Tutorials in Introductory Physics and Homework Package pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:Addison-Wesley

作者:Shaffer, Peter S./ McDermott, Lillian C. (EDT)

出品人:

页数:445

译者:

出版时间:2001-8

价格:$ 59.21

装帧:Pap

isbn号码:9780130970695

丛书系列:

图书标签:

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具体描述

For use as a supplemental text for conceptual recitation/tutorial sections of introductory undergraduate physics courses. Tutorials in Introductory Physics present a series of physics tutorials designed by a leading physics education research group. Emphasizing the development of concepts and scientific reasoning skills, the tutorials focus on the specific conceptual and reasoning difficulties that students tend to encounter.

深入理解经典力学的基石：一套为初学者量身打造的精炼教程与习题集本书旨在为物理学初学者提供一套清晰、严谨且极具实践性的导论材料。我们深知，初次接触大学物理，特别是经典力学时，学生常面临概念抽象、数学工具不熟悉以及解题方法缺乏系统性指导的困境。因此，本书的核心目标是搭建一座坚实的桥梁，连接抽象的物理原理与具体的现实世界问题。内容结构与核心理念本书的结构经过精心设计，循序渐进地引导读者掌握核心概念。我们避免了对高深数学的过度依赖，转而强调物理直觉的培养和问题分析能力的构建。第一部分：运动学的精确描述本部分聚焦于如何用数学语言精确描述物体的运动，这是所有力学分析的起点。向量基础与坐标系的选择：我们首先回顾了必要的数学工具，特别是向量代数在描述位移、速度和加速度中的关键作用。详细阐述了笛卡尔坐标系、极坐标系在处理不同类型运动中的适用性及优劣。一维匀变速直线运动的精细化处理：尽管看似基础，我们深入探讨了瞬时速度和平均速度的精确定义，并对匀变速运动的“卡农”公式（$v = v_0 + at$，$x = x_0 + v_0 t + frac{1}{2} a t^2$ 等）的物理意义进行了详尽的推导和应用场景分析。我们着重强调了何时可以使用这些简化模型，以及它们成立的物理前提。二维与三维运动的分解与合成：抛体运动作为经典范例，将得到彻底解析。我们将详细分析如何利用运动的独立性原理，将复杂的二维或三维运动分解为相互垂直的独立一维运动来求解。投射角度、射程、最大高度的计算将结合实际案例进行演示。圆周运动的动力学基础：本章引入了角速度、角加速度的概念，并明确了向心加速度的矢量性质及其方向的恒定变化。均匀圆周运动和非均匀圆周运动的区别与联系被清晰界定。第二部分：牛顿定律与力学的核心这是全书的基石，重点在于理解力是改变物体运动状态的原因。惯性、质量与力的概念：我们从伽利略的相对性原理出发，严谨定义了惯性参考系，并区分了质量（作为物体惯性的量度）与重量（引力作用的结果）。力的概念被清晰地界定为矢量，并引入了力的平衡态分析。牛顿第二定律的深度解析： $ vec{F}_{ ext{net}} = mvec{a} $ 将被视为一个矢量方程，贯穿所有后续的动力学问题。我们系统地介绍了识别和绘制“自由体图”（Free-Body Diagram）的标准化流程，这是正确应用二定律的关键技能。常见力的建模：绳张力、弹簧的胡克定律、摩擦力（静摩擦与动摩擦的区别和应用）以及重力与支持力等在实际问题中遇到的标准力，将配有详尽的数学描述和应用实例。特别地，在涉及摩擦力的问题中，我们将强调判断物体是否处于运动临界点的技巧。牛顿第三定律及其应用：强调作用力与反作用力对的本质——它们作用在不同的物体上，不能相互抵消。通过滑轨问题、绳索牵引等经典场景，巩固对第三定律的理解。第三部分：能量与守恒——更强大的分析工具当加速度不恒定时，直接应用牛顿定律可能变得复杂。能量方法提供了一种更简洁、更普适的分析途径。功与动能定理：功的定义（标量积的应用）被清晰阐述。动能定理被用来建立外力做功与物体动能变化之间的直接联系，是过渡到守恒定律的关键步骤。保守力与势能：本章区分了保守力和非保守力（如摩擦力）。引力势能和弹性势能的定义、计算及其与对应保守力的关系将被详细推导。势能曲面的概念被引入，帮助直观理解物体的“倾向”运动方向。机械能守恒定律：在只有保守力做功或非保守力做功为零的系统中，机械能守恒定律的威力得以展现。大量涉及斜面、弹簧碰撞的例题将展示如何利用能量守恒来规避复杂的加速度计算。非保守力的功：系统性地处理摩擦力做功或其他耗散力做功的情况，将机械能守恒推广为“功能原理”，即外力做的非保守功等于系统机械能的变化量。第四部分：动量与角动量——碰撞与转动的视角本部分提供理解相互作用和转动现象的替代框架。动量与冲量：动量的矢量定义以及冲量与动量的关系（冲量定理）被确立。重点分析动量守恒定律的适用条件（系统所受合外力为零或作用时间远小于内力作用时间）。碰撞问题的分析：弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞的数学特征被明确区分。在二维碰撞中，我们将演示如何结合动量守恒（两个方向）和（在弹性碰撞中）能量守恒来求解未知量。质心概念：质心被定义为系统的有效中心，并证明了质心运动规律总是服从 $vec{F}_{ ext{ext}} = M_{ ext{total}} vec{a}_{ ext{CM}}$，即使系统内部发生复杂形变或碰撞。习题包（Homework Package）的特色本书的习题包是其价值的核心组成部分，它不仅仅是课后练习的简单堆砌，而是精心设计的学习路径： 1. 概念检验题 (Conceptual Checks)：旨在测试读者对基本原理的定性理解，通常不需要复杂的计算，但要求逻辑清晰的解释。 2. 计算导向题 (Calculation Focused)：标准的数值计算题，侧重于对公式的熟练应用和正确设置坐标系及力图。 3. 综合分析题 (Integrated Problems)：这类题目往往要求读者将运动学、牛顿定律、能量和动量等多个章节的知识点结合起来，模拟真实的物理情境，例如火箭发射、复杂的滑轮系统或多阶段的碰撞过程。 4. “物理洞察”挑战 (Physics Insight Challenges)：少量的开放性或探索性问题，引导学生思考模型的局限性，或者探索特定参数变化对系统行为的深远影响，旨在培养批判性思维。本书严格遵循物理学的基本公理体系，旨在通过详尽的推导、丰富的图示和大量的实例，确保每一位初学者都能建立起对经典力学坚实而直观的理解。我们相信，掌握了这些基础工具，读者将为未来更深入的物理学学习（如狭义相对论、量子力学或高级经典力学）打下无可动摇的基础。