物理學原理‧下卷(翻譯版‧原書第10版)（簡體書）

前言



我為什麼要寫這本書
面對巨大的挑戰很有樂趣。這是我對學物理的看法。這想法來自那一天，我曾教的一位名叫莎倫的學生（現已畢業）突然問我：“在我的生活中，這些東西有什麼用呢？”當然我立即回答說：“莎倫，在你的生活中每件事都和這有關——這就是物理學。”
她要我舉一個例子，我想來想去就是想不出一個合適的。那個晚上我就開始寫《物理學的飛行馬戲團》（John Wiley & Sons公司，1975）。這本書是為莎倫而寫，也是為我自己而寫，因為我知道她的疑問也是我的疑問。我花了六年時間認真鉆研了幾十本物理學教科書，這些書都是根據最好的教學計劃認真地編寫出來的，但都缺少了某些東西。物理學是最有趣的學科之一，因為它是關於自然界是怎樣運行的，但這些教科書完全沒有談到和真實自然界的任何關係，有趣的東西也都一點沒有了。
我已經在《物理學原理》這本書中采納了從新版的《物理學的飛行馬戲團》中挑選出來的許多真實世界物理學的例子。許多材料來自我教的物理學導論課程。在這些課上，我可以從學生的面部表情和直率的評論判斷哪些材料和展示有好的效果，而哪些卻沒有。我的成功和失敗記錄是形成這本書的基礎。這裡我要傳達的信息和多年前遇到莎倫以來我給我遇到過的每一位學生傳達的都同樣是：“你們從基本的物理概念終究可以推導出有關真實世界的合理的結論，這種對真實世界的認識就是樂趣之所在。”
我寫這本書有好幾個目標，但首要的目標是給教師提供一些工具，他們據此可以教學生如何有效地閱讀科學資料，懂得基本概念，思考科學問題，並且能夠定量地解題。無論對學生還是教師來說，這個過程並不容易。確實，使用這本書的課程或許是學生學過的所有課程中最具挑戰性的一門課。然而，它也可能是最值得做的一件事，因為它揭示了所有科學和工程應用賴以實現的自然界的基本機理。
本書第9版的許多使用者（包括教師和學生）給我提出了改進本書的批評意見和建議。這些改進都體現在全書的敘述和習題中。出版商John Wiley & Sons公司和我把這本書看作不斷發展的項目並鼓勵使用者提出更多的意見。你們可以把建議、修改意見以及正面或負面的意見送交John Wiley & Sons或吉爾沃克（通信地址：克利夫蘭州立大學物理系，Cleveland,OH 44115 USA）；或博客地址：wwwflying circus of physicscom）。我們可能無法對所有的建議都做出響應，但我們會盡量保留並研究每一條建議。
哪些是新的東西？
單元和學習目標“我要從這一節學習到什麼？”幾十年來最好的學生和最差的學生都問過我這個問題。問題在於，即使是一個善於思考的學生在閱讀一個小節時，對是否抓住了要點也可能會感到沒有信心。回想起我在用第1版哈裡德和瑞斯尼克合著的《物理學》教第一學年的物理學課程時也有同樣的感受。
在這一版中為使這個問題緩解一些，我在原來題目的基礎上把各章重組成概念的單元，並將各單元的學習目標列出作為每個單元的開始。這些列出的項目是對閱讀這一單元應當學到的要點和技巧的簡明表述。緊接著每一組列項是對應當學到的關鍵概念的簡明小結。例如，看一看第16章第一單元，學生在這一單元中要面臨一大堆的概念和名詞。我現在提供了明晰的檢索清單，學生可以靠自己的能力把這些概念收集和分類，它的作用就好像飛行員起飛前在跑道上滑行時要通盤核對一遍程序表格一樣。
課外作業習題和學習目標之間的關係在WileyPLUS中，每一章後面的每一個問題和習題都聯系著學習目標，要回答（通常不用說出來）這樣的問題：“我為什麼要做這個習題？我應該從它學到什麼？”通過明確一個習題的目的，我相信學生會用不同的語言但卻相同的關鍵概念把學習目標更好地轉移到其他的習題上。這種轉移有助於克服常常遇到的困難，就是學生學會了解某一特殊的習題，但卻不會把它的關鍵概念用於另一種條件下的問題。



重寫某幾章我的學生對關鍵的幾章和另外幾章中的一些方面不斷地提出建議，所以在這一版中我重寫了許多內容。例如，我重新構思了關於高斯定律和電勢這兩章，因為原先的這兩章被證明對我的學生來說太困難了。現在的表述更加流暢，並且關鍵的要點表述更加直截了當。在有關量子物理的幾章裡，我擴展了薛定諤方程的範圍，包括物質波在階躍勢上的反射。遵照一些教師的要求，我將玻爾原子的討論和氫原子的薛定諤解分開，這樣就可以繞過對玻爾工作的歷史說明。還有，現在有了關於普朗克的黑體輻射的單元。
新的例題16個新的例題已經被增加到各章中，這是為了突出我的學生們感到困難的一些領域。
可視圖解在WileyPLUS中可以得到這本教材的電子版，這是羅格斯大學（Rutgers University）的戴維梅洛（David Maiullo）制作的教材中大約30幅照片和插圖的視頻。物理學中大部分是研究運動的事物，視頻常常可以比靜態的照片和圖片提供更佳的描述。
在線輔助WileyPLUS不僅僅是在線評分的程序，實際上它還是生動的學習中心，配有許多不同的學習輔助材料，包括實時的解題指導、鼓勵學生的嵌入式閱讀測驗、動畫、幾百道例題、大量的模擬和演示以及1500個以上的視頻，內容從數學復習到與例題有關的微型課程。......

目錄CONTENTS

目錄



譯者序
前言
致謝
全套書簡明目錄

第21章庫侖定律
211庫侖定律
212電荷是量子化的
213電荷是守恒的
復習和總結
習題

第22章電場
221電場
222帶電粒子產生的電場
223偶極子產生的電場
224帶電線產生的電場
225帶電圓盤產生的電場
226電場中的點電荷
227電場中的偶極子
復習和總結
習題

第23章高斯定律
231電通量
232高斯定律
233帶電絕緣導體
234高斯定律的應用：柱面對稱
235高斯定律的應用：平面對稱
236高斯定律的應用：球對稱
復習和總結
習題

第24章電勢
241電勢
242等勢面和電場
243帶電粒子產生的電勢
244電偶極子產生的電勢
245連續電荷分布產生的電勢
246由電勢計算電場
247帶電粒子系統的電勢能
248帶電絕緣導體的電勢
復習和總結
習題

第25章電容
251電容
252計算電容
253並聯和串聯的電容器
254儲存在電場中的能量
255有介電質的電容器
256介電質和高斯定律
復習和總結
習題

第26章電流和電阻
261電流
262電流密度
263電阻和電阻率
264歐姆定律
265功率，半導體，超導體
復習和總結
習題

第27章電路
271單回路電路
272多回路電路
273安培計和伏特計
274RC電路
復習和總結
習題

第28章磁場
281磁場和B→的定義
282正交場：電子的發現
283正交場：霍爾效應
284做圓周運動的帶電粒子
285回旋加速器和同步加速器
286作用於載流導在線的磁場力
287作用於電流環路上的轉距
288磁偶極矩
復習和總結
習題

第29章電流引起的磁場
291電流的磁場
292兩平行電流之間的力
293安培定律
294螺線管和螺繞環
295載流線圈作為磁偶極子
復習和總結
習題

第30章電磁感應和電感
301法拉第定律和楞次定律
302電磁感應和能量轉換
303感生電場
304電感器和電感
305自感
306RL電路
307磁場中儲存的能量
308磁場的能量密度
309互感
復習和總結
習題

第31章電磁振蕩與交流電
311LC振蕩
312RLC電路中的阻尼振蕩
313三種簡單電路的受迫振蕩
314串聯RLC電路
315交流電路中的功率
316變壓器
復習和總結
習題

第32章麥克斯韋方程組物質的磁性
321磁場的高斯定律
322感生磁場
323位移電流
324磁體
325磁性和電子
326抗磁性
327順磁性
328鐵磁性
復習和總結
習題

第33章電磁波
331電磁波
332能量輸運和坡印亭矢量
333輻射壓
334偏振
335反射和折射
336全內反射
337反射引起的偏振
復習和總結
習題

第34章成像
341像和平面鏡
342球面鏡
343球形折射面
344薄透鏡
345光學儀器
346三個公式的證明
復習和總結
習題

第35章光的幹涉
351光是波動
352楊氏幹涉實驗
353雙縫幹涉的光強
354薄膜幹涉
355邁克耳孫幹涉儀
復習和總結
習題

第36章光的衍射
361單縫衍射
362單縫衍射的光強
363圓孔衍射
364雙縫衍射
365衍射光柵
366光柵：色散和分辨本領
367X射線衍射
復習和總結
習題

第37章相對論
371同時性和時間延緩
372長度的相對性
373洛倫茲變換
374速度的相對性
375光的多普勒效應
376動量和能量
復習和總結
習題

第38章光子和物質波
381光子和光的量子
382光電效應
383光子動量康普頓散射光的
幹涉
384量子物理學的誕生
385電子和物質波
386薛定諤方程
387海森伯不確定原理
388從勢臺階上的反射
389勢壘的隧穿
復習和總結
習題

第39章對物質波的進一步討論
391陷俘電子的能量
392陷俘電子的波函數
393有限勢阱中的電子
394二維和三維的電子陷阱
395氫原子
復習和總結
習題

第40章都與原子有關
401原子的性質
402施特恩格拉赫實驗
403磁共振
404不相容原理和陷阱中的多個電子
405建立周期表
406X射線與元素的排序
407激光
復習和總結
習題

第41章固體中電的傳導
411金屬的電性質
412半導體和摻雜
413pn結和晶體管
復習和總結
習題

第42章核物理學
421發現原子核
422原子核的一些性質
423放射性衰變
424α衰變
425β衰變
426放射性鑒年法
427測定輻射劑量
428原子核模型
復習和總結
習題

第43章原子核產生的能量
431核裂變
432核反應堆
433自然界中的核反應堆
434熱核聚變：基本過程
435太陽和其他恒星中的熱核聚變
436受控熱核聚變
復習和總結
習題

第44章夸克、輕子和大爆炸
441基本粒子的一般性質
442輕子、強子和奇異性
443夸克和信使粒子
444宇宙學
復習和總結
習題
目錄ⅩⅤⅠⅠ
附錄
附錄A國際單位制（SI）
附錄B一些物理學基本常量
附錄C一些天文數據
附錄D換算因子
附錄E數學公式
附錄F元素的性質
附錄G元素周期表

檢查點和奇數題號習題的答案