【基礎物理Ⅰ力學、相對論和熱力學】

內容簡介

《耶魯大學開放課程（基礎物理2電磁學、光學和量子力學）/世界名校名家基礎教育系列》系《基礎物理》（涉及力學、相對論、振動與波動、流體、熱力學等）的姊妹篇，共24章，包括電磁學、光學和量子力學等內容。 在書中，R. 尚卡爾的物理學家和富於感染力的熱心教育家，簡明扼要地講述了物理學的基本概念。 這一工作為理工科專業的大學生，為積極學習物理先修課的高中生，為對科學進展感興趣的讀者提供了理想的入門教材。

作者簡介

R. Shankar，耶魯大學物理學“約翰·倫道夫·霍夫曼”教授，美國藝術與科學院院士，2009年美國物理學會利林菲爾德獎得主，除本書外另著有《Principles of Quantum Mechanics》及《Basic Training in Mathematics》。 Shankar教授主講的《基礎物理》因其幽默、詼諧的授課風格和清晰並富有邏輯的講解受到全世界數百萬師生的好評。

目錄

中文版序

譯者的話

前言

第1章靜電學Ⅰ1

1.1回顧F=ma1

1.2走進電學3

1.3庫侖定律6

1.4電荷的性質7

1.5庫侖定律的驗證9

1.6引力與電力之比11

1.7庫侖定律對連續帶電體的應用12

第2章電場14

2.1重要內容回顧14

2.2離題說說核力15

2.3電場E16

2.4場的圖示18

2.5偶極子的場24

2.6對場的響應27

第3章高斯定理Ⅰ30

3.1無限長帶電直線的場30

3.2無限大帶電平面的場34

3.3球形電荷分佈：高斯定理37

3.4關於面積元向量dA的插言38

3.5圖說高斯定理42

第4章高斯定理Ⅱ：應用47

4.1高斯定理的應用47

4.2球殼內部的場50

4.3無限長帶電直線的場，再解52

4.4無限大帶電平面的場，再解53

4.5導體54

第5章庫侖勢59

5.1保守力與勢能60

5.2靜電場是保守的嗎？ 64

5.3圖解場的線積分不依賴於路徑66

5.4偶極子的電場和電勢68

第6章導體與電容器71

6.1利用E計算V更簡單的例子72

6.2V的圖示73

6.3等勢75

6.4鏡像法76

6.5電容器82

6.6儲存於電容器中的能量84

6.7電荷系的能量84

第7章電路與電流87

7.1電場的能量87

7.2電路與電導率88

7.3電路92

7.4電池與電動勢E95

7.5有電源的RC回路98

7.6串聯和並聯電路101

第8章磁學Ⅰ104

8.1顯示磁現象的實驗104

8.2洛倫茲力舉例迴旋加速器107

8.3載流導線受到的磁力110

8.4磁矩113

8.5直流電機114

第9章磁學Ⅱ：畢奧薩伐爾定律116

9.1畢奧薩伐爾定律的應用：圓電流的磁場117

9.2條形磁鐵的微觀描述119

9.3無限長載流直導線的磁場121

9.4安培環路定理123

9.5麥克斯韋方程組（靜態）127

第10章安培環路定理Ⅱ、法拉第定律和楞次定律128

10.1無限長載流直導線的磁場，再解128

10.2通電螺線管的磁場131

10.3法拉第定律和楞次定律134

10.4法拉第定律的選學內容142

第11章法拉第定律進階147

11.1電子感應加速器147

11.2發電機150

11.3電感153

11.4互感154

11.5自感156

11.6磁場的能量158

第12章AC電路160

12.1回顧電感器160

12.2LC電路164

12.3LCR電路167

12.4歐姆定律的複數形式173

第13章LCR電路和位移電流176

13.1LCR結果的分析177

13.2複數的威力182

13.3位移電流185

第14章電磁波188

14.1波動方程190

14.2真空中特定條件下的麥克斯韋方程組193

14.3波196

14.4波動方程的正弦解198

14.5電磁波的能量202

14.6電磁波的起源203

14.7麥克斯韋方程組——一般情况（選學）204

14.8從微觀到宏觀（選學）209

第15章電磁學和相對論214

15.1從庫侖定律和相對論推出磁學214

15.2電動力學的相對論不變性217

15.3洛倫茲變換回顧218

15.4標量場和向量場221

15.5微分算符223

15.6洛倫茲標量和向量225

15.7四維電流密度J226

15.8四維勢A228

15.9四維向量A的波動方程231

15.10電磁張量F234

第16章光學Ⅰ：幾何光學回顧240

16.1幾何光學（光線光學）240

16.2c的簡史241

16.3幾何光學的若干亮點243

16.4從費馬原理推導反射定律244

16.5從費馬原理推導斯涅爾定律246

16.6從費馬原理推導曲面上的反射247

16.7橢圓面鏡和費馬原理249

16.8抛物面鏡251

第17章光學Ⅱ：更多的反射鏡和透鏡253

17.1抛物面鏡的球形近似253

17.2成像：幾何光學254

17.3由費馬原理成像256

17.4複雜情况259

17.5從費馬原理求解透鏡262

17.6最小作用量原理263

17.7眼睛265

第18章光的波動理論268

18.1波的干涉270

18.2應用實數進行波的疊加272

18.3應用複數進行波的疊加273

18.4干涉分析275

18.5衍射光栅279

18.6單縫繞射281

18.7理解反射和晶體繞射282

18.8光入射到油膜上283

第19章量子力學：主要實驗287

19.1光的雙縫實驗287

19.2麥克斯韋所遇到的問題288

19.3關於光子的題外話291

19.4物質波293

19.5光子與電子296

19.6海森伯不確定關係298

19.7讓問題變清晰302

19.8波函數 ψ 306

19.9波函數塌縮308

19.10總結308

第20章波函數及其詮釋311

20.1經典力學與量子力學中的概率313

20.2瞭解 ψ 317

20.3統計學概念：平均值和不確定性320

第21章量子化與量測323

21.1動量態324

21.2動量的單值性和量子化325

21.3量測假設：動量329

21.4通過計算求得A（p）337

21.5傅立葉定理341

21.6量測假設：一般情况345

21.7多個變數345

第22章能量定態347

22.1環上的自由粒子350

22.2勢箱問題355

22.3勢箱中的能量量測365

第23章散射和動力學367

23.1量子散射367

23.2隧穿效應372

23.3量子動力學373

23.4直積解的特性377

23.5時間演化的通解379

第24章總結與展望385

24.1假設：第一步385

24.2改進假設387

24.3假設：最終形式394

24.4多粒子情形：玻色子與費米子395

24.5能量時間的不確定關係402

24.6下一步？ 407

書摘插畫

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【基礎物理Ⅱ電磁學、光學和量子力學】

內容簡介

《基礎物理》共24章，包括力學、相對論、振動與波動、流體、熱力學等內容，其姊妹篇《基礎物理Ⅱ》（中譯本將於2018年出版）涉及電磁學、光學、量子力學等。 在書中，R. Shankar，的物理學家和富於感染力的熱心教育家，簡明扼要地講述了物理學的基本概念。 這一工作為理工科專業的大學生，為積極學習物理先修課的高中生，為對科學進展感興趣的讀者提供了理想的入門教材。 本書可作為高等學校理工科專業學生的教材或參考書，也適用於的高中生及自學人員。

作者簡介

R. Shankar，耶魯大學約翰·倫道夫·霍夫曼物理學教授，美國藝術與科學院院士，2009年美國物理學會利林菲爾德獎得主，除本書外另著有《Principles of Quantum Mechanics》及《Basic Training in Mathematics》。 Shankar教授主講的《基礎物理》因其幽默、詼諧的授課風格和清晰並富有邏輯的講解受到全世界數百萬師生的好評。

目錄

中文版序

譯者的話

前言

第1章力學的體系1

1. 1緒論以及有益的建議1

1. 2運動學與動力學2

1. 3平均量與暫態量3

1. 4勻加速運動5

1. 5例題7

1. 6運用微積分推導v2＝v20

＋2a（x－x0）9

第2章高維空間中的運動11

2. 1回顧11

2. 2二維空間中的向量11

2. 3組織向量14

2. 4坐標軸的選擇與基矢15

2. 5位置向量r的導數18

2. 6在圓周運動中的應用20

2. 7拋體運動22

第3章牛頓運動定律Ⅰ26

3. 1牛頓運動定律概述26

3. 2牛頓第二定律27

3. 3第二定律的兩個部分30

3. 4牛頓第三定律33

3. 5重量與失重35

第4章牛頓運動定律Ⅱ38

4. 1一道解過的例題38

4. 2故事絕未就此結束40

4. 3二維空間（d＝2）中的運動40

4. 4靜摩擦力與動摩擦力41

4. 5斜面42

4. 6連接體45

4. 7圓周運動轉圈47

第5章能量守恒定律51

5. 1能量概論51

5. 2動能定理與功率52

5. 3能量守恒定律：K2＋U2＝K1＋U154

5. 4摩擦與動能定理57

第6章二維空間（d＝2）的能量守恒59

6. 1微積分複習59

6. 2二維空間（d＝2）的功60

6. 3二維空間（d＝2）的功與點積62

6. 4保守力與非保守力65

6. 5保守力67

6. 6引力勢能的應用69

第7章開普勒問題72

7. 1開普勒定律72

7. 2萬有引力定律74

7. 3軌道77

7. 4遠離地球條件下能量守恒定律的應用80

7. 5U中的常數82

第8章多粒子體系動力學85

8. 1兩體問題85

8. 2質心86

8. 3動量守恆定律92

8. 4火箭學96

8. 5彈性碰撞和非彈性碰撞97

8. 6更高維度的散射100

第9章轉動動力學Ⅰ103

9. 1剛體簡介103

9. 2轉角弧度104

9. 3勻角加速轉動105

9. 4轉動慣量、動量和能量106

9. 5力矩與動能定理110

9. 6轉動慣量的計算111

第10章轉動動力學Ⅱ114

Ⅹ

10. 1平行軸定理114

10. 2由N個物體組成的一般系統的動能117

10. 3同時做平動和轉動118

10. 4能量守恒119

10. 5 τ＝ dL

dt的動力學應用120

10. 6複雜轉動121

10. 7角動量守恒122

10. 8花樣滑冰運動員的角動量123

第11章轉動動力學Ⅲ125

11. 1靜平衡125

11. 2蹺蹺板125

11. 3懸掛指示牌127

11. 4靠牆的梯子128

11. 5三維剛體動力學129

11. 6回轉儀135

第12章狹義相對論Ⅰ：洛倫茲變換138

12. 1伽利略和牛頓的相對性138

12. 2伽利略相對性原理的證明140

12. 3愛因斯坦登場143

12. 4假設144

12. 5洛倫茲變換145

第13章狹義相對論Ⅱ：一些推論149

13. 1洛倫茲變換總結149

13. 2速度變換定律151

13. 3同時的相對性153

13. 4時間膨脹154

13. 4. 1雙生子佯謬157

13. 4. 2長度收縮157

13. 5更多佯謬159

13. 5. 1太長了無法下落159

13. 5. 2飛行的 μ  介子162

第14章狹義相對論Ⅲ：過去、現在和未來163

14. 1相對論中的過去、現在和未來163

14. 2時空幾何166

14. 3迅度168

Ⅺ

14. 4四維向量171

14. 5原時171

第15章四維動量173

15. 1相對論散射178

15. 1. 1康普頓效應179

15. 1. 2對生180

15. 1. 3光子吸收181

第16章數學方法184

16. 1函數的泰勒級數184

16. 2關於泰勒級數的舉例說明188

16. 3一些常用函數的泰勒級數189

16. 4三角函數和指數函數191

16. 5複數的性質192

16. 6複數的極座標表示195

第17章簡諧運動197

17. 1更多振動的例子200

17. 2解的疊加202

17. 3簡諧振子解的條件205

17. 4用指數函數作為通解206

17. 5阻尼振動：分類207

17. 5. 1過阻尼振動207

17. 5. 2欠阻尼振動20