本书为张三慧编著的《大学基础物理学》（第三版）（A版）的改编版，分上、下两册，共6篇。上册为力学和热学，以及振动和波动；下册为电磁学、波动光学和量子物理基础。本书还包含了大量来自生活、实用技术以及自然现象等方面的例题、思考题和习题。本书内容涵盖了大学物理学教学的基本要求，可作为高等院校理工科非物理类专业大学物理课程的教材，也可作为中学物理教师、工程技术人员和有兴趣读者的参考书。

本书内容完全涵盖了2006年我国教育部发布的“非物理类理工学科大学物理课程基本要求”。书中各篇对物理学的基本概念与规律进行了正确明晰的讲解。讲解基本上都是以最基本的规律和概念为基础，推演出相应的概念与规律。笔者认为，在教学上应用这种演绎逻辑更便于学生从整体上理解和掌握物理课程的内容。

力学篇是以牛顿定律为基础展开的。除了直接应用牛顿定律对问题进行动力学分析外，还引入了动量、角动量、能量等概念，并着重讲解相应的守恒定律及其应用。除惯性系外，还介绍了利用非惯性系解题的基本思路，刚体的转动、振动、波动这三章内容都是上述基本概念和定律对于特殊系统的应用。狭义相对论的讲解以两条基本假设为基础，从同时性的相对性这一“关键的和革命的”（杨振宁语）概念出发，逐渐展开得出各个重要结论。这种讲解可以比较自然地使学生从物理上而不只是从数学上弄懂狭义相对论的基本结论。

热学篇的讲述是以微观的分子运动的无规则性这一基本概念为基础的。除了阐明经典力学对分子运动的应用外，特别引入并加强了统计概念和统计规律，包括麦克斯韦速率分布律的讲解。对热力学第一定律也阐述了其微观意义。对热力学第二定律是从宏观热力学过程的方向性讲起，说明方向性的微观根源，并利用热力学概率定义了玻耳兹曼熵并说明了熵增加原理，然后再进一步导出克劳修斯熵及其计算方法。这种讲法最能揭露熵概念的微观本质，也便于理解熵概念的推广应用。

电磁学篇按照传统讲法，讲述电磁学的基本理论，包括静止和运动电荷的电场，运动电荷和电流的磁场，介质中的电场和磁场，电磁感应，电磁波等。基于相对论的电磁学篇中电磁学的讲法则是以爱因斯坦的《论动体的电动力学》为背景，完全展现了帕塞尔教授讲授电磁学的思路——从爱因斯坦到麦克斯韦，以场的概念和高斯定律为基础，根据狭义相对论演绎地引入磁场，并进而导出麦克斯韦方程组其他方程。这种讲法既能满足教学的基本要求，又充分显示了电磁场的统一性，从而使学生体会到自然规律的整体性以及物理理论的和谐优美。电磁学的讲述未止于麦克斯韦方程组，而是继续讲述了电磁波的发射机制及其传播特征等。

光学篇以电磁波和振动的叠加的概念为基础，讲述了光的干涉和衍射的规律。光的偏振讲述了电磁波的横波特征。然后，根据光的波动性在特定条件下的近似特征——直线传播，讲述了几何光学的基本定律及反射镜和透镜的成像原理。

第三版第三版以上力学、热学、电磁学、光学各篇的内容基本上都是经典理论，但也在适当地方穿插了量子理论的概念和结论以便相互比较。

量子物理篇是从波粒二象性出发以定态薛定谔方程为基础讲解的。介绍了原子、分子和固体中电子的运动规律以及核物理的知识。关于教学要求中的扩展内容，如基本粒子和宇宙学的基本知识是在“今日物理趣闻A”和“今日物理趣闻C”栏目中作为现代物理学前沿知识介绍的。

本书除了5篇基本内容外，还开辟了“今日物理趣闻”栏目，介绍物理学的近代应用与前沿发展，而“科学家介绍”栏目用以提高学生素养，鼓励成才。

本书各章均配有思考题和习题，以帮助学生理解和掌握已学的物理概念和定律或扩充一些新的知识。这些题目有易有难，绝大多数是实际现象的分析和计算。题目的数量适当，不以多取胜。也希望学生做题时不要贪多，而要求精，要真正把做过的每一道题从概念原理上搞清楚，并且用尽可能简洁明确的语言、公式、图像表示出来，需知，对一个科技工作者来说，正确地书面表达自己的思维过程与成果也是一项重要的基本功。

本书在保留经典物理精髓的基础上，特别注意加强了现代物理前沿知识和思想的介绍。本书内容取材在注重科学性和系统性的同时，还注重密切联系实际，选用了大量现代科技与我国古代文明的资料，力求达到经典与现代，理论与实际的完美结合。

本书在量子物理篇中专门介绍了近代（主要是20世纪30年代）物理知识，并在其他各篇适当介绍了物理学的最新发展，同时为了在大学生中普及物理学前沿知识以扩大其物理学背景，在“今日物理趣闻”专栏中，分别介绍了“基本粒子”“混沌——决定论的混乱”“大爆炸和宇宙膨胀”“能源与环境”“等离子体”“超导电性”“激光应用二例”“新奇的纳米技术”等专题。这些都是现代物理学以及公众非常关心的题目。本书所介绍的趣闻有的已伸展到最近几年的发现，这些“趣闻”很受学生的欢迎，他们拿到新书后往往先阅读这些内容。

物理学很多理论都直接联系着当代科技乃至人们的日常生活。教材中列举大量实例，既能提高学生的学习兴趣，又有助于对物理概念和定律的深刻理解以及创造性思维的启迪。本书在例题、思考题和习题部分引用了大量的实例，特别是反映现代物理研究成果和应用的实例，如全球定位系统、光盘、宇宙探测、天体运行、雷达测速、立体电影等，同时还大量引用了我国从古到今技术上以及生活上的有关资料，例如古籍《宋纪要》关于“客星”出没的记载，北京天文台天线阵、长征火箭、神舟飞船、天坛祈年殿、黄果树瀑布、阿迪力走钢丝、本人抖空竹、1976年唐山地震、1988年特大洪灾等。这些例子体现了民族文化，可以增强学生对物理的“亲切感”，而且有助于学生的民族自豪感和责任心的提升。

物理教学除了“授业”外，还有“育人”的任务。为此本书介绍了十几位科学大师的事迹，简要说明了他们的思想境界、治学态度、开创精神和学术成就，以之作为学生为人处事的借鉴。在此我还要介绍一下我和帕塞尔教授的一段交往。帕塞尔教授是哈佛大学教授，1952年因对核磁共振研究的成果荣获诺贝尔物理学奖。我于1977年看到他编写的《电磁学》，深深地为他的新讲法所折服。用他的书讲述两遍后，于1987年冒然写信向他请教，没想到很快就收到他的回信（见附图）和赠送给我的教材（第二版）及习题解答。他这种热心帮助一个素不相识的外国教授的行为使我非常感动。

帕塞尔《电磁学》（第二版）封面

本书第一作者与帕塞尔教授合影（1993年）

帕塞尔回信复印件

他在信中写道“本书170—171页关于L. Page的注解改正了第一版的一个令人遗憾的疏忽。1963年我写该书时不知道Page那篇出色的文章，我并不认为我的讲法是原创的——远不是这样——但当时我没有时间查找早先的作者追溯该讲法的历史。现在既然你也喜欢这种讲法，我希望你和我一道在适当时机宣扬Page的1912年的文章。”一位物理学大师对自己的成就持如此虚心、谦逊、实事求是的态度使我震撼。另外他对自己书中的疏漏（实际上有些是印刷错误）认真修改，这种严肃认真的态度和科学精神也深深地教育了我。帕塞尔这封信所显示的作为一个科学家的优秀品德，对我以后的为人处事治学等方面都产生了很大影响，始终视之为楷模追随仿效，而且对我教的每一届学生都要展示帕塞尔的这一封信对他们进行教育，收到了很好的效果。

本书的撰写和修订得到了清华大学物理系老师的热情帮助（包括经验与批评），也采纳了其他兄弟院校的教师和同学的建议和意见。此外也从国内外的著名物理教材中吸取了很多新的知识、好的讲法和有价值的素材。这些教材主要有： 《新概念物理教程》（赵凯华等），Feyman Lectures on Physics，Berkeley Physics Course（Purcell E M, Reif F, et al.），The Manchester Physics Series（Mandl F, et al.），Physics（Chanian H C.），Fundamentals of Physics（Resnick R），Physics（Alonso M et al.）等。

对于所有给予本书帮助的老师和学生以及上述著名教材的作者，本人在此谨致以诚挚的谢意。清华大学出版社诸位编辑对第三版杂乱的原稿进行了认真的审阅和编辑，特在此一并致谢。

张三慧2008年1月于清华园

第1篇力学（上）——牛顿力学

第1章质点运动学5

1.1匀变速直线运动5

1.2参考系7

1.3质点的位矢和位移速度9

1.4加速度12

1.5匀加速运动15

1.6抛体运动16

1.7圆周运动19

1.8相对运动23

1.9国际单位制量纲26

思考题28

习题29

第2章运动与力32

2.1牛顿运动定律32

2.2常见的几种力35

2.3基本的自然力40

2.4应用牛顿运动定律解题42

2.5非惯性系与惯性力46

2.6混沌51

思考题53

习题54

第3章动量与角动量58

3.1冲量与动量定理58

3.2动量守恒定律62

3.3火箭飞行原理65

3.4质心67

3.5质心运动定理70

3.6质点的角动量和角动量定理74

3.7角动量守恒定律77

思考题79

习题80

第4章功和能82

4.1功与功率82

4.2动能定理86

4.3势能89

4.4引力势能91

4.5由势能求保守力94

4.6功能原理机械能守恒定律95

4.7守恒定律的意义100

4.8碰撞101

4.9流体的稳定流动106

4.10伯努利方程109

思考题113

习题114

第5章刚体的定轴转动118

5.1刚体转动的描述118

5.2刚体转动定律转动惯量的计算121

5.3刚体的角动量和角动量守恒127

5.4转动中的功和能131

5.5旋进135

5.6经典力学总结与评述137

思考题141

习题142

第1篇力学（下）——相对论

第6章相对论148

6.1力学相对性原理和伽利略变换148

6.2狭义相对论两个基本假设151

6.3同时性的相对性时间延缓153

6.4长度收缩157

6.5洛伦兹坐标变换159

6.6相对论速度变换163

6.7相对论质量（质速公式）相对论动量165

6.8相对论动能168

6.9相对论能量（质能关系式）质量亏损170

6.10动量和能量的关系174

6.11广义相对论简介175

思考题180

习题180

第2篇热学第7章温度和气体动理论187

7.1热力学系统与平衡态187

7.2温度的概念温标188

7.3理想气体温标热力学第三定律189

7.4理想气体状态方程192

7.5气体分子的无规则运动194

7.6理想气体的压强196

7.7温度的微观意义200

7.8能量均分定理内能201

7.9麦克斯韦速率分布律204

7.10麦克斯韦速率分布律的实验验证209

7.11实际气体等温线范德瓦耳斯方程210

思考题214

习题215

第8章热力学第一定律218

8.1功热量热力学第一定律219

8.2准静态过程221

8.3热容内能的一般形式225

8.4绝热过程230

8.5循环过程233

8.6卡诺循环237

8.7制冷循环240

思考题242

习题242

第9章热力学第二定律245

9.1自然过程的方向245

9.2不可逆性的相互依存247

9.3热力学第二定律及其微观意义249

9.4可逆过程卡诺定理251

9.5热力学概率与自然过程的方向253

9.6玻耳兹曼熵公式熵增加原理256

9.7克劳修斯熵公式259

9.8熵和能量退降262

思考题263

习题264

第3篇振动和波动第10章振动270

10.1简谐运动的描述270

10.2简谐运动的几何描述274

10.3简谐运动的能量278

10.4阻尼振动279

10.5受迫振动共振281

10.6同一直线上同频率的简谐运动的合成283

10.7同一直线上不同频率的简谐运动的合成284

10.8谐振分析286

10.9两个相互垂直的简谐运动的合成288

思考题290

习题291

第11章波动294

11.1机械波的定性描述294

11.2简谐波的形成过程296

11.3简谐波的波函数波长298

11.4物体的弹性形变303

11.5弹性介质中的波速305

11.6波的能量能流与能流密度307

11.7惠更斯原理与衍射波的反射与折射310

11.8波的叠加波的干涉与驻波313

11.9声波319

11.10 地震波水波325

11.11多普勒效应328

11.12行波的叠加群速度332

思考题334

习题336

数值表340

习题答案342

索引349

参考文献358

本书内容涵盖了大学物理学教学的基本要求，可作为高等院校理工科非物理类专业大学物理课程的教材，也可作为中学物理教师、工程技术人员和有兴趣读者的参考书。

张三慧先生，1998年被聘为清华大学主讲教授。主编《大学物理学》。体例新颖,内容现代,在国内有较大影响,已11次重印。编写英文版电磁学和量子物理,并用英语讲授,甚为优秀生欢迎。参与编译《现代科学技术词典》、《英汉词海》等5部辞书。著有《常见的圆周运动》、《漫谈相对论》等7本科普书(其中2本获奖)。发表教学研究论文20余篇,其中介绍国外物理教材和阐述物理教学应广泛联系实际和现代化的文章曾在全国物理教师中引起很大反响。现任《大学物理》杂志常务编委,《物理通报》杂志编委。关心中学物理教育,参与中学物理教材编写指导。