物理学原理

引用

Serway, R. A., & Jewett, J. W., Jr. (2013). Principles of Physics: A Calculus-Based Text (5th ed.). Cengage Learning.

章节概要

第五版共31章，另有开篇的“物理学邀请”、附录，以及贯穿各章的九个“情境”（Context），每个情境用一个真实世界的案例串起若干章。每个情境有开篇部分和结语，把相关各章的物理与该主题联系起来。全书约1,200页。

物理学邀请；第1章：引言与矢量

对本学科的简短导引，随后是单位、量纲分析、坐标系和矢量。第1章还介绍了贯穿全书例题的“通用解题策略”（General Problem-Solving Strategy）。

情境1与第2–7章：替代燃料汽车

一维运动；二维运动；运动定律；运动定律的更多应用；系统的能量；能量守恒。力学的核心部分，从运动学和牛顿定律讲到功、动能与势能以及能量守恒，背景情境是替代燃料汽车。该情境的结语题为“现状与未来的可能性”。

情境2与第8–11章：火星任务

动量与碰撞；相对论；转动；引力、行星轨道与氢原子。狭义相对论被放在力学中间，是对近代物理的早期介绍。随后是转动与引力，并把氢原子与行星轨道联系起来。结语是“一个成功的任务计划”。

情境3与第12–14章：地震

振动；机械波；叠加与驻波。振动、波的传播与干涉。结语是“把风险降到最低”。

情境4与第15章：心脏病发作

流体力学，这一章自成一个情境，是本版新增的。结语题为“心脏病发作”。

情境5与第16–18章：全球变暖

温度与气体动理论；热过程中的能量：热力学第一定律；热机、熵与热力学第二定律。结语是“预测地球表面温度”。

情境6与第19–21章：闪电

电力与电场；电势与电容；电流与直流电路。结语是“确定闪电的次数”。

情境7与第22–23章：医学中的磁

磁力与磁场；法拉第定律与电感。该情境是第五版新增的，以“核磁共振与磁共振成像”结束。

情境8与第24–27章：激光

电磁波；光的反射与折射；镜与透镜成像；波动光学。结语是“用激光记录和读取数字信息”。

情境9与第28–31章：宇宙的联系

量子物理；原子物理；核物理；粒子物理。最后一个情境以“问题与展望”结束。

附录

A. 数表；B. 数学复习；C. 元素周期表；D. 国际单位制；以及随堂小测和奇数号习题的答案。

核心概念

第1–11章：力学

• 通用解题策略：第1章介绍的一套固定步骤，用于例题。
• 系统的能量与能量守恒：第6–7章的重点。
• 动量与碰撞：在转动和引力之前应用的守恒。
• 狭义相对论：在力学序列中讲授的近代物理主题。

第12–18章：波、流体与热力学

• 振动与叠加：从简单振子引向波的干涉和驻波。
• 气体动理论与熵：温度的微观图像和第二定律。

第19–27章：电、磁与光学

• 电场与电势：第19–20章，连同电容。
• 法拉第定律与电感：第23章。
• 反射、折射与波动光学：第25–27章。

第28–31章：近代物理

• 量子物理与原子结构：第28–29章。
• 核物理与粒子物理：第30–31章。

评析

优点

• 简明的微积分基础课程。 Cengage介绍说，本书用简明的方式处理传统主题，较早引入近代物理，并在全书贯穿当代话题。它的31章从力学讲到粒子物理，章数比本书单中最大的几本教材少。
• 情境中的物理。 九个情境为各部分提供了有吸引力的主题，从汽车、地震到激光和宇宙学；其中两个（心脏病发作、医学中的磁）是本版新增的，习题和例题中还增加了更多生命科学方面的应用。
• 有方法的例题。 例题重新编排为双栏格式，把概念性解释放在数学推导旁边，尽可能用符号求解，遵循通用解题策略，约三分之一的例题带有“What If?”（如果……会怎样？）延伸。
• 有结构的习题集。 全书约有2,000道习题，分为三种标明的难度，三分之二按小节对应，其余标为“Additional Problems”（附加习题）。书末有奇数号习题的答案，随堂小测（Quick Quizzes）让读者在各章内立即检查理解。

局限

• 简明意味着有所取舍。 与书单中那些庞大的百科式教材相比，各主题的处理更精简，近代物理的章节（28–31）对量子、原子、核和粒子物理各只有一章。
• 内容有时效性。 2013年版的更新内容，例如大型强子对撞机实验的状况和2011年3月的日本核灾难，反映的是当时的情况，不会涵盖后来的进展。
• 更依赖在线资源。 Cengage的解题辅导（“Master It”）、解题视频（“Watch It”）以及评分作业都通过Enhanced WebAssign提供，与纸质书分开。

在课程中的定位

Principles of Physics是本书单中几部基于微积分的普通物理教材之一，同类的还有Fundamentals of Physics、Physics for Scientists and Engineers和University Physics。它在这几本中较为简明，适合希望用较少篇幅学完标准主题的课程，而且因较早引入相对论和以情境为线索的编排而带有近代物理的色彩。其他三本有41至44章，而本书是31章。

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

本书适合修读为期一年、基于微积分的普通物理课程的理工科学生，以及受益于书中医学和生物学例子的生命科学专业学生。书中假定读者具备代数、三角学和微积分知识；附录B复习所用的数学。

一个可行的阅读方案：

• **核心：**第1–8章和第10–11章（力学）、第12–15章（振动、波与流体）、第16–18章的热力学序列、第19–23章（电与磁）以及第24–27章（电磁波与光学）。
• **近代物理：**第9章（相对论）可以与力学一起学，也可以推迟到最后；第28–31章完成整个序列。
• **情境：**把各情境的引言和结语当作一个主题来读；如果课程有自己的顺序，也可以跳过。

每章从随堂小测开始，把通用解题策略用到例题上，并自己尝试“What If?”的变式。利用三个难度级别从简单题逐步过渡到有挑战性的题，并对照奇数号答案检查。