Student Pocket Companion for Physics for Scientists & Engineers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Addison Wesley

作者:Biman Das

出品人:

页数:616

译者:

出版时间:2008-09-25

价格:USD 25.80

装帧:Paperback

isbn号码:9780132273268

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 科学与工程
• 学生用书
• 袖珍参考书
• 大学物理
• 理工科
• 学习指南
• 公式手册
• 习题辅助
• 物理学速查

探索物理学的核心：一本面向科学与工程学生的深度指南 本书旨在为物理科学和工程领域的学生提供一个全面而实用的参考工具，聚焦于理解和应用基础物理概念。 它不仅仅是一本公式手册，更是一个帮助学习者在复杂的物理世界中构建清晰认知框架的伴侣。 第一部分：经典力学——运动的精确描述与内在力量 本部分深入探讨了描述物体运动和相互作用的基本原理，为理解更高级的物理学奠定了坚实的基础。 1. 运动学与直线运动： 基础概念的界定： 详细解析了位移、速度（瞬时与平均）、加速度的矢量性质及其一维和二维描述。 匀加速直线运动的精炼回顾： 提供了关键方程组，并辅以实际应用场景，例如处理自由落体运动时的恒定重力加速度。 相对运动的视角转换： 探讨了不同参考系之间速度和加速度的转换规则，强调了伽利略相对性原理的适用范围。 2. 牛顿运动定律：力的本质与后果： 第一定律（惯性）： 强调了惯性系的概念，并解释了惯性如何影响物体对受力状态变化的抵抗。 第二定律（$F=ma$）： 深入分析了合力、质量（包括静质量与相对论质量的初步区分）以及加速度之间的定量关系。提供了处理复杂多力系统（如约束力、摩擦力）的标准解题流程。 第三定律（作用与反作用）： 清晰阐明了作用力和反作用力对的不同，避免了常见的误解，并将其应用于系统动量分析。 力的分类与应用： 详细涵盖了重力（万有引力与表面重力）、弹力（胡克定律的适用性）、摩擦力（静摩擦与动摩擦的临界条件）以及张力等常见力的精确计算方法。 3. 功、能与功率：能量的转换与守恒： 功的概念与计算： 定义了恒力做功和变力做功（积分形式），重点讲解了功与力在路径上的投影关系。 动能定理： 明确了合外力做功等于物体动能的变化量，这是连接力学与能量观点的重要桥梁。 势能的引入： 系统区分保守力和非保守力，详细推导了重力势能和弹性势能的数学表达式，并强调了势能是状态函数而非路径函数。 机械能守恒定律： 在无非保守力做功或非保守力做功为零的条件下，机械能守恒的严格应用场景。 功率的量化： 瞬时功率与平均功率的计算，以及它们在机械效率评估中的作用。 4. 动量、冲量与碰撞： 动量的定义与守恒： 强调动量是描述宏观运动的矢量，在孤立系统中保持守恒的条件。 冲量与动量的关系： 理解冲量如何改变物体的动量，以及平均作用力和作用时间的关系。 碰撞分析： 区分弹性碰撞、非弹性碰撞和完全非弹性碰撞，并利用动量守恒和（在特定情况下）机械能守恒进行求解。 质心（重心）的概念： 解释了质心运动的独立性，即使系统内部发生复杂作用，质心依然遵循其受到的合外力作用。 5. 刚体转动与平衡： 转动学量的对应关系： 将线运动的角量（角位移、角速度、角加速度）与其线运动对应量进行系统性对比。 转动惯量： 阐述了转动惯量作为物体抵抗转动效应的量度，并提供了常见几何体转动惯量的列表，重点讲解了平行轴定理和垂直轴定理的应用。 转矩（力矩）： 定义转矩的矢量性质和计算方式，以及它与角加速度的关系（转动第二定律 $ au = Ialpha$）。 角动量及其守恒： 刚体转动的核心概念，分析了在无外力矩作用下角动量的守恒情况，在花样滑冰或太空姿态控制中的体现。 静力学平衡条件： 对作用在刚体上的所有力矩之和为零，以及所有力之和为零的两个平衡条件的深入讨论。 第二部分：振动、波与热力学基础——物质的集体行为 本部分将视野从单个物体的运动扩展到物质的周期性行为和宏观能量传递。 6. 简谐振动（SHM）： SHM的特征方程： 对受回复力成正比于位移的系统进行数学建模，求解微分方程。 相角、周期与频率： 精确定义了这些描述振动的关键参数，并区分了周期与半衰期等概念。 能量在SHM中的转换： 动能与势能如何在振动过程中相互转化，最大动能与最大势能的关系。 实际系统中的SHM： 深入分析弹簧振子（质量-弹簧系统）和单摆（小角度近似）的周期公式推导。 阻尼振动与受迫振动： 引入阻尼因子，分析振幅随时间衰减的规律，并初步介绍共振现象的物理基础。 7. 波的传播： 横波与纵波： 通过介质的振动方向与波传播方向的关系，区分两种基本波型。 波的数学描述： 详细解析波函数 $y(x, t)$，理解波长、频率、波速之间的关系 ($v = lambda f$)。 波的叠加原理： 介绍干涉（相长干涉与相消干涉）的条件，以及驻波的形成机制（如弦乐器上的谐振）。 声波的特性： 探讨声速的介质依赖性，以及声强、响度与声压级的物理意义。 8. 热力学第一定律：能量的宏观视角： 热力学系统的定义： 明确内能、热量和功在热力学过程中的区分与联系。 内能的本质： 将内能与微观粒子的动能和势能联系起来，虽然尚未深入微观统计，但强调其状态函数的特性。 第一定律的应用： 详细分析等容、等压、等温和绝热过程中的 $Delta U = Q + W$ 表达式的简化形式，并结合气体做功的体积积分表达式。 比热容： 定容摩尔比热 $C_v$ 与定压摩尔比热 $C_p$ 的区别，以及它们在理想气体中的特定值。 9. 热力学第二定律与熵： 不可逆性的引入： 阐述热传递的方向性——热量自发地从高温物体流向低温物体。 卡诺循环与热机效率： 建立理想热机的理论上限，理解热效率的定义及其与温差的关系。 熵的概念与统计意义： 将熵定义为系统微观状态数目的量度（$S = k ln W$），并解释 $Delta S ge 0$ 在孤立系统中的普遍性。 熵在过程中的变化计算： 学习如何计算可逆过程和不可逆过程（如自由膨胀）中系统的熵变。 第三部分：电磁学核心——场、力与电路 本部分构建了电荷的静态与动态行为的理论框架，是现代技术的核心基础。 10. 静电学：电荷、场与势： 库仑定律： 描述点电荷间相互作用力的基础，区分电荷的性质（正负与电荷守恒）。 电场强度： 定义电场线，计算由点电荷、电荷线、电荷面及电荷体产生的电场强度，重点应用高斯定律的积分形式。 电势能与电势： 讲解电势是标量，是单位电荷在电场中具有的势能，计算电场力做功与电势差的关系。 电位形（Electric Potential）： 深入探讨电势与电场之间的微分关系 ($vec{E} = - abla V$)。 电容器与介质： 理解电容的定义，平行板电容器的结构，以及电介质对电场和电容的影响（介电常数）。 11. 静电场的应用与高斯定律的威力： 电通量： 严格定义电通量，并解释高斯定律（$oint vec{E} cdot dvec{A} = Q_{in}/epsilon_0$）在处理具有高度对称性（球对称、柱对称、面对称）电荷分布时的简化作用。 导体在静电平衡下的特性： 阐述导体内部电场为零、净电荷位于表面以及表面等势的结论，并解释电场屏蔽现象。 12. 稳恒电流与电路： 电流密度与欧姆定律： 从微观上理解电流的形成，以及宏观上描述电压、电流和电阻的欧姆定律 $(vec{J} = sigma vec{E})$。 电阻的性质： 讨论电阻率与温度的关系，以及串联和并联电路中等效电阻的计算。 电路定律： 详细讲解基尔霍夫电流定律（KCL，节点定律）和电压定律（KVL，回路定律），并提供分析复杂直流电路（含多个电源和电阻）的系统化步骤。 电能与电功率： 电路中能量耗散的计算 ($P = IV$)。 13. 磁场与安培定律： 磁场的基本性质： 磁感应强度 $vec{B}$ 的定义，磁场对运动电荷的洛伦兹力 $vec{F} = q(vec{v} imes vec{B})$。 电流元产生的磁场： 介绍毕奥-萨伐尔定律，用于计算由有限长导线或电流环产生的磁场。 安培定律： 阐述磁场中的环路积分形式 ($oint vec{B} cdot dvec{l} = mu_0 I_{enc}$)，并将其应用于无限长直导线、螺线管等对称结构。 磁介质： 区分抗磁性、顺磁性和铁磁性的基本表现。 14. 电磁感应与法拉第定律： 磁通量： 定义穿过特定面积的磁通量 $Phi_B$。 法拉第电磁感应定律： 描述磁通量变化率与感应电动势之间的定量关系 ($mathcal{E} = -dPhi_B/dt$)。 楞次定律： 明确感应电流方向的“阻碍”原则，它是能量守恒在电磁感应中的体现。 应用： 分析移动导体棒切割磁感线产生的电动势，以及变压器的工作原理。 15. 麦克斯韦方程组（积分形式）与电磁波： 麦克斯韦方程组的统一性： 将静电学、磁学以及法拉第定律与安培-麦克斯韦定律整合，展示电场和磁场如何相互激发。 位移电流： 理解改变的电场（位移电流）如何产生磁场，这是完成统一性的关键。 电磁波的性质： 从麦克斯韦方程组中推导出平面电磁波的波动方程，确定电磁波在真空中的传播速度 $c = 1/sqrt{mu_0 epsilon_0}$。 能流： 介绍坡印廷矢量 ($vec{S} = (1/mu_0)(vec{E} imes vec{B})$)，量化电磁波携带的能量流密度。 本书以严谨的数学推导为骨架，以贴近实际的物理情景为血肉，旨在确保学生不仅能“记住”公式，更能“理解”物理定律背后的逻辑结构和普适性。

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