六大思想构建物理学
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作者(美)托马斯 A.摩尔(Thomas A.Moore) 著
出版社机械工业出版社
ISBN9787111526322
出版时间2016-03
装帧精装
开本其他
定价138元
货号1201279937
上书时间2024-05-29
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作者简介
托马斯 A.摩尔，1976年毕业于卡尔顿学院。由于成绩优异而获得了当年的丹佛斯奖学金，并在这笔奖学金的资助下，开始了在耶鲁大学的研究生学习，于1981年获得博士学位。毕业后，摩尔先后在卡尔顿学院和路德学院从事教学工作，并于1987年加入波莫纳学院。1991年，摩尔获得了波莫纳学院的威戈优异教学奖。1987年到1995年间，摩尔是美国大学基础物理课程项目(IuPP)指导委员会成员。本书的编纂即来源于他于1989年为该委员会所开设的一个示范课程。该委员会从所有成果中选择了四个项目来进一步发展和实验，摩尔的这个示范课程就是其中之一。
摩尔发表了很多有关引力波的天体物理源、引力波的探测、物理教学新方法等方面的论文，以及一本有关狭义相对论的书——《时空旅行指南》(麦格劳-希尔出版公司出版，1995年)。他还担任了《美国物理学杂志》的审稿人和副主编。他目前和他的妻子、两个上大学的女儿一起居住在加利福尼亚州的莱蒙特镇。除教学之外，摩尔还从事相对论天体物理方面的研究和写作。他很喜欢阅读、徒步旅行、斯库巴潜水、在成.人教会学校讲授希伯来圣经、跳舞和演奏传统的爱尔兰小提琴音乐等。
目录
前言
《六大思想构建物理学》要目
作者简介
R单元
E单元
R单元物理学规律是协变（不依赖参考系）的
关于R单元的几点说明（中文）
学生学习指导（英文）
第R1章
相对论原理10
本章概览10
R1.1原理介绍12
R1.2事件和时空坐标14
R1.3参考系15
R1.4惯性参考系18
R1.5最终的相对性原理20
R1.6牛顿相对论21
两分钟测试24
习题25
习题答案27
第R2章
同步时钟28
本章概览28
R2.1电磁波的问题30
R2.2相对论的时钟同步33
R2.3SR单位35
R2.4时空图37
R2.5时空图电影40
R2.6雷达方法40
两分钟测试43
习题43
习题答案47
第R3章
时间的本质48
本章概览48
R3.1三类时间50
R3.2坐标时间是依赖参考系的50
R3.3雷达方法给出同样的结果52
R3.4几何类比54
R3.5固有时和时空间隔56
两分钟测试60
习题60
习题答案63
第R4章
矩阵方程64
本章概览64
R4.1矩阵方程介绍66
R4.2导出矩阵方程67
R4.3关于垂直位移69
R4.4支持矩阵方程的证据71
R4.5时空不是欧几里得的72
R4.6有关几何类比的更多讨论74
R4.7一些例子76
两分钟测试78
习题79
习题答案81
第R5章
固有时间82
本章概览82
R5.1弯曲的足迹84
R5.2时空中弯曲的世界线85
R5.3二项式近似89
R5.4时空间隔是最长的可能固有时91
R5.5实验证据93
R5.6双生子佯谬95
两分钟测试98
习题99
习题答案102
第R6章
坐标变换104
本章概览104
R6.1两观测者图概述106
R6.2约定107
R6.3画图的轴108
R6.4画图的轴110
R6.5阅读两观测者图112
R6.6洛伦兹变换114
两分钟测试118
习题119
习题答案122
第R7章
洛伦兹收缩124
本章概览124
R7.1运动物体的长度126
R7.2一根直杆的两观测者图126
R7.3是什么引起的收缩129
R7.4收缩对参考系是对称的130
R7.5谷仓和杆的佯谬131
R7.6定义长度的其他方法135
两分钟测试136
习题137
习题答案140
第R8章
宇宙速度极限142
本章概览142
R8.1因果关系和相对性144
R8.2类时、类光和类空间隔147
R8.3时空的因果结构151
R8.4爱因斯坦速度变换152
两分钟测试155
习题156
习题答案160
第R9章
四—动量162
本章概览162
R9.1行动计划164
R9.2牛顿动量守恒不是独立于参考系的165
R9.3四—动量矢量166
R9.4四—动量的性质169
R9.5四—动量和相对性171
R9.6四—动量的时间和空间分量173
两分钟测试176
习题176
习题答案179
第R10章
四—动量的守恒180
本章概览180
R10.1能量—动量图182
R10.2四—动量守恒问题的求解184
R10.3粒子体系的质量188
R10.4光的四—动量190
R10.5对粒子物理的应用193
R10.6结束语195
两分钟测试195
习题196
习题答案198
附录RA
换算为SI单位的方程201
RA.1为什么使用SR单位201
RA.2基本量的换算201
RA.3SR单位方程换算为SI单位方程202
RA.4基于能量的SR单位203
RA.5实际练习204
练习答案204
附录RB
相对论的多普勒效应205
RB.1多普勒效应介绍205
RB.2多普勒频移公式的推导205
RB.3天文学中的应用207
RB.4非相对论极限208
RB.5多普勒雷达209
习题210
习题答案210
专业术语211
符号及其含义216
E单元电场和磁场是统一的
关于E单元的几点说明（中文）
学生学习指导（英文）
第E1章
静电学226
本章概览226
E1.1单位介绍228
E1.2电荷的本质是什么229
E1.3物体如何带电231
E1.4电荷守恒233
E1.5库仑定律234
E1.6导体和绝缘体237
E1.7静电极化239
两分钟测试242
习题242
习题答案244
第E2章
电场246
本章概览246
E2.1场的概念248
E2.2的数学定义249
E2.3点电荷的场251
E2.4叠加原理253
E2.5偶极子的场255
E2.6分布电荷的处理方法257
两分钟测试260
习题261
习题答案265
第E3章
电势266
本章概览266
E3.1电势268
E3.2由计算271
E3.3由计算273
E3.4有关电荷分布的定理277
E3.5电场的能量279
两分钟测试281
习题282
习题答案286
第E4章
导体288
本章概览288
E4.1电流介绍290
E4.2一个微观模型291
E4.3电流密度295
E4.4导体上的静电荷298
E4.5电容301
两分钟测试303
习题303
习题答案307
第E5章
驱动电流308
本章概览308
E5.1电池的力学模型310
E5.2表面电荷引导着电流311
E5.3电池的Emf314
E5.4电阻317
E5.5导体消耗的功率319
E5.6电容器的放电321
两分钟测试323
习题325
习题答案329
第E6章
电路分析330
本章概览330
E6.1两导线的串联332
E6.2串联的电路元件334
E6.3电路图336
E6.4并联的电路元件338
E6.5复杂电路分析340
E6.6真实电池343
E6.7有关用电安全343
两分钟测试344
习题345
习题答案349
第E7章
磁场350
本章概览350
E7.1磁现象352
E7.2磁场的定义352
E7.3作用在运动电荷上的磁力354
E7.4均匀磁场中的自由电荷359
E7.5作用在导线上的磁力362
两分钟测试367
习题368
习题答案373
第E8章
电流和磁体374
本章概览374
E8.1运动导体产生的电流376
E8.2运动电荷的磁场378
E8.3一段导线的磁场382
E8.4长直导线的磁场383
E8.5环形回路的磁场385
E8.6所有磁体都涉及环流电荷387
两分钟测试389
习题390
习题答案394
第E9章
对称性和通量396
本章概览396
E9.1对称性论证398
E9.2对称物体的电场398
E9.3磁场的镜像规则402
E9.4对称电流分布的磁场403
E9.5通过一个表面的通量407
两分钟测试410
习题412
习题答案414
第E10章
高斯定律416
本章概览416
E10.1高斯定律418
E10.2利用高斯定律计算电场419
E10.3球对称电荷分布的场421
E10.4无限长柱对称分布的场423
E10.5无限大平板的场425
E10.6磁场的高斯定律428
两分钟测试430
习题432
习题答案436
第E11章
安培定律438
本章概览438
E11.1安培定律440
E11.2安培定律的应用442
E11.3轴对称电流分布的磁场443
E11.4无限大平板的磁场445
E11.5无限长螺线管的磁场447
E11.6电场的安培定律450
两分钟测试452
习题454
习题答案458
第E12章
电磁场460
本章概览460
E12.1为什么和必定相关462
E12.2场如何变换466
E12.3在磁场中运动的杆472
E12.4速度选择器中的运动473
两分钟测试474
习题475
习题答案479
第E13章
麦克斯韦方程组480
本章概览480
E13.1动力学场介绍482
E13.2安培定律的修正482
E13.3法拉第定律486
E13.4高斯定律无需修正491
E13.5麦克斯韦方程组492
E13.6局域场方程（选讲）494
两分钟测试496
习题498
习题答案502
第E14章
电磁感应504
本章概览504
E14.1磁通量和感应的EMF506
E14.2楞次定律508
E14.3自感509
E14.4感应器的“放电”511
E14.5磁场的能量513
E14.6变压器515
两分钟测试518
习题519
习题答案522
第E15章
波的介绍524
本章概览524
E15.1波是什么？526
E15.2正弦波528
E15.3波的相速度531
E15.4波动方程533
两分钟测试539
习题540
习题答案543
第E16章
电磁波544
本章概览544
E16.1电磁波546
E16.2电磁波的性质548
E16.3电磁波中的能量552
E16.4电荷辐射的功率553
E16.5天空为什么是蓝的555
E16.6麦克斯韦彩虹556
两分钟测试559
习题559
习题答案562
专业术语565
元素周期表574
符号及其含义577
内容摘要
本书是对大学物理是课程重新设置的一个尝试，它突破了基础物理课程以“编年史”介绍的教学模式，采用了一个全新的教学理念来讲授物理学，即按照物理学发展过程中不可替代的六个重大物理思想来介绍物理学，突出了物理学的骨架，这种做法适应目前物理学科的发展，可以解决由于物理学学科的发展引起的知识量剧增和物理教育在选择教学内容时无从下手的困难。毫无疑问，这种突出物理学理论“骨架”的物理教学方法，无疑是以后物理课程教学改革的一个方向，用这种方法来处理物理学的教学内容，可以服学生对入学后感到自己所学习的物理学都是过去二三百年的物理知识，没有新鲜感的问题。如本书介绍了各种各样的能量和守恒定律，虽然讲的都是牛顿力学为主的内容，但给人一种耳目一新的感觉，让人感到牛顿力学不单单是处理简单的运动问题，学生的视野一下子扩展到了多个领域，把传统的热学、化学等方面的问题拿到一块讲，做到了很好的融合。
精彩内容
前 言 引言本书为《六大思想构建物理学》三卷本中的第2卷，是全套教材六个单元中的前两个单元，其内容是对两到三个学期的基于微积分的基础物理学课程的一种全新探讨。
《六大思想构建物理学》（以下简称本套教材）是配合大学基础物理课程项目（IUPP）对课程体系改革的成果，它随后又推动了大学基础物理课程项目的发展。本套教材目前的版本代表了全美国一些高等学校十几年来在物理课程教学领域的发展、测试和评价的最新进展。
本套教材内容设计基于这样一个前提：对课程内容和课堂教学活动加以创新，以使学生更加有效地学习。基于这样的认识，教材的每一个教学内容都经过了本人从头到尾的重新思考，并尽可能地利用物理教育研究取得的成果。之所以这样做，只是基于“这样做对”的简单想法。意识到物理教学研究所不断强调的主动学习的重要性，本套教材还提供了相应的材料，以创造更多的机会来支持学生课堂内外的主动学习。本套教材特别强调建立和评判物理模型的过程以及在实际场景中的应用，并强调完全用现代物理的观点来审视经典物理的每一个问题。
我没想通过“降低课程难度”来使本套教材更容易被学生接受。实际上，我的目标是帮助学生使他们变得更加聪明。教材中特意设置了高于通常水平的物理思考题，接着，通过使用一些课堂创新的教学方法和课堂结构设置来帮助甚至是平均水平的学生达到这一标准。我不认为本套教材所要求的数学水平高于普通的大学物理教材，但我确实要求学生能够摆脱死记硬背的学习模式，取而代之的是建立灵活的、较强的逻辑推理能力和创建模型的技巧。以大多数使用过本套教材的教师的经验来看，绝大多数学生经过一些有效的帮助和学习后，都可以达到这个目标。
《六大思想构建物理学》六个单元的内容C单元（守恒定律）： 守恒定律约束了相互作用N单元（牛顿力学）： 物理学规律是普适的R单元（相对论）： 物理学规律是协变的（不依赖参考系）E单元（电学和磁学）： 电场和磁场是统一的Q单元（量子物理）： 粒子行为是类似波的T单元（热学）： 一些过程是不可逆的这些内容我推荐按照教学顺序来排列，当然，其他的排序方式也是可以的。在波莫纳学院，作为一门为期一年的课程，我们学期讲授前三个单元，第二学期讲授后三个单元。当然，如果想放慢节奏，那么安排三个学期会更容易完成这六个单元的教学内容。若想以最快的进度教学，本套教材中的每一章都能在50min的一节课中完成。因此，一个合理的教学计划平均说来是在50min的课时内不能安排超过一章的内容。
有关本套教材教学目标更多的信息，比如组织结构（以及隐藏在结构后面的理由）、成功的范例，如何减少或者重排教学材料的建议，以及对教师和学生提供的一些其他资源等，请访问本套教材的网站（网址见下文）。
重要资源我已经在每个单元的章前面的“学生学习指导”（Introduction for Students）中总结和介绍了如何阅读和使用本套教材的重要信息。请仔细地阅读这一部分，特别是在你还没看到本套教材的其他单元时。
本套教材的网站包含了很多我认为教师和学生都会觉得非常有用的最新信息。网址为：
www.physics.pomona.edu/sixideas/网站上最重要的资源之一是一些计算机程序，用来阐述重要的概念和帮助进行复杂运算。以往的经验指出，当利用这些程序时，无论是课堂学习还是完成家庭作业，学生都能够做到更加有效地学习。所有这些程序软件都是免费的，兼容Mac和Windows系统。
托马斯 A. 摩尔加利福尼亚，克莱蒙特
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