01 / 导读
导读
引用
Tipler, P. A., & Mosca, G. (2008). Physics for Scientists and Engineers, Extended Version (6th ed.). W. H. Freeman.
章节概要
扩展版涵盖第1–41章以及关于狭义相对论的第R章，书末有附录、数学辅导、奇数号习题答案和索引。全书分为六个部分：力学、振动与波、热力学、电与磁、光，以及近代物理（最后一部分只在扩展版中）。同一内容还以三卷本出版（第1–20章和R；第21–33章；第34–41章），也有标准版（第1–33章和R）。
第1章：测量与矢量
第一部分（力学）之前的开篇一章：单位、测量以及全书通用的矢量。
第一部分，第2–5章：一维运动；二维和三维运动；牛顿定律；牛顿定律的其他应用
先讲一维运动学，再讲二维和三维运动学，随后是牛顿定律，以及专讲应用的又一章。
第一部分，第6–10章：功与动能；能量守恒；线动量守恒；转动；角动量
功与动能引出能量守恒，然后是线动量守恒，最后是转动与角动量，因此这一部分是围绕守恒定律组织的。
第R章：狭义相对论
一章相对论内容，安排在第10章之后、第11章之前，处于力学部分之中。扩展版在第39章再次讨论这一主题。
第一部分，第11–13章：引力；静平衡与弹性；流体
引力、静平衡条件与弹性，以及流体。
第二部分，第14–16章：振动；行波；叠加与驻波
振动，然后是在介质中传播的波，再然后是波的叠加与驻波。
第三部分，第17–20章：温度与气体动理论；热与热力学第一定律；热力学第二定律；热学性质与热过程
温度与气体动理论、热与第一定律、第二定律，以及讲热学性质与热过程的最后一章。
第四部分，第21–25章：电场（一）：离散电荷分布；电场（二）：连续电荷分布；电势；电容；电流与直流电路
按普遍性递增的顺序讲静电学：先是离散电荷的电场，再是连续分布的电场，然后是电势和电容，最后是电流和直流电路。
第四部分，第26–30章：磁场；磁场的来源；磁感应；交流电路；麦克斯韦方程组与电磁波
磁力与磁场的来源、感应、交流电路，以及讲麦克斯韦方程组与电磁波的最后一章。
第五部分，第31–33章：光的性质；光学成像；干涉与衍射
光及其性质、成像，以及波动光学。
第六部分，第34–38章：波粒二象性与量子物理；薛定谔方程的应用；原子；分子；固体
仅限扩展版。量子物理导论、薛定谔方程的应用，然后是原子、分子和固体。
第六部分，第39–41章：相对论；核物理；基本粒子与宇宙的开端
相对论、核物理，以及讲基本粒子和宇宙学的最后一章。
附录与数学辅导
A. 国际单位制与换算因子；B. 数值数据；C. 元素周期表；数学辅导；以及章末奇数号习题的答案。
核心概念
第1–13章：力学
- 牛顿定律：第4–5章展开的以力为基础的运动描述。
- 能量、线动量和角动量守恒：第7–10章的三条守恒定律。
- 静平衡与弹性：平衡的条件以及材料的响应。
第14–20章：振动、波与热力学
- 叠加与驻波：波的合成及由此产生的共振图样。
- 热力学第一与第二定律：热的能量守恒，以及把热转化为功的限制。
第21–30章：电与磁
- 电势与电容：基于能量的电场描述。
- 磁感应：磁通量变化产生的感应电动势。
- 麦克斯韦方程组：通向电磁波的统一描述。
第31–41章：光与近代物理
- 干涉与衍射：光的波动行为。
- 薛定谔方程：在第35章中应用，随后是关于原子、分子和固体的各章。
- 相对论：在第R章引入，在第39章进一步展开。
评析
优点
- 一本书涵盖完整的微积分基础课程。 扩展版从测量讲到基本粒子和宇宙的开端，因此一本书就能覆盖三个学期的课程序列。
- 灵活的分册方式。 出版社把同样的内容做成标准版、三个分卷或扩展版，因此只需要力学、只需要电与光，或只需要近代物理的学生可以只用其中一部分。
- 内置的数学支持。 书中包含一份数学辅导，据出版社介绍，还有一种策略性的解题方法和改善概念理解的新工具。久未接触微积分的学生可以用这份辅导来复习。
- 相对论可以较早讲。 由于第R章位于力学序列之中，想早讲相对论的课程可以在角动量之后立即讲授。
局限
- 篇幅。 扩展版超过1,300页，所含内容多于一般课程。教师需要选章，而标准版到第33章为止，除第R章外没有近代物理。
- 相对论出现两次。 第R章和第39章都讲狭义相对论，因此在哪里讲由读者自行决定。
- 近代物理只在扩展版中。 量子、原子、固体、核和粒子物理在第34–41章，标准版不包含这些章节；请先确认你手上是哪个版本。
在课程中的定位
Physics for Scientists and Engineers是本书单中几部完整的、基于微积分的普通物理教材之一，同类的还有Fundamentals of Physics、Principles of Physics和University Physics。它们涵盖的内容基本相同，因此选择主要取决于风格、习题集以及所用的课程。Tipler与Mosca的特色是内置的数学辅导、让相对论可以放在力学部分讲授的第R章，以及扩展的近代物理部分。若想用很少的数学先过一遍，Hewitt的Conceptual Physics讲清观念，OpenStax的College Physics是免费的代数基础课程。
想在力学上更深入，Kleppner与Kolenkow的An Introduction to Mechanics是要求较高的微积分基础教材，200 Puzzling Physics Problems是附提示和完整解答的习题集。The Feynman Lectures on Physics则以概念为主线，对许多相同的主题提供另一种叙述。
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理工科学生。数学辅导可用来复习所用的数学。
一个可行的阅读方案：
- **力学（第一学期）：**第1–13章，如果课程包含相对论，再加上第R章。
- **波与热力学：**第14–20章。
- **电、磁与光（第二学期）：**第21–33章。
- **近代物理（扩展版）：**第34–41章，可作为最后一个学期的内容，或用于提前阅读。
- **选读：**利用分卷方式，只带你需要的那一部分。
先读完每章再做习题，并核对书末印出的奇数号习题答案。遇到不熟悉的微积分技巧时，用数学辅导来补习，而不是跳过推导。