时代教育·国外高校优秀教材精选：物理学（卷1 力学和热学）（翻译版·原书第4版）

《时代教育·国外高校优秀教材精选：物理学（卷1 力学和热学）（翻译版·原书第4版）》基于美国物理教育研究的成果，突出地体现了以学生为本的教育理念。教材通过每章精彩的引子、详细且逻辑化的讲述、最新科技进展与学习内容的有机结合、有趣且简单易行的演示实验、物理在众多领域中的J立用实例等，再加上友好的写作方式和精美的插图来激发、培养学生的学习兴趣。教材在每小节之后、每道例题之后都设置了检测性题目，在本章结束后提供答案，帮助学生及时巩固知识，查找问题。此外，作者还重视对解题能力和技巧的培养与训练。教材中每道例题均由解题策略、题解和讨论三部分构成。在解题策略补分中，向学生讲解、演示分析解决问题的思路和方法；其后给出标准化的解题；最后进行讨论。
《时代教育·国外高校优秀教材精选：物理学（卷1 力学和热学）（翻译版·原书第4版）》中，作者艾伦·詹巴蒂斯塔、贝蒂·麦卡锡·理查森、罗伯特C。理查森对物理概念的论述和物理知识的应用尤其重视。在讲授重要物理概念和物理量时，作者回避了生硬地直接给出定义的方法，而是首先使学生明白为什么要引入某个物理概念或物理量，之后再给出严格定义。在内容安排上，作者舍去了一些公式的证明，将更多的篇幅用于讲述物理学在生物／生命科学、化学、地质学／地球科学、天文学／空间科学、建筑学、技术／机械、运输、运动及日常生活等众多方面的应用。作者用引人入胜的应用实例向学生展示了物理学对于了解自然界和人类自身的重要作用，使学生们在理解物理学法则的同时感受物理学的魅力！

译者序
前言
第1章 绪论
1.1 为什么学习物理
1.2 谈谈物理
1.3 科学计数法和有效数字
1.4 单位
1.5 量纲分析
1.6 解决问题的技能
1.7 估算

第一篇 力学
第2章 力
2.1 相互作用与力
2.2 惯性与平衡：牛顿第一定律
2.3 相互作用对：牛顿第三定律
2.4 引力
2.5 接触力
2.6 张力
2.7 基本作用力
第3章 加速度与牛顿第二定律
3.1 位置与位移
3.2 速度
3.3 加速度与牛顿第二定律
3.4 牛顿定律的应用
3.5 速度的相对性；参考系
第4章 加速度为常量的运动
4.1 加速度恒定的直线运动
4.2 自由落体运动
4.3 抛体运动
4.4 表观重量
第5章 圆周运动
5.1 匀速圆周运动的描述
5.2 径向加速度
5.3 水平弯道与倾斜弯道
5.4 卫星和行星的圆轨道运动
5.5 变速圆周运动
5.6 角加速度
5.7 表观重量与人造引力
综合复习：第1～5章
第6章 能量守恒
6.1 能量守恒定律概述
6.2 恒力的功
6.3 动能
6.4 引力势能（1）
6.5 引力势能（2）
6.6 变力的功
6.7 弹性势能
6.8 功率
第7章 动量
7.1 矢量的守恒定律
7.2 动量
7.3 冲量-动量定理
7.4 动量守恒
7.5 质心
7.6 质心运动
7.7 一维碰撞
7.8 二维碰撞
第8章 力矩与角动量
8.1 转动动能和转动惯量
8.2 力矩
8.3 力矩的功
8.4 转动平衡
8.5 应用：人类身体的平衡
8.6 转动形式的牛顿第二定律
8.7 滚动物体的运动
8.8 角动量
8.9 角动量的矢量性
综合复习：第6～8章
第9章 流体
9.1 物态
9.2 压强
9.3 帕斯卡原理
9.4 重力对流体压强的影响
9.5压强的测量
9.6 浮力
9.7 流体的流动
9.8 伯努利方程
9.9 黏度
9.1 0黏性阻力
9.1 1表面张力
第10章 弹性体与振动
10.1 固体的弹性变形
10.2 胡克定律
10.3 胡克定律之外
10.4 剪切变形和体积变形
10.5 简谐运动
10.6 简谐运动的周期与频率
10.7 简谐运动的图形分析
10.8 摆
10.9 阻尼振荡
10.1 0受迫振动和共振
第11章 波动
11.1 波与能量的传播
11.2 横波与纵波
11.3 弦上横波的波速
11.4 周期波
11.5 波的数学描述
11.6 波的图像
11.7 叠加原理
11.8 反射与折射
11.9 干涉与衍射
11.10 驻波
第12章 声波
12.1 声波
12.2 声波的速度
12.3 声波的振幅与强度
12.4 声驻波
12.5 音色
12.6 人耳
12.7 拍
12.8 多普勒效应
12.9 回声定位与医学成像
综合复习：第9～12章

第二篇 热学
第13章 温度与理想气体
13.1 温度与热平衡
13.2 温标
13.3 固体和液体的热膨胀
13.4 气体的分子图像
13.5 绝对温度与理想气体定律
13.6 理想气体动理论
13.7 温度与反应率
13.8 扩散
第14章 热量
14.1 内能
14.2 热量
14.3 热容与比热容
14.4 理想气体的热容
14.5 相变
14.6 热传导
14.7 热对流
14.8 热辐射
第15章 热力学
15.1 热力学第一定律
15.2 热力学过程
15.3 理想气体的热力学过程
15.4 可逆过程和不可逆过程
15.5 热机
15.6 冰箱与热泵
15.7 可逆热机和可逆热泵
15.8 熵
15.9 热力学第三定律
综合复习：第13～15章
附录A 数学知识
附录B 部分核素表
答案
图文出处
致谢
教师反馈表

本书用于两学期的大学物理课程，需要学生具备代数和几何方面的数学知识。我们写作此书的主要目标为：
向学生介绍学习其他课程和未来工作中必须具备的基本物理概念。
强调物理学是认识真实世界的工具。
教授可使学生受益终身的、用途广泛的解决问题的方法。
在阐述全书主题的过程之中，我们始终将上述目标铭记于心。
本版的改进之处尽管本书的基本原则一以贯之，但是使用过前三版的教师和学生们对本书提出的详尽建议和反馈，促使我们不断更细致地改进（讲授）方法。第4版所做的一些最重要的改进如下：
为了使学生了解他们正在学习的物理与今后工作的联系，第4版章后题目中新增加了111处涉及生物医学方面的应用，12个生物医学的例题，10处关于生物医学方面应用的文字讨论。
各章首页罗列了本章所提供的物理学在生物医学方面的应用。
在检测题、练习题和章后题目中增加了89个排序题。
新增了一些检测题，使学生们在读书时有更多的机会暂停下来，检查对于所学新概念的理解。
每章都配置了一套合作题，供学生小组合作解题之用。
扩展和加强了链接内容，以开阔学生视野，让学生们发现一个新概念或许就是以前引入的某个概念的拓展、应用或特殊形式。其目的在于使学生领悟：物理学将为数不多的一系列基本概念应用于众多不同的情景，它不是彼此间缺乏联系的事实或方程的堆积。
以前版本中的大部分旁注现被并入正文，以便更流畅地表达思想，减少杂乱的表述。
适用于学生反馈系统的选择题被冠以“应答器（Clicker）”标记。偶数号选择题目没有给出答案@，以供教师利用应答器检测学生的学习效果之用。
各章的一些改动如下：
第1章扩展了通用解题指导部分的内容。
第2章2.1节中介绍力是物体间相互作用时，明确地指出要参考牛顿第三定律。更加突出了对于力的识别：要求学生分辨施力物体和受力物体。增加了一个链接，以加强牛顿运动定律中的主题，即在求合力的时候，无论什么种类的力作用于物体上，均按相同的方法相加（矢量加法）。
第3章较早地引入了运动图，并充分使用。通过检测题、例题、练习题和章后题目要求学生们建立或解释运动图。
第4、5章继续强调运动图。在其他描述方法（图像或方程）之前，通过运动图，引入匀加速运动。第4章中增加了一个链接，对g（引力场强度）的表面上看来不同的解释进行了说明。
第6章增加了解题方法专栏，说明如何选用不同的解题方法（能量或牛顿运动定律）。更加简单和直观地解释了“为什么引力势能等于引力功的负值”。本章中更多地使用了能量曲线。
第7章现在包含了对投影心博计的文字讨论。
第11章讨论了动物怎样通过地震波互相联络和感受环境。简化了关于干涉和相位差的表述。
第12章扩展了关于各种动物可感知的声波频率范围的讨论。更加直接地讲述了（非相对论）多普勒效应，强调j，波对于波源和观察者的相对速度。增加了关于多普勒效应解题方法的专栏。
第16、17章增加了对水、DNA和蛋白质中氢键的描述。将氢键简化为点电荷间的相互作用，该模型使学生可以估测其中力的大小和氢键的结合能。第16章中还加入了关于凝胶电泳的讨论。
第18章加强了对水的电阻率及其如何强烈地依赖于离子浓度的讨论。
第19章右手定则的图示更清晰，并引入了与之等效的右手螺旋法则。关于回旋加速器工作原理的解释更明确。
第22章通过证明电磁波的存在，说明电场和磁场是真实的，而更加清楚地解释了麦克斯韦对于统一电和磁规律的贡献。本章包含了对动物感知红外以及紫外暴露引起的生物效应的讨论，并改进了偏振片工作原理的讲述。
第23章简化了关于干涉相长和干涉相消相差的讨论。
第27章给出了其他模式的放射性衰变，例如：质子发射、双卢发射。讨论了2011年日本东北海啸引发的福岛核电站事故。
第28章简明地叙述了宇宙膨胀和Higgs场。
综合覆盖学生通过本书能够了解整体物理知识。我们将以前的版本用作学生们最初的学习资源，在自己的课程中对此进行了测试。不过，在更传统的教室环境中应用此教材，其所具有的完整性和清晰性同样是优势。使用本书时，教师不必面面俱到，可以根据学生需求--这个更重要的因素确定课时讲解例题，指导学生开展同伴教学及合作学习，讲述应用或进行演示，以加强他们对较难概念的理解。
概念优先的教学方法大学物理课程的一些初学者错误地认为学习物理学就是记住一长串的方程并且具备将数字代入其中的能力。我们要帮助学生明白：为数不多的基本物理概念可以广泛地用于多种情景。物理教育研究已经表明：学生不能自动地获得概念性的认识，概念必须被讲解，学生才有机会掌握它们。我们呈现给大家的这套教材，基于我们多年对本课程的教学工作，将概念理解与分析技巧结合在一起。这种“概念优先”的方法帮助学生建立起对于物理学的直觉；那些“公式”和解题技能不过是应用概念的工具。书中的概念例题、概念练习题，姒殴各章后面的各种排序题、瓷_冒营差芋慧概念和思考题和选择题为学生提供了检查和加强理解物理概念的机会。
物理量，我们借助为什么需要这个量，为什么它是有用的，为什么它需要精确的定义等问题，以一种非正式的方法引入它们。然后我们从这种非正式的、直觉性的想法过渡到它们的正式定义和物理名称。与看上去随意地、直接地被正式定义的概念相比，这种采用富于启发性方法引入的概念，更容易被学生记忆和掌握。
例如：在第8章中，通过对转动动能的讨论自然地引出了转动惯量的概念。学生可以理解旋转的刚体具有转动动能，因为其上的粒子在运动。我们讨论为什么将刚体的动能用一个对于所有粒子均相同的量（角速率）来表达更有用，而不通过对速率这个对各粒子不同的量来求和。一旦学生明白了为什么要这样定义转动惯量，他们就为进入更困难的力矩和角动量部分的学习作了更好的准备。
我们回避毫无目的地给出概念和公式。如果教材中没有对某个公式进行推导，我们至少会给出它的出处或对其合理性进行论证。例如：9.9节中引入泊肃叶定律时，通过两根连在一起的相同管予，证明体积流量与单位长度的压强差成正比。然后再讨论为什么AV/At与半径的4次方成正比（而不是像理想流体那样与半径的平方成正比）。
同样，我们发现如果不说明目的而直接定义位移和速度矢量的话，那么这些定义对于学生来说似乎太随意，也不直观。因此，我们在讨论运动学量前就先引入了牛顿定律，使学生明确力决定物体运动状态如何变化。这样，当我们定义了运动学量，给出了加速度的准确定义之后，便可定量地应用牛顿第二定律去发现力如何影响物体的运动。在介绍像速度、功这样具备通用名称的物理概念时，我们特别注意为概念的讲解进行铺垫。
创新的内容组织作为概念优先教学法的一部分，本套教材在内容组织方面与其他的一些教科书有所不同。最有意义的内容重组是对力与运动部分内容的处理。在本教材中，第2～4章的主题是力与牛顿运动定律。运动学被作为研究力是怎样影响运动的工具在第3、4章引入。
第2章为引入力和牛顿定律后面的内容搭建了概念框架。牛顿第三定律所暗含的成对相互作用力的概念，从一开始就被建立起来（参见2.1节）。力被直观地用作矢量的典型--当两个力同时作用时，它们的作用效果与两者的方向以及大小都相关。较早地引入力这个概念使学生有更充裕的时间来发展一些关键的技能，用于进行受力分析、作受力分析图，用矢量加法求合力（可暂时只用于求解平衡问题）。这些内容不涉及变化率的概念，也不用求解二次方程。
采用这种方法的一个优点是，第2章中的公式较少，所以能够更多地教授物理概念和必须的数学技巧。