前言 物理之所以能成为很多工程专业的必修基础科目，是因为很多技术都来源于物理的发现和进展。即使在技术高速发展的当代，物理的新发现或者新进展，都会给技术创新带来无限的动力，它可以说是技术革命的源动力。但是，实际上物理课程学习带给人的不只是实用意义。更为重要的是通过物理学习，学到科学精神，学到物理思想和方法，学到很多处理问题的智慧。通过物理学习，可以提高推理能力，学会理性思考，养成理性思维的习惯。学习物理，不只是学习哪个定律，或者哪个定理、哪个结论如何。更为重要的是，通过物理学习，学会如何思考，如何分析、解决问题。甚至可以学习如何建立理论框架，搭建学科体系。 张三慧先生编著的《大学物理学》包含力学、热学、电磁学、光学和量子物理五篇，作为教材被国内各大院校广泛采用，是学习大学物理课程的经典教材。这套教材的主题风格是其科学性和系统性，准确流畅地叙述物理内容，由表及里、由浅入深地分析物理问题，深刻地挖掘物理思想，宣扬物理精神，其中也不乏对民族文化的自信。本书在讲述物理过程时，追求逻辑的严密性，但也不乏灵活通俗的讲解。不仅适用于像清华大学学生这样普通物理基础比较扎实的群体，也适用于其他具有微积分基础的普通物理初学者。比如，运动学就是从最基本的参考系讲起，介绍位移、速度、加速度等基本概念。介绍力的时候，既有像摩擦力、弹性力等常见力，也介绍四种基本力。也有不少篇幅介绍引潮力，解释各种自然现象。所以，这是一套适用面比较宽阔的教材。 课后习题也是本教材的一个特色。习题丰富，不仅有为初学者练习编写的题目，也有些题目的难度对于有一定普通物理基础的学习者而言仍具有挑战性。通过习题可以加深理解，掌握方法。另外书中还附有很多思考题，需要认真思考和分析。同学们也可以用来互相讨论。 根据需要本教材隔一段时间会做一些修订，这次修订工作也同往常一样，得到了使用教材师生的大力支持，得到很多反馈意见。根据这些反馈意见，本次修订我们将延续本书的原有特点，继续贯彻原作者写书时的意图，基本保留原书的风貌，只是针对少数不合理的文字描述以及排版错误等进行修改。比较大的变动是把原来科学家的故事和今日物理趣闻的阅读材料全部删除，可通过二维码扫描进行扩展阅读。并且增加了很多知识点讲解的微视频。这次修订工作由清华大学物理系的三位教师合作完成。安宇负责力学和电磁学部分；阮东负责热学和光学部分；李岩松负责振动和波动、狭义相对论和量子物理部分。 我们希望能继续听到教师和学生关于本教材的修改建议和批评意见，通过以后的修订工作使教材不断完善。 安宇阮东李岩松2024年6月于清华园前言第5版前言这部《大学物理学》（第三版）含力学篇、热学篇，电磁学篇、光学篇和量子物理篇，共5篇。按照篇章的组织顺序，本套教材又分为两个版本，称为A版和B版。A版分为3册，第1册为《力学、热学》，第2册为《电磁学》（或《基于相对论的电磁学》，二选其一），第3册为《光学、量子物理》。B版分为2册，第1册为《力学、电磁学》，第2册为《热学、光学、量子物理》。读者可根据实际教学和学习的需要，选择使用A版或B版；其中A版中的第2册又分为两个版本——《电磁学》或《基于相对论的电磁学》，选用A版的读者可选择其中一个版本使用。本册为A版的第1册《力学、热学》。 本书内容完全涵盖了2006年我国教育部发布的“非物理类理工学科大学物理课程基本要求”。书中各篇对物理学的基本概念与规律进行了正确明晰的讲解。讲解基本上都是以最基本的规律和概念为基础，推演出相应的概念与规律。笔者认为，在教学上应用这种演绎逻辑更便于学生从整体上理解和掌握物理课程的内容。 力学篇是以牛顿定律为基础展开的。除了直接应用牛顿定律对问题进行动力学分析外，还引入了动量、角动量、能量等概念，并着重讲解相应的守恒定律及其应用。除惯性系外，还介绍了利用非惯性系解题的基本思路，刚体的转动、振动、波动这三章内容都是上述基本概念和定律对于特殊系统的应用。狭义相对论的讲解以两条基本假设为基础，从同时性的相对性这一“关键的和革命的”（杨振宁语）概念出发，逐渐展开得出各个重要结论。这种讲解可以比较自然地使学生从物理上而不只是从数学上弄懂狭义相对论的基本结论。 热学篇的讲述是以微观的分子运动的无规则性这一基本概念为基础的。除了阐明经典力学对分子运动的应用外，特别引入并加强了统计概念和统计规律，包括麦克斯韦速率分布律的讲解。对热力学第一定律也阐述了其微观意义。对热力学第二定律是从宏观热力学过程的方向性讲起，说明方向性的微观根源，并利用热力学概率定义了玻耳兹曼熵并说明了熵增加原理，然后再进一步导出克劳修斯熵及其计算方法。这种讲法最能揭露熵概念的微观本质，也便于理解熵概念的推广应用。 电磁学篇按照传统讲法，讲述电磁学的基本理论，包括静止和运动电荷的电场，运动电荷和电流的磁场，介质中的电场和磁场，电磁感应，电磁波等。基于相对论的电磁学篇中电磁学的讲法则是以爱因斯坦的《论动体的电动力学》为背景，完全展现了帕塞尔教授讲授电磁学的思路——从爱因斯坦到麦克斯韦，以场的概念和高斯定律为基础，根据狭义相对论演绎地引入磁场，并进而导出麦克斯韦方程组其他方程。这种讲法既能满足教学的基本要求，又充分显示了电磁场的统一性，从而使学生体会到自然规律的整体性以及物理理论的和谐优美。电磁学的讲述未止于麦克斯韦方程组，而是继续讲述了电磁波的发射机制及其传播特征等。 光学篇以电磁波和振动的叠加的概念为基础，讲述了光的干涉和衍射的规律。第24章光的偏振讲述了电磁波的横波特征。然后，根据光的波动性在特定条件下的近似特征——直线传播，讲述了几何光学的基本定律及反射镜和透镜的成像原理。 第三版前言第三版前言以上力学、热学、电磁学、光学各篇的内容基本上都是经典理论，但也在适当地方穿插了量子理论的概念和结论以便相互比较。 量子物理篇是从波粒二象性出发以定态薛定谔方程为基础讲解的。介绍了原子、分子和固体中电子的运动规律以及核物理的知识。关于教学要求中的扩展内容，如基本粒子和宇宙学的基本知识是在“今日物理趣闻A”和“今日物理趣闻C”栏目中作为现代物理学前沿知识介绍的。 本书除了5篇基本内容外，还开辟了“今日物理趣闻”栏目，介绍物理学的近代应用与前沿发展，而“科学家介绍”栏目用以提高学生素养，鼓励成才。 本书各章均配有思考题和习题，以帮助学生理解和掌握已学的物理概念和定律或扩充一些新的知识。这些题目有易有难，绝大多数是实际现象的分析和计算。题目的数量适当，不以多取胜。也希望学生做题时不要贪多，而要求精，要真正把做过的每一道题从概念原理上搞清楚，并且用尽可能简洁明确的语言、公式、图像表示出来，需知，对一个科技工作者来说，正确地书面表达自己的思维过程与成果也是一项重要的基本功。 本书在保留经典物理精髓的基础上，特别注意加强了现代物理前沿知识和思想的介绍。本书内容取材在注重科学性和系统性的同时，还注重密切联系实际，选用了大量现代科技与我国古代文明的资料，力求达到经典与现代，理论与实际的完美结合。 本书在量子物理篇中专门介绍了近代（主要是20世纪30年代）物理知识，并在其他各篇适当介绍了物理学的最新发展，同时为了在大学生中普及物理学前沿知识以扩大其物理学背景，在“今日物理趣闻”专栏中，分别介绍了“基本粒子”“混沌——决定论的混乱”“大爆炸和宇宙膨胀”“能源与环境”“等离子体”“超导电性”“激光应用二例”“新奇的纳米技术”等专题。这些都是现代物理学以及公众非常关心的题目。本书所介绍的趣闻有的已伸展到最近几年的发现，这些“趣闻”很受学生的欢迎，他们拿到新书后往往先阅读这些内容。 物理学很多理论都直接联系着当代科技乃至人们的日常生活。教材中列举大量实例，既能提高学生的学习兴趣，又有助于对物理概念和定律的深刻理解以及创造性思维的启迪。本书在例题、思考题和习题部分引用了大量的实例，特别是反映现代物理研究成果和应用的实例，如全球定位系统、光盘、宇宙探测、天体运行、雷达测速、立体电影等，同时还大量引用了我国从古到今技术上以及生活上的有关资料，例如古籍《宋纪要》关于“客星”出没的记载，北京天文台天线阵、长征火箭、神舟飞船、天坛祈年殿、黄果树瀑布、阿迪力走钢丝、本人抖空竹、1976年唐山地震、1988年特大洪灾等。这些例子体现了民族文化，可以增强学生对物理的“亲切感”，而且有助于学生的民族自豪感和责任心的提升。 物理教学除了“授业”外，还有“育人”的任务。为此本书介绍了十几位科学大师的事迹，简要说明了他们的思想境界、治学态度、开创精神和学术成就，以之作为学生为人处事的借鉴。在此我还要介绍一下我和帕塞尔教授的一段交往。帕塞尔教授是哈佛大学教授，1952年因对核磁共振研究的成果荣获诺贝尔物理学奖。我于1977年看到他编写的《电磁学》，深深地为他的新讲法所折服。用他的书讲述两遍后，于1987年冒然写信向他请教，没想到很快就收到他的回信（见附图）和赠送给我的教材（第二版）及习题解答。他这种热心帮助一个素不相识的外国教授的行为使我非常感动。 帕塞尔《电磁学》（第二版）封面 本书第一作者与帕塞尔教授合影（1993年） 帕塞尔回信复印件 他在信中写道“本书170—171页关于L. Page的注解改正了第一版的一个令人遗憾的疏忽。1963年我写该书时不知道Page那篇出色的文章，我并不认为我的讲法是原创的——远不是这样——但当时我没有时间查找早先的作者追溯该讲法的历史。现在既然你也喜欢这种讲法，我希望你和我一道在适当时机宣扬Page的1912年的文章。”一位物理学大师对自己的成就持如此虚心、谦逊、实事求是的态度使我震撼。另外他对自己书中的疏漏（实际上有些是印刷错误）认真修改，这种严肃认真的态度和科学精神也深深地教育了我。帕塞尔这封信所显示的作为一个科学家的优秀品德，对我以后的为人处事治学等方面都产生了很大影响，始终视之为楷模追随仿效，而且对我教的每一届学生都要展示帕塞尔的这一封信对他们进行教育，收到了很好的效果。 本书的撰写和修订得到了清华大学物理系老师的热情帮助（包括经验与批评），也采纳了其他兄弟院校的教师和同学的建议和意见。此外也从国内外的著名物理教材中吸取了很多新的知识、好的讲法和有价值的素材。这些教材主要有： 《新概念物理教程》（赵凯华等），Feyman Lectures on Physics，Berkeley Physics Course（Purcell E M, Reif F, et al.），The Manchester Physics Series（Mandl F, et al.），Physics（Chanian H C.），Fundamentals of Physics（Resnick R），Physics（Alonso M et al.）等。 对于所有给予本书帮助的老师和学生以及上述著名教材的作者，本人在此谨致以诚挚的谢意。清华大学出版社诸位编辑对第三版杂乱的原稿进行了认真的审阅和编辑，特在此一并致谢。 张三慧 2008年1月于清华园

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