01 / 导读
导读
引用
Halliday, D., Resnick, R., & Walker, J. (2021). Fundamentals of Physics, Extended (12th ed.). John Wiley & Sons.
章节概要
扩展版共44章，约1,500页。它还分成两卷：第1–20章（力学、波与热力学）和第21–44章（电磁学、光学与近代物理）。每章分为带编号的模块（例如1.1 测量事物，包括长度），章末有“Review & Summary”（回顾与小结）、思考题和习题。
第1–3章：测量；沿直线的运动；矢量
全书从国际单位制、链式单位换算和有效数字开始，然后描述直线运动：位置、速度、加速度、匀加速运动、自由落体和图解积分。第3章介绍矢量、分量、单位矢量以及矢量的乘积。
第4章：二维和三维运动
多维情形下的位置、位移、速度和加速度，包括抛体运动、匀速圆周运动，以及一维和二维的相对运动。
第5–6章：力与运动（一）；力与运动（二）
牛顿三定律及其应用，随后是摩擦、阻力与终端速度，以及作为动力学问题的匀速圆周运动。
第7–8章：动能与功；势能与能量守恒
重力的功、弹簧力的功、一般变力的功以及功率。第8章展开势能、机械能守恒、势能曲线、外力对系统做的功以及能量守恒。
第9–11章：质心与线动量；转动；滚动、力矩与角动量
质点系、动量、冲量、一维和二维碰撞以及火箭。转动一章随后对角量、转动惯量和力矩重复同样的思路；第11章讨论滚动、悠悠球、角动量及其守恒，以及陀螺仪的进动。
第12–14章：平衡与弹性；引力；流体
静平衡与弹性；牛顿万有引力定律、地球表面附近和地球内部的引力、引力势能、开普勒定律、卫星，以及结尾一节“爱因斯坦与引力”；流体静力学与动力学（压强、帕斯卡原理和阿基米德原理、连续性方程、伯努利方程）。
第15–17章：振动；波（一）；波（二）
简谐运动、能量、单摆、阻尼和受迫振动；弦上的横波、波动方程、干涉、相量和驻波；声波、强度、拍、多普勒效应和冲击波。
第18–20章：温度、热与热力学第一定律；气体动理论；熵与热力学第二定律
温标、热膨胀、吸热、第一定律和传热机制；气体动理论，包括方均根速率、平均自由程、分子速率分布和绝热膨胀；以及熵，连同热机、制冷机和熵的统计观点。
第21–25章：库仑定律；电场；高斯定律；电势；电容
按惯常顺序讲授静电学：电荷、电场（包括偶极子）、通量与高斯定律、电势，以及电容器和电介质。
第26–27章：电流与电阻；电路
电流、电流密度、电阻和欧姆定律，随后是单回路和多回路电路、电流表和电压表以及RC电路。
第28–32章：磁场；电流产生的磁场；感应与电感；电磁振荡与交流电；麦克斯韦方程组；物质的磁性
磁力与霍尔效应、回旋加速器和载流线圈所受力矩；磁场的来源与安培定律；法拉第定律、楞次定律和电感；LC与RLC电路及变压器；以及麦克斯韦方程组、位移电流和物质的磁性行为。
第33–36章：电磁波；成像；干涉；衍射
电磁波、偏振、反射与折射；镜、透镜和光学仪器成像；干涉，包括杨氏实验、薄膜和迈克尔逊干涉仪；以及狭缝、圆孔和光栅的衍射，最后以X射线衍射结束。
第37章：相对论
同时性与时间膨胀、长度的相对性、洛伦兹变换、速度的相对性、光的多普勒效应，以及动量与能量。
第38–40章：光子与物质波；关于物质波的更多内容；关于原子的一切
光子与光电效应、物质波、薛定谔方程、不确定性原理和隧穿；被束缚的电子、波函数和氢原子；以及原子的性质、斯特恩–格拉赫实验、磁共振、元素周期表和激光。
第41–44章：固体中的导电；核物理；来自原子核的能量；夸克、轻子与大爆炸
金属和半导体的电学性质以及p–n结；核的性质、衰变方式、测年和辐射剂量；裂变、反应堆和聚变；以及粒子、夸克、信使粒子和宇宙学。
核心概念
第1–14章：力学
- 牛顿定律的应用：第5–6章把三条定律变成求解力学问题的方法。
- 能量与动量守恒：第8–9章的核心工具，在第10–11章中推广到转动。
- 力矩与角动量：力和线动量在转动中的对应量。
- 开普勒定律与引力势能：第13章的轨道结论。
第15–20章：波与热力学
- 简谐运动与共振：基本的振子模型及其受迫响应。
- 干涉与驻波：叠加原理在弦和声音上的应用。
- 第一与第二定律：热的能量守恒，以及作为不可逆程度度量的熵。
第21–32章：电磁学
- 高斯定律：把穿过闭合曲面的通量与曲面内的电荷联系起来。
- 法拉第定律：变化的磁通量感应出电动势。
- 位移电流与麦克斯韦方程组：使场的方程完备的补充。
第33–44章：光学与近代物理
- 干涉与衍射：光具有波动性的波动光学证据。
- 洛伦兹变换：狭义相对论中不同观察者坐标之间的关系。
- 物质波与薛定谔方程：原子、隧穿和固体行为的基础。
- 放射性衰变与裂变：第42–43章的核过程。
评析
优点
- 清晰的模块化结构。 每章分成若干模块，每个模块以学习目标和要点开头；出版社还列出每个模块的“检查点”、例题，以及每章末尾的回顾与小结。读者可以逐个模块学习，并随时检查进度。
- 一部书覆盖面广。 扩展版从测量讲到宇宙学，因此无需第二本教材就能支撑完整的两到三个学期的微积分基础课程。
- 丰富的习题。 Wiley称第12版新增近300道章末习题，以及若干基于真实情境的研究性习题，例如船只在航道中吃水变深，或打者瞬间失去视觉。
- 内容较新。 出版社列出了关于首张黑洞图像和引力波探测的新讨论、医学成像与放射治疗的例子，以及关于自动驾驶汽车的例题。
局限
- 篇幅。 约1,500页，远超大多数课程所能涵盖的内容。教师需要选章，学生则可能难以分辨哪些部分是必学的。
- 需要微积分。 图解积分早在第2章就出现，一般变力的功在第7章，所以学生需要在课程中同时熟悉微积分。
- 互动练习另行提供。 Wiley所介绍的练习、模拟和视频属于WileyPLUS，与纸质教材分开销售。
- 近代物理较快。 近代物理的章节（37–44）用八章讲完相对论、量子物理、原子核和粒子，是概览而非完整的课程。
在课程中的定位
在本书单的入门物理书籍中，Fundamentals of Physics是几部完整的、基于微积分的两到三学期教材之一，面向理工科学生；Physics for Scientists and Engineers、Principles of Physics和University Physics属于同一类，选择哪一本主要取决于对讲解风格、习题集和教师课程安排的偏好。它的模块结构和大量习题，适合想用一本书作为整个课程序列参考的学生。若想先轻松地过一遍，Hewitt的Conceptual Physics几乎不用数学就讲清观念，OpenStax的College Physics则是免费的代数基础课程。
想在某一领域更深入的读者，Kleppner与Kolenkow的An Introduction to Mechanics是要求较高的、基于微积分的力学教材，200 Puzzling Physics Problems是附提示和解答的习题集，The Feynman Lectures on Physics则以概念为主线，对许多相同主题提供另一种讲法。
如何使用本书
本书适合修读基于微积分的普通物理课程的学生，尤其是理工科学生。书中假定读者具备代数、三角学和微积分入门知识。
一个可行的阅读方案：
- **第一学期的核心：**按课程进度依次学习第1–20章。力学（1–11）是后面一切的基础，不要跳过第5–9章。
- **第二学期：**第21–36章。静电学（21–25）先于电路与磁学（26–32），然后是光学（33–36）。
- **第三学期或自学：**第37–44章，涉及相对论、量子物理、原子、固体、原子核和粒子。
- **初读时可以跳过：**一些章末模块，如13.8（爱因斯坦与引力）或34.6（三个证明），它们是对核心内容的延伸而非构建。
在每个模块中，先读学习目标，再读要点，先尝试检查点，再看例题。用章末的回顾与小结复习，并从奇数题开始做章末习题，因为书末印有奇数题的答案。