01 / 導讀
導讀
引用
Tipler, P. A., & Mosca, G. (2008). Physics for Scientists and Engineers, Extended Version (6th ed.). W. H. Freeman.
章節概要
擴充版涵蓋第1–41章以及關於狹義相對論的第R章，書末有附錄、數學輔導、奇數號習題答案和索引。全書分為六個部分：力學、振動與波、熱力學、電與磁、光，以及近代物理（最後一部分只在擴充版中）。同一內容還以三卷本出版（第1–20章和R；第21–33章；第34–41章），也有標準版（第1–33章和R）。
第1章：測量與向量
第一部分（力學）之前的開篇一章：單位、測量以及全書通用的向量。
第一部分，第2–5章：一維運動；二維和三維運動；牛頓定律；牛頓定律的其他應用
先講一維運動學，再講二維和三維運動學，隨後是牛頓定律，以及專講應用的又一章。
第一部分，第6–10章：功與動能；能量守恆；線動量守恆；轉動；角動量
功與動能引出能量守恆，然後是線動量守恆，最後是轉動與角動量，因此這一部分是圍繞守恆定律組織的。
第R章：狹義相對論
一章相對論內容，安排在第10章之後、第11章之前，處於力學部分之中。擴充版在第39章再次討論這一主題。
第一部分，第11–13章：引力；靜平衡與彈性；流體
引力、靜平衡條件與彈性，以及流體。
第二部分，第14–16章：振動；行波；疊加與駐波
振動，然後是在介質中傳播的波，再然後是波的疊加與駐波。
第三部分，第17–20章：溫度與氣體動理論；熱與熱力學第一定律；熱力學第二定律；熱學性質與熱過程
溫度與氣體動理論、熱與第一定律、第二定律，以及講熱學性質與熱過程的最後一章。
第四部分，第21–25章：電場（一）：離散電荷分佈；電場（二）：連續電荷分佈；電位；電容；電流與直流電路
按普遍性遞增的順序講靜電學：先是離散電荷的電場，再是連續分佈的電場，然後是電位和電容，最後是電流和直流電路。
第四部分，第26–30章：磁場；磁場的來源；磁感應；交流電路；馬克士威方程式與電磁波
磁力與磁場的來源、感應、交流電路，以及講馬克士威方程式與電磁波的最後一章。
第五部分，第31–33章：光的性質；光學成像；干涉與衍射
光及其性質、成像，以及波動光學。
第六部分，第34–38章：波粒二象性與量子物理；薛丁格方程式的應用；原子；分子；固體
僅限擴充版。量子物理導論、薛丁格方程式的應用，然後是原子、分子和固體。
第六部分，第39–41章：相對論；核物理；基本粒子與宇宙的開端
相對論、核物理，以及講基本粒子和宇宙學的最後一章。
附錄與數學輔導
A. 國際單位制與換算因子；B. 數值資料；C. 元素週期表；數學輔導；以及章末奇數號習題的答案。
核心概念
第1–13章：力學
- 牛頓定律：第4–5章展開的以力為基礎的運動描述。
- 能量、線動量和角動量守恆：第7–10章的三條守恆定律。
- 靜平衡與彈性：平衡的條件以及材料的響應。
第14–20章：振動、波與熱力學
- 疊加與駐波：波的合成及由此產生的共振圖樣。
- 熱力學第一與第二定律：熱的能量守恆，以及把熱轉化為功的限制。
第21–30章：電與磁
- 電位與電容：基於能量的電場描述。
- 磁感應：磁通量變化產生的感應電動勢。
- 馬克士威方程式：通向電磁波的統一描述。
第31–41章：光與近代物理
- 干涉與衍射：光的波動行為。
- 薛丁格方程式：在第35章中應用，隨後是關於原子、分子和固體的各章。
- 相對論：在第R章引入，在第39章進一步展開。
評析
優點
- 一本書涵蓋完整的微積分基礎課程。 擴充版從測量講到基本粒子和宇宙的開端，因此一本書就能覆蓋三個學期的課程式列。
- 靈活的分冊方式。 出版社把同樣的內容做成標準版、三個分卷或擴充版，因此只需要力學、只需要電與光，或只需要近代物理的學生可以只用其中一部分。
- 內建的數學支援。 書中包含一份數學輔導，據出版社介紹，還有一種策略性的解題方法和改善概念理解的新工具。久未接觸微積分的學生可以用這份輔導來復習。
- 相對論可以較早講。 由於第R章位於力學序列之中，想早講相對論的課程可以在角動量之後立即講授。
侷限
- 篇幅。 擴充版超過1,300頁，所含內容多於一般課程。教師需要選章，而標準版到第33章為止，除第R章外沒有近代物理。
- 相對論出現兩次。 第R章和第39章都講狹義相對論，因此在哪裡講由讀者自行決定。
- 近代物理只在擴充版中。 量子、原子、固體、核和粒子物理在第34–41章，標準版不包含這些章節；請先確認你手上是哪個版本。
在課程中的定位
Physics for Scientists and Engineers是本書單中幾部完整的、基於微積分的普通物理教材之一，同類的還有Fundamentals of Physics、Principles of Physics和University Physics。它們涵蓋的內容基本相同，因此選擇主要取決於風格、習題集以及所用的課程。Tipler與Mosca的特色是內建的數學輔導、讓相對論可以放在力學部分講授的第R章，以及擴充的近代物理部分。若想用很少的數學先過一遍，Hewitt的Conceptual Physics講清觀念，OpenStax的College Physics是免費的代數基礎課程。
想在力學上更深入，Kleppner與Kolenkow的An Introduction to Mechanics是要求較高的微積分基礎教材，200 Puzzling Physics Problems是附提示和完整解答的習題集。The Feynman Lectures on Physics則以概念為主線，對許多相同的主題提供另一種敘述。
如何使用本書
本書適合修讀基於微積分的普通物理課程的理工科學生。數學輔導可用來復習所用的數學。
一個可行的閱讀方案：
- **力學（第一學期）：**第1–13章，如果課程包含相對論，再加上第R章。
- **波與熱力學：**第14–20章。
- **電、磁與光（第二學期）：**第21–33章。
- **近代物理（擴充版）：**第34–41章，可作為最後一個學期的內容，或用於提前閱讀。
- **選讀：**利用分卷方式，只帶你需要的那一部分。
先讀完每章再做習題，並核對書末印出的奇數號習題答案。遇到不熟悉的微積分技巧時，用數學輔導來補習，而不是跳過推導。