密钥分发（Quantum Key Distribution, QKD）： 详细介绍BB84协议等经典QKD协议，以及其如何利用量子态的不可克隆定理和测量叠加原理来保证密钥的安全性。 量子隐形传态（Quantum Teleportation）： 解释如何利用纠缠态和经典通信，将一个未知的量子态从一个地方传输到另一个地方，而无需物理上传输该量子态本身。 量子态的不可克隆定理（No-Cloning Theorem）： 阐述为什么无法精确复制一个任意的未知量子态，以及其在量子安全通信中的重要意义。 量子纠缠的度量与应用： 探讨如何量化量子纠缠的程度，并将其应用于安全通信、量子计算和分布式量子测量。 量子信息论基础： 介绍量子信息熵、量子信道容量等基本概念，为理解更高级的量子通信协议奠定基础。 第十章 量子计算的未来展望与挑战 本章将对量子计算的未来发展进行展望，并分析当前面临的主要挑战。 NISQ（Noisy Intermediate-Scale Quantum）时代： 介绍当前量子计算机的特点，即量子比特数量有限且易受噪声影响，以及在这一阶段可以探索的应用方向。 实现大规模容错量子计算机的挑战： 讨论量子比特的相干时间、门操作的精度、连接性、可扩展性等工程上的难题。 软件与算法的进一步发展： 探讨新的量子算法设计、量子编程语言、编译器优化以及量子软件栈的构建。 量子计算的伦理与社会影响： 讨论量子计算在密码学、人工智能、药物发现等领域可能带来的变革，以及相关的伦理和社会问题。 跨学科合作的重要性： 强调量子计算的发展需要物理学、计算机科学、数学、工程学等多个学科的紧密合作。 对量子计算未来的畅想： 描绘量子计算成熟后可能实现的宏伟蓝图，以及它如何重塑科学研究和社会生活。 本书的编写力求严谨，并辅以适量的数学推导和概念解释，以期能够引导读者踏入量子计算的精彩世界，并为进一步深入研究打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

我不得不说，这本《大学基础物理学》是我读过的所有物理书籍中，最令人耳目一新的！它最大的特点就是，把那些原本看起来高深莫测的物理概念，讲得既严谨又充满趣味。我一直对宇宙的奥秘很感兴趣，这本书里关于万有引力、行星运动的章节，简直就是为我量身定做的。它没有直接给我一大堆公式，而是从哥白尼、开普勒的时代开始讲起，讲述他们是如何一步步修正地心说的，最终提出日心说，以及开普勒是如何通过天文观测数据，归纳出行星运动三大定律的。这种叙事方式，让我感觉自己仿佛置身于科学探索的历史长河之中，与那些伟大的科学家们一同思考。而且，书中还涉及了一些现代物理的前沿内容，比如关于量子纠缠和暗物质的初步介绍，虽然只是点到为止，但已经足以激发我进一步学习的兴趣。它让我明白，物理学不仅仅是关于“知道”，更是关于“探索”和“发现”。我常常会因为书中某个精彩的论述而沉浸其中，甚至会忘记时间。这本书让我对物理学的热情达到了前所未有的高度，我已经开始计划着购买它的下一卷了。

评分☆☆☆☆☆

我当初拿到这本《大学基础物理学》时，其实并没有抱太大的期望。市面上同类的教材太多了，很多都写得晦涩难懂，要么就是过于简化，根本无法满足深入学习的需求。然而，这本书给了我一个巨大的惊喜。它在内容的编排上非常有条理，从最基础的力学概念开始，循序渐进地引入到更复杂的电磁学、光学、热力学甚至量子力学的一些初步概念。让我欣喜的是，它并没有回避那些关键的数学工具，而是用一种非常友好的方式介绍了它们的应用，比如在讲解牛顿第二定律时，会清晰地展示如何运用微积分来推导动量和冲量，并且提供了大量的例题，这些例题的难度适中，既能帮助巩固知识点，又不会让人感到挫败。我特别欣赏的是书中对于物理思想史的穿插介绍，比如在讲解相对论时，它会简要回顾爱因斯坦是如何受到经典物理的局限性启发，最终提出革命性的理论。这种历史的维度让学习过程更加立体和丰满，也让我更深刻地理解了科学是如何一步步发展至今的。而且，这本书的插图也非常精美，很多复杂的概念都有形象的图示，大大降低了理解的门槛。我已经迫不及待地想把剩下的章节也啃下来了，感觉离掌握物理这门“硬学科”又近了一大步。

评分☆☆☆☆☆

我拿到这本《大学基础物理学》已经有一段时间了，它真的是一本非常出色的教材。这本书的内容非常扎实，涵盖了大学物理的各个重要领域，从宏观的力学世界到微观的粒子物理，都有深入浅出的讲解。我尤其喜欢它对实验的重视程度，书中引用了大量的经典物理实验，比如杨氏双缝干涉实验、密立根油滴实验等等，并且会详细介绍实验的原理、步骤以及实验结果的意义。这让我明白，物理学并非只是纸上谈兵，而是建立在严谨的实验观察和数据分析之上的科学。更重要的是，这本书不仅仅停留在知识的传递，它还非常注重培养读者的批判性思维和科学探究精神。在讲解一些概念时，作者会引导读者去思考这些概念的局限性，以及它们在不同条件下的适用性。我记得在关于“简谐运动”的部分，它不仅讲解了理想情况下的振动，还讨论了阻尼和受迫振动，以及共振现象，这些都让我对物理世界的复杂性有了更深的理解。这本书的排版也很清晰，重点内容有加粗，公式推导过程也详细到每一个步骤，非常适合我这种需要反复琢磨才能理解的学生。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我买这本《大学基础物理学》纯粹是因为课程的需要，一开始并没有觉得它有什么特别之处。毕竟，大多数的物理教材都差不多，讲的都是那些公式定理，感觉像是背诵一本天书。但是，当我真正开始翻阅这本书的时候，我发现它完全颠覆了我之前的认知。这本书的语言风格非常平实，就像是和一个经验丰富的老师在面对面交流一样，没有那些故弄玄虚的术语，也不会突然冒出一些让人摸不着头脑的跳跃性思维。它更注重的是解释“为什么”，而不是简单地告诉你“是什么”。例如，在讲解能量守恒定律时，它不仅仅给出了公式，更是通过各种具体的物理过程，比如水力发电、太阳能转化，来解释能量如何在不同形式之间转换，以及为什么在这个过程中能量的总量是恒定的。我印象最深的是它关于“黑体辐射”的讨论，它没有直接跳到普朗克的量子假说，而是先详细描述了实验现象，以及经典物理学在解释这个现象时遇到的困境，再引出量子论的必要性。这种循序渐进、层层递进的讲解方式，让我觉得学习过程非常顺畅，也让我逐渐对物理学产生了浓厚的兴趣。我已经开始尝试自己解决一些书中的课后习题了，发现以前觉得无比困难的题目，现在似乎也能找到解决的思路了。

评分☆☆☆☆☆

这套《大学基础物理学》简直就是打开了我新世界的大门！虽然我是在一个偶然的机会下接触到的，但这本书的内容深度和广度着实让我惊艳。 一开始，我只是抱着随便翻翻的心态，毕竟物理这玩意儿，听起来就让人头大，什么力学、电磁学、热力学……感觉离我的生活太遥远了。 然而，这本书的叙述方式却出奇地引人入胜。它没有一开始就堆砌那些复杂的公式和定理，而是从一些非常生活化的现象入手，比如为什么抛出去的球会落地，为什么手机能接收信号，甚至是我们煮饭时水为什么会沸腾。 作者用非常生动形象的比喻和类比，将那些抽象的概念一点点剥开，让我这个“物理小白”也能窥见其中的奥妙。 尤其让我印象深刻的是关于惯性定律的部分，作者没有直接给出“一切物体都要保持静止或匀速直线运动的状态，除非受到外力的作用”这样干巴巴的定义，而是通过描述一个在太空中的宇航员，以及他在没有阻力的环境中漂浮的场景，来阐述惯性的概念。 这种“润物细无声”的教学方式，让我觉得学习物理不再是一件枯燥的任务，而是一次充满探索和发现的旅程。 我甚至开始主动去观察周围的世界，思考那些曾经被我忽略的物理现象，感觉自己的思维方式都得到了提升，看待事物也不再是那么表面化了。 不得不说，这本书真的做到了“授人以鱼不如授人以渔”，它不仅仅是传授知识，更是培养了一种独立思考和解决问题的能力。