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力学(“十二五”国家重点图书出版规划项目,中国科学技术大学精品教材)

力学 精品教材
力学(“十二五”国家重点图书出版规划项目,中国科学技术大学精品教材)
作者:

图书详细信息:
ISBN:978-7-312-03314-8
版本:1
装帧:平装
预计出版年月:201308
丛书名称:中国科学技术大学交叉学科基础物理教程

图书简介:

  本书作者在中国科学技术大学长期教授一年级“力学”基础课,具有丰富的教学经验。本书是在十余年讲义的基础上,根据交叉学科人才培养的实际需要,参考国内外多部优秀教材编写而成的。内容主要包括:“时间”和“空间”以及“测量”中的一些重要问题、牛顿经典力学、振动与波、以“质点”模型为基础构建的不同“体”模型。作为对经典力学的补充,还简单介绍了狭义相对论的时空观。为了使读者理解所谓的物理理论实际上是对真实世界的一种描述,每一章都试图从自然界的实际现象或需要解决的问题出发,引入物理学上对这些现象或问题的描述方式或办法,以及所建立起来的相应的理论体系。这实际上更接近物理学研究处理实际问题的方式。书后附有丰富的习题,供读者有针对性地选择练习,以加深对教学内容的理解与认识,掌握用所学理论、知识解决实际问题的方法。

  本书可供综合性大学和理工类院校作为普通物理力学教科书或主要参考书,也可供大专院校物理教师和物理教学研究工作者参考。

前言:

  普通物理中的“力学”,是大学生接触到的第一门大学物理课程。作为大学普通物理的“力学”与在中学已经非常熟悉的“力学”有什么不同?为什么不论什么专业(几乎所有的理工类专业,甚至部分文科专业)的大学生都要学习普通物理课程?为什么说普通物理是重要的基础课?不少刚进入大学的同学感到非常困惑,觉得不知道该怎样学习这门课程,如何才能学好它。力学课程中的不少概念与理论同学们在中学都学习过,有些还能非常熟练地运用;因此部分同学可能看轻力学,误认为没有什么新的内容,结果忽视了这门课程真正希望告诉同学们的东西,包括涉及的许多基本概念和理论,特别是建立这些概念、获得这些理论的方法。

  本教材希望能使读者对力学的基本概念有较为透彻的理解。为了达到这一目的,我们努力通过能引起读者阅读兴趣而且条理清楚、容易理解、可读性较强的方式来阐释力学。为什么要学习物理?为什么要学习“力学”?这是很多同学经常问的问题。回答当然是确定的,因为物理学、力学不论是对我们的日常生活还是对其他学科的科学研究、技术开发都非常有用,是我们试图理解我们周围这个世界的基础。所以,我们还希望能通过一些有趣的应用实例使学生了解力学在我们日常生活以及他们将来所从事专业中的实际应用,帮助他们形成用物理学的眼光认识世界的习惯,理解“模型”的重要意义以及物理学“理论”的确切含义,培养在日常生活和工作中灵活运用物理的能力。

  为了使读者理解所谓的物理理论实际上是对我们周围真实世界的一种描述,我们每一章都试图从自然界的实际现象或需要解决的问题出发,引入物理学上对这些现象或问题的描述方式或办法,以及所建立起来的相应的理论体系。这样可以使本书尽量有趣易懂,实际上也更接近物理学研究处理实际问题的方式,即从实际现象或问题出发,进行适当的简化与近似,找到合适的数学描述办法,灵活地运用强大的数学工具求解,再将数学解应用于实际问题。希望这一目标能够达到。
  
  “力学”中讲到的方法论不仅对将来准备从事科学研究、工程开发的同学十分重要,对其他同学培育科学素养也是非常有益的。当代自然科学的很多最新成果都是在传统物理理论与方法的基础上产生的。“力学”课程的教学内容应系统地介绍自然科学的产生、发展和沿承。从亚里士多德、阿基米德到达·芬奇、哥白尼、开普勒、伽利略,到牛顿,再到爱因斯坦等,每一次理论的飞跃都反映了人类认识水平的提高以及认识方式的进步。现在的自然科学发展很快,新理论、新技术层出不穷,要求人们必须养成终身学习的习惯,具备自我学习的能力,也就是必须掌握科学的世界观、认识论与方法论,而这些应该都可以通过“力学”课程的学习让学生仔细体会,认真领悟。

  本教材除绪论外共分10章。“绪论”简单介绍力学的基本内容、特点与学习中需要注意的问题。第1章主要介绍力学中涉及的最基本也是最重要的两个概念:“时间”和“空间”,以及“测量”中的一些重要问题。在此基础上,第2章讨论如何正确地描述物体运动的问题,第3章则讨论运动状态变化与物体之间相互作用的关系,第4章重点讨论一类特殊的相互作用——引力。复杂多变的自然界中还有一些物理量在一定条件下是不变的或守恒的,第5章围绕这些守恒量存在的条件及物理学上的意义进行讨论。作为质点力学的实际应用,第6章讨论常见的振动与波现象。以“质点”模型为基础,可以构建不同的“体”模型:刚体、弹性体、流体(液体和气体),第7章至第9章分别讨论这些“体”模型的构建与基本应用,而气体的“质点组”模型又为“热学”和“热力学”中的分子运动论作了一定的准备。作为对经典力学的补充,第10章简单介绍狭义相对论的时空观。附录则对力学课程中用到的部分数学工具进行简单介绍。

  当前,全社会都在强调创新意识与创新能力的培养。其实,创新也是要有基础的,创新离不开知识的积累;创新不能违背自然规律。这两点都可以通过物理课程的学习传递给大家。没有继承就不可能有发展,后人的进步都是站在前辈的肩膀上实现的。物理学本身就是探究、寻找自然界的客观规律,让人们明白违背自然规律就要受到大自然的惩罚。物理基础课的学习也可以培养学生的创新意识与创新能力。“力学”课程中涉及的大量概念与理论在科学发展史上都是创新,有些甚至是革命。爱因斯坦曾经说过:“物理学不应该教成一堆技术,而应教成思想概念的诗剧。应该强调思想概念的演变,强调我们企图了解物理世界的历史,以使学生具备洞察未来的能力。”所以,“力学”课程应该引起大家的重视。

  本教材是在使用了十余年的讲义基础上,根据交叉学科人才培养的实际需要编写的。本书的大纲和章节安排曾在中国科学技术大学力学课程组例会上征求过意见,还多次在编委会上汇报与讨论;主编侯建国院士审阅了书稿,提出了非常有价值的指导性意见;副主编程福臻教授与作者进行了多次讨论,逐字逐句对书稿进行了认真的修改;在国外获得博士学位并完成博士后工作刚刚回国的两位年轻副教授王毅和王景赟女士,在承担本课程助教工作的同时,审阅了全部书稿并为本书准备了习题;本书的初稿在2011年秋季学期以电子版的形式给大学一年级的学生试用,修改后在2012年秋季学期,又以纸质讲义的形式在2012级教改实验班和严济慈班中进行了试用,同学们提出了很好的修改建议;向守平教授和蒋一教授审阅了基本定稿后的书稿并提出了很有价值的修改意见;在正式出版前,编委会又邀请了清华大学的李师群教授和复旦大学的蒋最敏教授审阅全书,二位先生利用2013年寒假和春节的宝贵时间认真阅读了书稿,提出了珍贵的、非常有建设性的意见;中国科学技术大学出版社的同志们为本书的成稿与出版也做了大量的工作,特别是精心设计版式,为读者提供了记笔记的空间。我们对大家的大力支持与无私帮助表示感谢。由于多年来在课程讲授过程中通过各种渠道收集、引用的资料很多,有些来自同行、同事,甚至部分来源于网络,现在无法在引用处一一注明出处,书后所附的参考书目也不够完整,敬请读者谅解。在此特向所有我们参考过的书籍与论文的作者表示感谢,他们是本书每一字句的提供者和来源。

  多年前,中国科学技术大学地球和空间科学学院的胡银玉女士将作者厚厚几大本手写的备课笔记和教案录入计算机,这才有了本书电子版讲义的雏形;后来又在教务处张敏女士的帮助下逐年丰富和完善。这是本教材赖以成书的基础。借此机会特向她们二人致以深深的谢意!

  “力学”课程涉及的内容极其丰富,只是作者了解的范围有限,水平也不高,书中难免有不妥之处,内容取舍也是基于个人的主观判断,不一定科学合理。我们热诚希望读者朋友们批评指正,以便改进!

 

编者
2013年7月

目录:

总序
前言
给使用本教材的教师和同学的些许建议
绪论
第1章 时间、空间与测量
第2章 质点运动学
第3章 牛顿动力学
第4章 万有引力
第5章 守恒定律
第6章 振动和波
第7章 刚体
第8章 弹性力学初步
第9章 流体力学初步
第10章 狭义相对论基础
部分习题参考答案
参考书目
附录A 力学中的常用物理量
附录B 矢量概述
附录C 微积分简介
附录D 复变函数初步
附录E 建议学时和习题安排
常用概念中英文索引

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