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出版者:Oxford University Press, USA

作者:Robert E. Newnham

出品人:

页数:390

译者:

出版时间:2005-1-27

价格:USD 85.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780198520764

丛书系列:

图书标签:

• 材料学
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• 工程材料
• 物理性质
• 化学性质
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• 固体物理
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探秘宏观世界：基础物理与工程学原理 作者：[此处留空，或者填写一个符合学术风格的笔名] 出版社：[此处留空，或者填写一个符合学术风格的出版社名称] 书籍页数：约600页 语言：英文（或中文，视具体情况而定） ISBN：[此处留空，或者填写一个占位符] --- 内容简介 本书旨在为初学者和有一定基础的学生提供一个坚实而全面的物理学基础，重点聚焦于宏观世界中的经典力学、热力学、电磁学以及基础波动的核心概念与应用。我们深知，理解物质在不同尺度下的基本行为，是所有工程学科乃至更深层次科学研究的基石。因此，本书避开了对材料微观结构（如晶体学、相变动力学、量子效应等）的深入探讨，而是将笔墨集中于那些可以通过连续介质模型和宏观观测来精确描述的物理现象。 本书结构清晰，从最基本的运动学和动力学开始，逐步过渡到能量、动量、角动量等守恒定律的深刻理解，再延伸至热力学的两大基本定律及其在系统平衡态下的推论。最后，我们将探索电磁现象，从静电场、稳恒电流到时变的电磁波传播，为读者构建一个完整的经典物理图景。 第一部分：经典力学基础 (Classical Mechanics Fundamentals) 本部分是全书的起点，我们力求以最直观的方式引入牛顿力学的基本公设，并将其应用于解决实际的动力学问题。 第一章：运动的描述 我们从描述物体运动的几何学出发，定义位移、速度和加速度。详细探讨了直线运动、平面运动和三维空间中曲线运动的矢量表示法。重点讲解了参考系的选择和伽利略变换的适用范围，为后续的动力学分析打下数学基础。我们避免了对拉格朗日或哈密顿力学等高级形式的探讨，专注于牛顿定律在直角坐标系下的直接应用。 第二章：牛顿定律与力 深入解析牛顿第一、第二和第三定律。重点分析了常见的几种基本作用力，如重力、弹力（胡克定律的线性近似）、摩擦力（静摩擦与动摩擦）。大量篇幅用于解决复杂的受力分析问题，例如平面斜面上的平衡与运动、连接体的运动分析，以及受阻力（如线性阻尼）的运动。动量和冲量的概念被引入，作为理解碰撞过程的关键工具。 第三章：功、能与保守力 功和能是理解系统演化的核心概念。本章详细阐述了功的定义、动能定理。随后，我们引入保守力的概念，并导出重力势能和弹簧势能的表达式。势能函数的梯度和力场之间的关系被清晰阐述。本章的高潮是对机械能守恒定律的深入探讨及其在非保守力做功情境下的修正应用。 第四章：刚体动力学入门 将质点概念扩展到具有空间分布的物体。本章侧重于刚体的概念，定义了质心（重心）和转动惯量。详细推导了转动定律（牛顿第二定律的转动形式）。转动动量和角动量的概念被引入，重点分析了刚体绕固定轴和绕质心的定轴转动，以及角动量守恒定律在陀螺仪等现象中的应用。 第五章：振动与波动（宏观视角） 本章关注宏观物体的周期性运动。首先引入简谐振动（SHM）的数学模型，包括弹簧振子和单摆（小角度近似）。随后，我们将焦点转向波的传播，重点分析机械波——如弦上的横波和声波（纵波）在介质中的传播特性。对波速、波长、频率、波能的传递，以及干涉和衍射（基于惠更斯原理的几何光学近似）现象进行了详尽的描述，但不涉及量子力学或光子的具体行为。 第二部分：热力学与统计基础 (Thermodynamics and Statistical Foundations) 本部分将物理学的视角从宏观力学转移到能量和温度的尺度，但严格限制在经典热力学的框架内，避免了对分子动理论的深入探讨（如布朗运动的随机性、量子统计）。 第六章：温度、热量与理想气体 本章介绍了温度的测量和热力学温标的建立。热量的概念被定义为能量传递的一种形式。随后，我们详细分析了理想气体的状态方程（$PV=nRT$），并考察了在不同约束条件下的气体膨胀和压缩过程（等温、等压、等容、绝热）。 第七章：热力学第一定律 热力学第一定律被表述为能量守恒定律在热学过程中的体现（$Delta U = Q + W$）。详细区分了功的定义（$W = -int P dV$）在不同过程中的计算方法。本章包含了对定容、定压热容的推导，以及通过第一定律分析热机、制冷机的工作循环（如卡诺循环）。 第八章：热力学第二定律与熵 熵是本章的核心。我们引入了热力学第二定律的克劳修斯和开尔文-普朗克表述。熵函数的定义被引入，并详细论述了孤立系统中熵增加的趋势。重点是理解熵作为系统无序度的宏观指示，以及其在不可逆过程中的角色。虽然涉及统计概念，但解释主要基于宏观过程的可逆性判断。 第九章：热力学第三定律与过程分析 本章讨论热力学第三定律的含义——绝对零度的不可达性。随后，我们考察了化学势和吉布斯自由能、亥姆霍兹自由能等热力学势的定义，这些势在分析相平衡和化学反应的自发性时非常有用，但我们仅限于应用这些势函数来判断宏观系统在恒温恒压或恒温恒容下的平衡状态，而不深入探讨相图的精确绘制或临界现象。 第三部分：电磁学基础 (Fundamentals of Electromagnetism) 本部分构建了经典电磁学的骨架，从静电荷的相互作用开始，逐步引入磁场和随时间变化的电磁场概念。 第十章：静电学 详细阐述了库仑定律和电场强度。通过高斯定律，我们推导了在不同对称性情况下（点电荷、均匀带电球体、无限长导线等）的电场分布。电势的概念被引入，并讲解了电势差和电场的梯度关系。电容和电介质的概念也被纳入讨论，重点分析平行板电容器的储能问题。 第十一章：稳恒电流与磁场 本章探讨了电荷的宏观流动——电流。欧姆定律（$V=IR$）被作为经验定律引入，并分析了电阻的串并联组合。随后，我们转向磁场，由毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律来描述稳恒电流产生的磁场。重点计算了直线电流、圆形线圈以及螺线管外部和内部的磁场分布。 第十二章：电磁感应与电路分析 法拉第电磁感应定律是本章的基石，解释了变化的磁通量如何产生电动势。楞次定律被用于确定感应电流的方向。本章包含对自感和互感的详细分析，以及RL、RC电路在直流激励下的暂态响应（一阶微分方程的解）。 第十三章：麦克斯韦方程组的宏观形式与电磁波 本章对前述定律进行整合，展示麦克斯韦方程组（积分形式）的完备性。我们重点关注方程组如何预言了电磁波的存在，并推导了电磁波在真空中的传播速度（光速）。电磁波的能流密度（坡印廷矢量）被引入，以描述能量的传输。最后，我们讨论了电磁波在简单介质中的反射和折射现象（基于菲涅耳方程的几何光学近似）。 --- 本书的特点与适用对象 本书的结构旨在提供一个严谨但易于掌握的物理学全景图。我们刻意将重点放在经典物理学的核心框架上，强调基本定律的数学表达及其在宏观系统中的直接应用。本书内容涵盖了大学低年级物理课程（如普通物理学或工程物理导论）的全部核心要求，特别适合于物理学、机械工程、土木工程、化学工程等需要扎实经典物理基础的专业学生。读者在学习本书之前，应具备微积分（单变量和基础多变量）和基础线性代数的知识。本书严格避免了量子力学、相对论、固体物理学（如能带理论）、晶体结构分析以及复杂的统计物理学证明。我们致力于构建一座坚固的“经典大厦”，而非窥探原子核内部的奥秘。

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