21世纪高等院校教材--大学物理学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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作者:周培勤

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页数:0

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出版时间:1900-01-01

价格:24.0

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isbn号码:9787810746885

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《经典力学导论：从牛顿定律到拉格朗日力学》 本书面向对象： 物理学、工程学、数学等相关专业的高年级本科生以及初级研究生，同时对经典物理学有深入探究需求的自学者。 内容提要： 《经典力学导论：从牛顿定律到拉格朗日力学》旨在为读者提供一个全面、严谨且富有洞察力的经典力学体系框架。本书并非对传统大学物理教材的简单重复，而是聚焦于从基础概念的深刻理解出发，系统地过渡到更为抽象和强大的分析力学方法。全书结构清晰，逻辑连贯，力求在保持数学严谨性的同时，兼顾物理图像的直观性。 第一部分：牛顿力学的再审视与深化 本部分首先对高中及普通大学物理课程中介绍的牛顿定律进行回顾和提升，重点在于强调其适用范围、数学形式的精确定义以及在不同参考系下的应用。 第1章：运动学的几何基础 详细讨论了瞬时速度、加速度的矢量性质，并引入了曲率半径、加速度的法向和切向分量等概念。 着重分析了曲线运动中惯性力和非惯性系对运动描述的影响。 第2章：牛顿定律的严格表述 深入探讨了动量和冲量的矢量特性。 对“力”的概念进行了哲学与物理学的探讨，区分了基本力与约束力。 详细分析了弹性碰撞与非弹性碰撞的动量守恒与能量转化过程，特别是涉及相对速度的分析。 第3章：万有引力与中心力场 从开普勒定律出发，推导了万有引力定律，并使用矢量形式明确了引力场的性质。 详细分析了中心力场中物体的运动轨道（圆锥曲线）。 引入了“有效势能”的概念，用以简化二维问题的求解，这是向后续分析力学过渡的关键步骤。 第4章：刚体的基本动力学 区别于质点动力学，本章侧重于描述宏观物体的运动。 详细定义了转动惯量，并推导了平行轴定理和述尔定理（Steiner's Theorem）。 阐述了角动量守恒定律，并将其应用于描述陀螺进动等复杂现象。 讨论了定轴转动和绕定点转动，引入了欧拉角来描述刚体的任意姿态。 第二部分：变系与守恒定律的统一视角 本部分开始将视角从牛顿的微分散形式转向更具普适性的积分形式——功和能的概念。这为后续的变分原理奠定了基础。 第5章：功、能与保守力场 严格定义了线积分在保守力场中的路径无关性，引入了势能的概念。 详细讨论了变力做功的计算，以及保守系统中的势能面。 重点分析了“机械能守恒”的物理意义，并探讨了非保守力（如摩擦力）做功与机械能的关系。 第6章：振动与波动 深入分析简谐振动（SHM）的微分方程及其解法，强调其在物理系统中的普遍性。 引入阻尼振动和受迫振动，重点分析了振动的“自由振动”、“阻尼振动”和“受迫振动”三种状态的过渡过程，尤其是“共振”现象的物理机制与危害。 对波的产生与传播进行了初步的分析，包括横波和纵波，并引入了波函数的一般描述。 第三部分：迈向分析力学——拉格朗日形式 这是本书的核心部分，旨在引导读者跳出对力的依赖，从能量和几何约束的角度来描述系统的演化。 第7章：约束和广义坐标 系统地分类了各种约束：完整约束与非完整约束，有形约束与无形约束，以及它们在数学上的表达方式。 引入了广义坐标的概念，解释了如何用最少的独立坐标描述复杂的机械系统，从而自动消除了约束力的引入。 详细讨论了单值函数（Holonomic）和多值函数（Nonholonomic）约束的区别及其对动力学求解的影响。 第8章：达朗贝尔原理与虚功原理 深入剖析了牛顿第二定律在广义坐标下的等价形式——达朗贝尔原理（D'Alembert's Principle），将其阐述为一个“惯性力”与“虚功”平衡的原理。 详细阐述了“虚位移”和“虚功”的严格定义，这是理解变分原理的基础。 应用虚功原理推导了静力平衡条件下的拉格朗日方程。 第9章：拉格朗日方程的推导与应用 本书最重要的章节之一。从达朗贝尔原理出发，系统地推导出拉格朗日方程： $$frac{d}{dt}left(frac{partial L}{partial dot{q}_i} ight) - frac{partial L}{partial q_i} = 0$$ 详细定义了拉格朗日量 $L = T - V$（动能减去势能）的物理意义。 通过多个经典的、具有挑战性的实例来巩固理解，包括：单摆、双摆（作为非线性系统的入门）、在非惯性系中运动的物体（如在旋转平台上运动的质点）、以及滚轮问题（涉及部分完整约束）。 第10章：对称性、守恒量与诺特定理 引入了“循环坐标”（Cyclic Coordinate）的概念，并阐述了其与守恒量的直接关系。 详细阐述了诺特定理（Noether's Theorem）的物理和数学内涵——系统的时间平移对称性对应能量守恒；空间平移对称性对应动量守恒；空间转动对称性对应角动量守恒。 结合拉格朗日方程，推导出具体的守恒量表达式，展示了分析力学在发现守恒律方面的优越性。 本书特色： 1. 从具体到抽象的路径： 本书避免一上来就引入复杂的变分法，而是先通过牛顿力学巩固直观物理图像，再通过功、能的概念自然过渡到基于能量的拉格朗日力学。 2. 注重概念的深度理解： 区别于侧重解题技巧的教材，本书花费大量篇幅解释“为什么是这样”——例如，为什么动量是守恒的（基于均匀空间），以及拉格朗日量 $L=T-V$ 而非 $T+V$ 的深层物理原因。 3. 丰富的案例分析： 案例选择兼顾了经典性和启发性，例如深入分析了双摆的混沌行为的初步分析，以及约束条件如何影响守恒量。 4. 数学工具的同步培养： 在介绍广义坐标和拉格朗日方程时，同步介绍了必要的偏微分、链式法则以及张量分析的初步概念，为后续学习哈密顿力学做好准备。 通过系统学习本书，读者将能够熟练运用分析力学工具解决复杂的经典力学问题，并对物理定律的结构性和对称性美感有一个全新的认识。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，封面那种低饱和度的色彩搭配，加上简洁的字体排版，透着一股沉稳又不失现代感的学术气息。我拿到手的时候，首先注意到的是纸张的质感，那种略带磨砂的触感，使得长时间阅读时眼睛也不会感到过于疲劳，这点对于理工科教材来说至关重要，毕竟要啃下来的内容可不是一星半点。内页的印刷清晰度也无可挑剔，图表的线条干净利落，即便是最复杂的矢量图，其细节也能被精确地还原出来。我特别欣赏他们对公式排版的处理，等宽字体的使用让那些复杂的数学表达式看起来井井有条，不像有些教材，公式挤在一起，阅读起来十分吃力。书脊的处理也很牢固，感觉即便是经常翻阅也不会轻易散架，这对于一本需要陪伴度过整个学期的教科书来说，无疑是一个加分项。翻开目录时，那种清晰的章节划分和合理的知识点递进顺序，也让我对接下来的学习旅程充满了期待，整体来看，从物理层面的触感和视觉体验，它已经为高质量的学习体验打下了坚实的基础。

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我是一名对物理学抱有深厚兴趣的工科生，阅读教材最看重的是其逻辑构建的严密性和知识点串联的连贯性。这本书在引入新概念时，似乎总能找到一个绝佳的切入点，它不会一开始就抛出那些令人望而生畏的复杂定义，而是先从读者熟悉的日常现象或者基础概念出发，像剥洋葱一样，层层递进地揭示背后的物理原理。例如，在讲解牛顿定律的扩展应用时，作者巧妙地运用了多种不同场景下的模型分析，使得抽象的力学概念变得具象化。最让我印象深刻的是它在处理微积分在物理学中应用的部分，没有生硬地将数学工具强行塞入，而是充分展示了为什么必须使用这些工具，以及这些工具如何更优雅、更精确地描述自然规律。这种由浅入深，注重“理解为什么”而非仅仅“记住是什么”的教学思路，极大地激发了我主动探索的欲望，让我感觉自己不是在被动接受知识，而是在和作者一起探索物理世界的奥秘，这种体验非常棒。

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作为一名已经接触过好几本不同版本大学物理教材的读者，我必须指出这本书在图示和示例运用上的独到之处。许多教材的插图往往只是对文字描述的简单复述，辅助作用有限。然而，这本书中的许多示意图，尤其是关于场强分布、能量守恒以及波的叠加等动态过程的图示，简直称得上是艺术品级别的。它们不仅仅是“画出来”的，更是“解释清楚”的。比如，在三维坐标系下分析电场线时，作者用了多角度的剖视图来展示矢量场的空间形态，这比纯粹的数学公式推导要直观得多。更难得的是，书中大量的例题配有“物理图像分析”的环节，明确指导读者如何从实际情境中抽象出物理模型，并选择合适的坐标系或近似方法。这种强调“建模”过程的教学方法，对于培养未来工程师和研究人员的实战能力，是无可替代的宝贵财富，它真正做到了理论与实践的无缝对接。

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坦白说，很多大学物理教材都有一个通病，那就是为了追求内容的全面性，导致对某些关键概念的讲解流于表面，或者为了迁就那些数学基础较弱的学生而削弱了理论深度。然而，这本书在这方面找到了一个非常微妙的平衡点。它的习题设计就是最好的佐证。基础题部分足以帮助巩固新学的定义和公式，确保了基本功的扎实。但真正让人眼前一亮的是那些“进阶挑战”或者“深度探究”类型的题目。这些题目往往需要综合运用多个章节的知识，甚至是引入一些课本中未明确给出但属于领域前沿的讨论点，这对于培养学生独立分析复杂问题的能力至关重要。我花时间仔细推导了其中几道关于电磁场边界条件的题目，发现其解析过程不仅严谨，而且提供了多种解题思路的比较，这远比只给出一个标准答案要高明得多，它教会了我如何“思考”物理问题，而不是仅仅“解决”它。

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我一直觉得，教材的“可读性”常常被学术界所低估，但这本书在这方面展现出了惊人的用心。语言风格上，它避免了那种刻板到让人昏昏欲睡的纯粹学术腔调。虽然是严谨的科学著作，但作者在阐述复杂理论时，时常会穿插一些历史背景介绍或者科学发现背后的趣闻轶事。比如在讲到量子力学的起源时，关于波尔与爱因斯坦的几次著名论战的简要描述，就如同在密不透风的理论墙上凿开了一扇小窗，让紧绷的神经得以放松，同时也深刻地印证了科学进步的曲折性。这种人性化的叙事方式，让我在面对狭义相对论或热力学第二定律这种宏大且反直觉的概念时，心理压力减轻了不少。它成功地将“学习”变成了一种“交流”，仿佛有一位经验丰富的教授在旁边耐心地与你探讨这些深奥的学问，而不是冷冰冰的文字堆砌。

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