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出版者:Thomson Learning

作者:Serway, Raymond A./ Faughn, Jerry S./ Vuille, Chris/ Bennett, Charles A.

出品人:

页数:1008

译者:

出版时间:

价格:173.95

装帧:HRD

isbn号码:9780495113690

丛书系列:

图书标签:

物理学
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具体描述

经典力学与热学精要：探索物质世界的规律《经典力学与热学精要》是一本深入浅出、系统全面地介绍经典物理学基础概念和核心理论的教材。本书旨在为初次接触物理学的学生或需要系统回顾经典物理学原理的专业人士提供一个坚实的基础，帮助读者建立起对物质世界运行规律的直观理解和严谨的数学描述能力。本书内容严格聚焦于经典物理学的核心范畴，即宏观尺度下，物体运动的规律（力学）以及能量、温度和熵的转化与传递（热学）。我们刻意避开了现代物理学的领域，例如量子力学、相对论、以及涉及电磁波的高级应用，以确保内容聚焦于最基础、最普适的物理学原理。第一部分：运动的描述与牛顿定律——力学的基石本部分是全书的基石，详细阐述了描述物体运动所需的基本概念，并引入了牛顿奠定的三大运动定律，这是理解所有宏观机械现象的起点。第一章：质点运动学我们从最基本的概念开始：质点。本章讲解如何利用位移、速度和加速度这三个核心矢量来精确描述物体的位置随时间的变化。重点区分了标量和矢量，强调了瞬时速度和平均速度的数学定义。加速度的概念被细致剖析，尤其关注匀变速直线运动的通解公式。随后，我们扩展到二维和三维空间中的运动，引入圆周运动，详细分析了向心加速度的来源和特性。第二章：牛顿运动定律这是经典力学的核心。本章系统介绍了牛顿第一定律（惯性定律）的哲学意义和实验基础。第二定律 $mathbf{F} = mmathbf{a}$ 被视为连接力、质量和运动状态的桥梁。我们用大量实例来阐释如何利用此定律建立动力学方程，包括自由落体、斜面上的运动以及连接体的拉动问题。第三定律——作用力与反作用力——被严格定义，并澄清了其与力的平衡状态的区别。本章特别强调了惯性参考系与非惯性参考系的概念，为后续引入惯性力（如离心力和科里奥利力）埋下伏笔。第三章：功、能与能量守恒在引入力之后，本章转向描述能量转换。功的概念被定义为力在位移上的积累效应，并导出了动能。势能（重力势能和弹性势能）被引入，作为储存能量的形式。本章的最高潮是机械能守恒定律的详尽阐述，它展示了在保守力做功的情况下，系统总机械能保持不变的普适性。同时，我们也讨论了功率，即做功的速率，以及非保守力（如摩擦力）对机械能的耗散作用。第四章：动量与角动量本章聚焦于描述物体运动变化率的另一重要物理量：动量。冲量被定义为力对时间的积分，并导出了动量定理。动量守恒定律被应用于研究碰撞问题，包括弹性碰撞和完全非弹性碰撞，这些是分析复杂相互作用过程的有力工具。随后，我们将概念推广到转动体系，定义了角动量和力矩。角动量守恒定律被系统地展示，例如在冰上旋转的溜冰者和行星绕日运动的解释。第二部分：刚体与振动——扩展的力学概念在理解了质点运动后，本部分将分析物体的旋转和内部的周期性运动。第五章：刚体的转动本章将经典力学扩展到具有形状和大小的物体——刚体。我们引入了转动惯量的概念，它是对物体抵抗转动变化能力（惯性）的度量，并详细介绍了转动惯量的平行轴定理和施泰纳定理。动力学方程被推广到转动形式：$ au = Ialpha$。系统探讨了刚体的平衡条件（合力为零、合力矩为零），这在静力学分析中至关重要。第六章：简谐振动本章集中研究自然界中最基本、最普遍的周期性运动——简谐振动（SHM）。我们从胡克定律出发，推导出简谐振动的微分方程，并给出其通解。位移、速度和加速度随时间呈正弦或余弦变化的规律被详细分析。本章重点研究了单摆和弹簧振子的周期计算。最后，我们讨论了阻尼振动（能量耗散）和受迫振动与共振现象的定性描述。第三部分：热学——能量的统计与宏观表现本部分内容转向了描述大量粒子集合体的宏观行为——热力学。第七章：分子动理论与气体定律本章从微观的角度审视气体。我们从理想气体模型出发，推导了理想气体状态方程 $PV = nRT$。通过分子运动论，我们计算了气体分子的平均动能，并将其与气体的绝对温度联系起来，从而为温度提供了微观的物理图像。本章还引入了方均根速率的概念，并讨论了气体分子的速度分布（麦克斯韦分布的定性介绍）。第八章：热力学定律这是热力学的核心。我们首先清晰定义了热量、内能和功在热力学过程中的含义。热力学第一定律——能量守恒在热力学中的体现 ($Delta U = Q + W$)——被用于分析等温、等容、等压和绝热过程。随后，我们转向更深刻的热力学第二定律。本章介绍了熵的概念，作为衡量系统无序程度的物理量，并阐述了其增广原理：孤立系统的熵永不减。我们分析了热机的工作原理，导出了卡诺循环和卡诺定理，确定了热效率的理论极限。第九章：热的传递本章关注热量如何在不同介质和系统间转移。我们详细分析了热传导（傅里叶定律）、热对流的机制，以及热辐射（斯特藩-玻尔兹曼定律）。每种传热方式的数学描述和实际应用案例都被充分讨论。通过本书的学习，读者将能够熟练运用牛顿力学、能量守恒原理解决复杂的机械问题，并能够从统计和宏观热力学的角度理解温度、热量和能量的转化规律。本书避免了电磁学、光学和相对论的复杂性，专注于构建一个坚实的、可验证的经典物理学框架。