大學物理學

引用

Young, H. D., Freedman, R. A., & Ford, A. L. (2019). University Physics with Modern Physics (15th ed.). Pearson.

章節概要

第十五版共44章，分為六個部分：力學、波/聲學、熱力學、電磁學、光學和近代物理。每章以學習目標和需要回顧的先前小節清單開頭，章末是「Guided Practice」（引導練習）部分，隨後是習題集。

力學，第1–5章：單位、物理量與向量；沿直線的運動；二維或三維運動；牛頓運動定律；牛頓定律的應用

單位與向量，然後是一維、二維或三維的運動學，再是運動定律，以及專講其應用的一整章（摩擦、阻力、圓周運動等型別的問題）。

力學，第6–8章：功與動能；勢能與能量守恆；動量、衝量與碰撞

功、功率和動能引向勢能與能量守恆，再引向動量、衝量與碰撞。

力學，第9–11章：剛體的轉動；轉動動力學；平衡與彈性

轉動運動學，然後是力矩、轉動慣量、滾動和角動量，最後是靜平衡和固體的應力–應變行為。

力學，第12–14章：流體力學；引力；週期運動

流體（壓強、浮力、白努利原理）、牛頓萬有引力定律以及衛星運動和克卜勒定律，還有振動系統的力學：諧振子、單擺、阻尼與共振。

波/聲學與熱力學，第15–20章：機械波；聲與聽覺；溫度與熱；物質的熱學性質；熱力學第一定律；熱力學第二定律

波單獨成為一個部分：波的性質與能量傳輸，然後是聲音、都卜勒效應與共振。隨後是熱力學：溫度與熱、比熱與相變、第一定律，以及第二定律連同熵、熱機和不可逆性。

電磁學，第21–26章：電荷與電場；高斯定律；電位；電容與介電質；電流、電阻與電動勢；直流電路

從靜電學到電路：庫侖定律與電場、對稱分佈的高斯定律、電位、電容器與介電質、電流與電阻，以及基爾霍夫定則和RC電路。

電磁學，第27–32章：磁場與磁力；磁場的來源；電磁感應；電感；交流電；電磁波

磁場對電荷和電流的作用、必歐–沙伐定律與安培定律、法拉第定律與冷次定律、自感與互感、含電抗與共振的交流電路，以及通向電磁波和電磁波譜的馬克士威方程式。

光學，第33–36章：光的本性與傳播；幾何光學；干涉；衍射

光作為電磁波及其傳播，鏡、透鏡與儀器中的反射和折射，然後是雙縫干涉、薄膜與相干性，以及衍射圖樣、光柵與解析度。

近代物理，第37章：相對論

愛因斯坦的基本假設、勞侖茲變換與相對論力學。

近代物理，第38–44章：光子：表現為粒子的光波；表現為波的粒子；量子力學I：波函數；量子力學II：原子結構；分子與凝聚態物質；核物理；粒子物理與宇宙學

光子與物質波，然後是波函數、原子結構、分子與固體、原子核，最後一章講粒子與宇宙學。第37–44章合起來構成近代物理部分。

核心概念

第1–14章：力學

• 識別、建立、執行、評估（Identify, Set Up, Execute, Evaluate）：書中每個例題所用的四步解題方法。
• 功–能定理與動量守恆：第6–8章中不必逐個分析力就能解決運動問題的兩條途徑。
• 力矩與角動量：第10章的轉動動力學。
• 週期運動：第14章的振子模型。

第15–20章：波與熱力學

• 機械波與聲音：波速、強度、共振、都卜勒效應。
• 第一與第二定律：熱的能量核算和自然過程的方向。

第21–36章：電磁學與光學

• 高斯定律與電位：靜電學的場描述與能量描述。
• 法拉第定律與電感：從電路通向電磁波的橋梁。
• 干涉與衍射：第35–36章的波動光學。

第37–44章：近代物理

• 相對論：第37章。
• 波函數與原子結構：第40–41章，光子與物質波在第38–39章。
• 核物理與粒子物理：第43–44章。

評析

優點

• 一致的解題方法。 Pearson介紹說，書中有一種基於研究的方法（識別、建立、執行、評估），用於每個例題、解題策略，以及教師手冊和學習指南。新增的例題「要點」（Key Concept）陳述概括了每個解答所用的思想。
• 例題與作業之間的過渡支援。 每章末尾的「引導練習」包含「關鍵例題變式題」（改變情境，或把已知與未知對調）和「橋接題」（從單一概念的例題過渡到多概念的作業）。
• 著眼於誤解的設計。 「Caution」（注意）段落標出典型錯誤，大多數小節末尾的「檢驗你的理解」問題採用選擇題或排序題形式，答案緊隨問題給出，帶註釋的公式把符號與其含義聯絡起來。
• 題型範圍廣。 本版擴充了挑戰題（常需用微積分、多步驟），增加了要求自己判斷需估計哪些資料的估算題，以及需要運用前面各章內容的累積題。

侷限

• 篇幅。 全書44章，內容超過一學年所能涵蓋，教師需要選擇略去哪些章。
• 微積分有幫助。 挑戰題常用到微積分，所以學生需要熟練掌握它。
• 線上資源另行提供。 Pearson宣傳的許多學習工具（Mastering Physics習題集、課前影片、動態學習模組、Physics Primer）屬於線上平臺而不是紙本書。
• 版本和形式的變體。 同一內容有完整的含近代物理版本、分卷版本和國際單位制版本；請確認你拿到的分冊包含你需要的章節。

在課程中的定位

University Physics是本書單中四部完整的、基於微積分的普通物理教材之一，另三本是Fundamentals of Physics、Physics for Scientists and Engineers和Principles of Physics。它的特色是四步解題框架、每章後的引導練習部分，以及「含近代物理」的結尾。OpenStax也出版免費的、基於微積分的University Physics，共三卷，可以作為零成本的替代品，或對同樣內容的另一種講解。

若想先輕鬆地過一遍，Hewitt的Conceptual Physics幾乎不用數學就講清觀念，OpenStax的College Physics是免費的代數基礎課程。想要更深入，Kleppner與Kolenkow的An Introduction to Mechanics是要求較高的、基於微積分的力學教材，200 Puzzling Physics Problems提供附提示和完整解答的習題，The Feynman Lectures on Physics則以概念為主線提供另一種敘述。

如何使用本書

本書適合修讀基於微積分的普通物理序列的理工科學生。書中假定讀者具備代數、三角學和微積分入門知識。

一個可行的閱讀方案：

• **力學：**按順序學第1–14章。第1–8章是其餘一切的基礎。
• **波與熱力學：**第15–20章。
• **電磁學與光學：**第21–36章。先學電場（21–24），再學電路（25–26），然後是磁學與感應（27–30），以及講電磁波的第32章。
• **近代物理：**第37–44章，涉及相對論、量子力學、原子、原子核和粒子。

對每一章，先讀學習目標，複習它指回的各節，邊讀邊回答「檢驗你的理解」問題。先用關鍵例題變式題和橋接題練習方法，再嘗試章末習題。把估算題和挑戰題當作完成標準習題之後的拓展練習。