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This successful text was the first to address the latest teaching and learning trends as suggested by the Introductory University Physics Project (IUPP) guidelines. PRINCIPLES OF PHYSICS features a concise approach to traditional topics, an early introduction to modern physics, integration of physics education research pedagogies, as well as the integration of contemporary topics throughout the text. This revision of PRINCIPLES OF PHYSICS also contains text/media integration unlike no other through the PhysicsNow online assessment, tutorial, and course management system.
物理学原理（Principles of Physics）：探索宇宙运行的深层机制 本书旨在为读者提供一个全面、深入且富有洞察力的现代物理学导论。我们超越了简单的公式罗列与习题堆砌，致力于构建一个连贯的知识体系，帮助学习者理解自然界最基本的力量、物质的结构以及能量的转化规律。通过严谨的数学框架和丰富的实际应用案例，本书带领读者穿越宏观世界的经典力学，步入微观世界的量子奥秘，直至探索宇宙尺度的相对论图景。 第一部分：基础构建与经典力学之基 本书的开篇聚焦于物理学的基石——运动学和动力学。我们首先确立了测量、误差分析以及向量运算的重要性，这些是所有定量科学的语言。随后，我们深入研究牛顿三大运动定律，它们构成了经典力学（Classical Mechanics）的支柱。 运动的描述： 详细解析了一维和二维运动中的位移、速度和加速度，着重区分了瞬时值和平均值的物理意义。对于曲线运动，特别是圆周运动，我们细致阐述了向心加速度的概念，并结合实际的交通工程、卫星轨道问题进行解析。 功、能与系统： 功和能量的概念被视为理解系统变化的核心工具。我们不仅讨论了动能、重力势能、弹性势能，更重要的是引入了保守力与非保守力的区别，并以此引出了能量守恒定律——这一跨越所有物理学分支的普适性原理。对于复杂系统，我们引入了动量、冲量以及角动量，并探究了碰撞、旋转以及刚体平衡的条件。 振动与波： 深入探讨了简谐振动（SHM）的数学模型及其物理内涵，分析了阻尼振动和受迫振动中能量的耗散与传递。随后，我们将概念扩展到机械波，详细分析了波的叠加、干涉、反射、折射以及多普勒效应，为后续的热学和光学打下坚实基础。 第二部分：热力学与物质的微观行为 进入第二部分，我们将视角从宏观的机械运动转向了对物质内部无序性的理解——热力学。 气体动力学理论： 本章从微观粒子的随机运动出发，推导出理想气体的状态方程。我们细致考察了气体分子平均速率的统计分布，并将宏观的热力学量（如温度和压强）与微观粒子的动能紧密联系起来。 热力学定律的哲学与应用： 本部分是本书的重点之一。我们严格定义了热力学第一定律（能量守恒在热过程中的体现）和第二定律（熵增原理）。熵的概念被详尽阐述，不仅仅是“混乱度”的定性描述，而是基于统计概率的定量表述。我们分析了热机效率的极限（卡诺循环）以及制冷剂的工作原理，强调了自然过程的方向性。 相变与物质的宏观特性： 探讨了物质在不同相态间的转化，包括熔化、汽化和升华，并引入了 Clausius-Clapeyron 方程来描述相平衡的条件。 第三部分：电磁学的统一与光 本书的第三部分致力于物理学史上最伟大的统一成就之一：电磁学的整合。我们将从静电现象出发，逐步构建起完整的麦克斯韦方程组。 静电场与磁场： 详细介绍了库仑定律、电场强度以及电势的概念。高斯定律被用作理解电场分布的强大工具。磁场部分则从毕奥-萨伐尔定律和安培定律出发，描述了载流导线对空间的影响。我们探讨了磁矩、磁介质以及霍尔效应。 电磁感应与电路分析： 法拉第电磁感应定律和楞次定律揭示了变化的磁场如何产生电动势。我们深入分析了电感器的特性，并结合电容、电阻构成了完整的RLC电路分析，包括瞬态响应和交流（AC）电路中的阻抗、相位关系。 麦克斯韦方程组与电磁波： 本章是电磁学的高潮。我们引入了麦克斯韦的位移电流概念，完成了对自然规律的闭合描述。基于此方程组，我们推导出了电磁波的波动方程，证明光本身就是一种电磁波，并计算了其传播速度。本部分还探讨了电磁波谱的各个波段及其应用。 几何与物理光学： 光的传播被分为几何光学（基于光线追踪的反射和折射）和物理光学（基于波动性的干涉、衍射和偏振）。我们利用惠更斯原理和傅里叶分析原理，精确解释了复杂光学现象，如衍射光栅和偏振片的工作机制。 第四部分：现代物理学的曙光 随着经典物理学在解释黑体辐射、光电效应和原子光谱等现象时遭遇的瓶颈，本书将视角转向二十世纪的革命性理论——相对论和量子力学。 狭义相对论： 爱因斯坦的狭义相对论从两个基本假设出发，彻底颠覆了我们对时间、空间和质量的传统认知。我们详细推导了洛伦兹变换，分析了时间膨胀、长度收缩，并引入了相对论动量和著名的质能等效关系 $E=mc^2$。 量子物理导论： 黑体辐射的能量量子化和光电效应的光子解释标志着量子时代的到来。本书解释了德布罗意物质波的概念，强调了波粒二象性。 原子结构与量子力学基础： 我们从玻尔模型开始，逐步过渡到更严谨的薛定谔方程。通过对氢原子薛定谔方程的求解，我们系统地介绍了量子数、轨道角动量和自旋的概念，解释了原子能级结构和周期表的形成。我们还探讨了泡利不相容原理及其在多电子原子结构中的核心作用。 全书的编写风格力求清晰、严谨，同时注重物理图像的构建。每章都包含大量的例题和练习题，这些习题从基础概念的巩固到高阶应用的探索，旨在培养学习者分析和解决复杂物理问题的能力。本书不仅是一本教科书，更是一份带领读者领略自然界基本规律之美的探险指南。
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