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出版者:清华大学出版社

作者:张三慧

出品人:

页数:314

译者:

出版时间:2004-6-1

价格:25.00元

装帧:平装(无盘)

isbn号码:9787302084761

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探寻宇宙的奥秘：经典力学原理与应用精解 引言： 本书旨在为物理学初学者和希望系统巩固基础知识的读者提供一份详尽而深入的经典力学学习指南。在现代物理学的宏大图景中，经典力学依然是理解宏观世界运动规律的基石。牛顿三大定律及其推导出的万有引力定律，构成了我们认识物体如何相互作用、如何随时间演化的核心框架。本书并非简单地罗列公式，而是力求在严谨的数学基础上，结合丰富的物理图像和工程实例，帮助读者建立起对力学世界的深刻洞察。 第一部分：运动学的几何与代数描述 本部分将从最基础的运动描述入手，为后续的动力学分析打下坚实的数学基础。 第一章：质点运动的描述与坐标系的选择 我们首先探讨如何在三维空间中精确描述一个质点的位置、速度和加速度。从最直观的笛卡尔坐标系（直角坐标系）出发，详细讲解如何利用向量运算来统一处理位移、速度和加速度。重点在于理解速度和加速度作为矢量在不同坐标系下的分量变化规律。随后，引入更适合描述曲线运动的自然坐标系——自然坐标系（或称牵连坐标系）。在这里，速度和加速度被分解为切向分量（描述速率的变化）和法向分量（描述方向的变化）。深入分析法向加速度与运动轨迹曲率半径之间的内在联系，这对于分析圆周运动和一般曲线运动至关重要。本章还将简要介绍极坐标系在二维平面运动中的应用优势。 第二章：匀变速运动与抛体运动的精确分析 在匀变速直线运动的基础上，我们进入到二维平面运动的经典范例——抛体运动。尽管空气阻力在理想模型中被忽略，但本章将详细剖析抛体运动中，水平方向的匀速直线运动与竖直方向的匀加速直线运动是如何通过矢量合成，共同决定了弹道的形状。我们将推导决定射程、最大高度和飞行时间的关键公式，并探讨在不同初始角度和初速度下的运动特性。通过大量的例题演练，读者将掌握如何将复杂的二维运动分解为相互独立的两个一维问题来解决。 第二部分：牛顿定律与动力学基础 牛顿力学体系的核心——三大定律，是本部分的研究重点。我们将超越教科书式的陈述，深入探讨这些定律在不同参考系下的适用性。 第三章：牛顿第一、第二定律的深入探讨 第一定律确立了惯性参考系的物理意义，我们将在本章中辨析惯性系与非惯性系的概念，为后续的虚拟力做铺垫。核心聚焦于牛顿第二定律 ($mathbf{F} = mmathbf{a}$)。这里，关键在于对“力”的深刻理解——力是物体间相互作用的量度，必须明确施力物体和受力物体。我们将系统地梳理常见的基本力，如重力、弹力（接触力和法向力）、摩擦力（静摩擦与动摩擦的特性差异）。本章大量采用自由体图（Free-Body Diagram）的绘制技巧，确保每一个力在矢量分析中都有明确的地位。 第四章：动量、冲量与碰撞动力学 动量守恒原理是牛顿第二定律的积分形式，它在隔离系统或作用时间极短的相互作用（如碰撞、爆炸）中展现出极强的应用威力。本章详细阐述动量、冲量和动量定理之间的关系。随后，深入研究碰撞问题。我们将分类讨论弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞的特征，并推导出在不同碰撞类型下动量和动能的变化规律。特别地，对于一维和二维碰撞，我们将展示如何结合动量守恒和（在弹性碰撞中引入的）恢复系数，来完整求解碰撞后的速度。 第五章：功、能与能量守恒定律 能量是物理学中最深刻、最普适的概念之一。本章从功的严格定义（力与位移的点积）开始，引入瞬时功率的概念。然后，我们正式引入动能定理，它是联系功与机械能变化的桥梁。关键在于保守力与非保守力的区分。对于保守力（如重力和弹力），引入势能的概念，并推导出保守力做功等于势能的负变化量。最终，确立机械能守恒定律——在只有保守力做功的环境下，系统的总机械能保持不变。本章将结合复杂的弹簧振动和变力做功的积分计算，加深对能量方法的理解。 第三部分：角动量、刚体与振动 经典力学不仅描述质点的平动，还必须描述物体的转动和宏观系统的稳定行为。 第六章：转动动力学与角动量守恒 本章将平动概念（力、质量、加速度）推广到转动领域（力矩、转动惯量、角加速度）。详细推导转动定律 ($ au = Ialpha$)，并重点讲解转动惯量的计算。由于转动惯量是关于转轴位置的量，本章会系统介绍平行轴定理和垂直轴定理，这些工具极大地简化了复杂形状物体的转动惯量计算。随后，引入角动量 ($mathbf{L} = mathbf{r} imes mathbf{p}$)及其守恒条件——当合外力矩为零时，角动量保持不变。本部分将通过陀螺仪的进动等实例，展示角动量在稳定性和进动中的关键作用。 第七章：简谐振动（SHM）的精确分析 振动现象是自然界中最普遍的现象之一。本章聚焦于简谐振动，这是所有复杂周期性运动的基础模型。我们将从满足特定微分方程的运动入手，推导出位移、速度和加速度随时间正弦或余弦变化的规律。重点分析振幅、周期和频率的物理意义。随后，我们将讨论受迫振动和阻尼振动，它们更贴近真实物理世界。特别要理解共振现象：当驱动力的频率接近系统的固有频率时，振幅急剧增大的物理机制和潜在的危害。 第四部分：引力与微观系统的联系 第八章：万有引力定律与开普勒定律 本章从牛顿对苹果落地的思考出发，系统阐述万有引力定律，分析引力场的概念。重点将放在如何运用牛顿第二定律与万有引力定律相结合，推导出开普勒三大定律。我们将通过对行星绕太阳运动的分析，展示如何利用角动量守恒和能量守恒来精确预测轨道形状（椭圆、抛物线、双曲线），并计算轨道周期，为天体力学奠定基础。 总结： 本书通过循序渐进的方式，构建了从基本运动描述到复杂系统分析的完整逻辑链条。每一个概念都伴随着严格的数学推导、清晰的物理图像阐释以及大量的精选习题，确保读者不仅“知道”公式，更能“理解”公式背后的物理实在。掌握这些基础力学原理，是迈向更深层次物理学研究（如电磁学、量子力学）的坚实跳板。

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这本书的排版真是让人眼前一亮，特别是那种细致入微的章节划分和清晰的逻辑流程，简直是为自学者量身定做的。我记得我刚开始接触物理的时候，最头疼的就是那些概念总是模棱两可，公式推导更是让人摸不着头脑。但这本书在讲解基础概念时，那种深入浅出的笔法，让我仿佛回到了高中课堂，只是这次的讲解更加深入、更加系统。它不像有些教材那样，把复杂的理论堆砌在一起，而是像一位经验丰富的老教授，一步一步地引导你构建起完整的知识体系。比如，在处理力学部分时，作者对牛顿定律的阐述，不仅仅是公式的罗列，更结合了大量的实际生活中的例子，让我对“作用力与反作用力”的理解不再停留在书本定义层面，而是真正理解了其物理内涵。再者，书中对一些经典实验的描述，也十分到位，即使没有亲手操作，也能通过文字和图示构建出清晰的实验场景，这对于理解物理学的实验基础至关重要。总的来说，这本书在知识的呈现方式上，做到了既严谨又不失生动，是物理学习者不可多得的良师益友。

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我必须得夸一下这本书在结构上的匠心独运，它在理论讲解和实际应用之间找到了一个非常微妙的平衡点。我之前用过一些侧重理论推导的教材，读起来枯燥乏味，让人难以坚持；也有一些过于侧重应用的辅导书，虽然能快速上手解题，但对底层原理的阐述却非常单薄。这本书却成功地避免了上述两个极端。它在每一章节的起始部分，都会用简洁明了的语言重述核心物理定律，但绝不满足于此，紧接着就会出现一两个精心设计的“深入探讨”小节，往往会涉及该理论在现代科学中的延伸应用或历史背景，这极大地激发了我继续深入学习的兴趣。比如，在热力学部分，作者对熵增原理的解释，就不是简单地引用克劳修斯不等式，而是探讨了它在信息论中的潜在联系，这种跨学科的视角，让基础物理的学习不再是孤立的知识点堆砌，而成为了理解整个自然科学体系的基石。这种对知识广度和深度的双重关照，是很多同类书籍所欠缺的。

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这本书的语言风格，可以说是非常“有温度”的学术著作。它没有那种高高在上的说教感，反而像是一个耐心的导师在耳边细细讲解。尤其是在处理一些概念容易混淆的地方，比如波粒二象性或者量子叠加态的引入，作者并没有使用过于晦涩的术语，而是用非常贴近生活的类比和形象的图示来辅助说明。我记得有一次我被一个关于简谐振动的阻尼问题困扰了很久，公式推导的每一步我都看懂了，但就是感觉“不对劲”。后来翻阅这本书的对应章节时，发现它用一个非常生动的“弹簧质量阻尼系统”的图解，清晰地展示了不同阻尼系数下振动衰减的物理图像，瞬间就茅塞顿开了。这种注重“物理图像构建”的教学方法，远比单纯记忆公式有效得多。对于初学者来说，建立正确的物理直觉比记住一堆数学公式要重要得多，这本书在这方面做得非常出色。

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阅读体验上，这本书给我带来的最大感受是其内容的“充实感”和“可靠性”。很多学习资料往往在关键的例题解析上含糊其辞，或者提供的习题与考试要求脱节，让人浪费大量时间去猜测出题人的意图。然而，这本辅导材料在例题和习题的选择上，显然是经过了精心挑选和编排的。它覆盖了大学基础物理学中所有核心且常考的知识点，并且针对不同的难度级别设置了梯度。我特别欣赏它在解析部分的处理方式——它不仅仅给出了最终答案，更重要的是展示了完整的解题思路和中间步骤的推导过程，这一点对于我这种喜欢刨根问底的学习者来说，简直是福音。例如，在处理电磁学中的场强计算时，书中会先回顾相关的矢量分析基础，然后才进入具体的物理场景应用，这种“回溯式”的教学设计，极大地增强了我对后续内容的掌握。这种扎实可靠的知识构建，让我在面对期末考试或更深层次的专业学习时，心中有底气。

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如果要我总结这本书给我带来的最核心价值，那就是它成功地将“学习的惰性”转化为了“探索的动力”。很多时候，学习物理不是因为我们不聪明，而是因为我们找不到坚持下去的内在驱动力。这本书的习题解答部分，常常会提供不止一种解法，尤其是那些需要技巧的题目，它会展示出“最优雅”的解法和“最常规”的解法，并对比两者的优劣。这种对比分析，不仅教会了我如何解决眼前的难题，更重要的是，它训练了我一种批判性思考和寻找最优路径的能力。例如，在一个静电场计算题中，它会先展示用高斯定理解决的简洁性，紧接着再展示用电势法逐步推导的严谨性，让读者自己去权衡何时应用何种工具。这种引导式的学习体验，使我不再满足于“得到答案”，而是开始追求“理解问题背后的数学结构和物理原理的和谐统一”。这本书真正做到了授人以渔，而非仅仅是喂食。

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