物理之所以能成為很多工程專業的必修基礎科目，是因為很多技術都來源于物理的發現和進展。即使在技術高速發展的當代，物理的新發現或者新進展，都會給技術創新帶來無限的動力，它可以說是技術革命的源動力。但是，實際上物理課程學習帶給人的不只是實用意義。更為重要的是通過物理學習，學到科學精神，學到物理思想和方法，學到很多處理問題的智慧。通過物理學習，可以提高推理能力，學會理性思考，養成理性思維的習慣。學習物理，不只是學習哪個定律，或者哪個定理、哪個結論如何。更為重要的是，通過物理學習，學會如何思考，如何分析、解決問題。甚至可以學習如何建立理論框架，搭建學科體系。
張三慧先生編著的《大學物理學》包含力學、熱學、電磁學、光學和量子物理五篇，作為教材被國內各大院校廣泛采用，是學習大學物理課程的經典教材。這套教材的主題風格是其科學性和系統性，準確流暢地敘述物理內容，由表及里、由淺入深地分析物理問題，深刻地挖掘物理思想，宣揚物理精神，其中也不乏對民族文化的自信。本書在講述物理過程時，追求邏輯的嚴密性，但也不乏靈活通俗的講解。不僅適用于像清華大學學生這樣普通物理基礎比較扎實的群體，也適用于其他具有微積分基礎的普通物理初學者。比如，運動學就是從最基本的參考系講起，介紹位移、速度、加速度等基本概念。介紹力的時候，既有像摩擦力、彈性力等常見力，也介紹四種基本力。也有不少篇幅介紹引潮力，解釋各種自然現象。所以，這是一套適用面比較寬闊的教材。
課后習題也是本教材的一個特色。習題豐富，不僅有為初學者練習編寫的題目，也有些題目的難度對于有一定普通物理基礎的學習者而言仍具有挑戰性。通過習題可以加深理解，掌握方法。另外書中還附有很多思考題，需要認真思考和分析。同學也可以用來互相討論。
根據需要本教材隔一段時間會做一些修訂，這次修訂工作也同往常一樣，得到了使用教材的師生的大力支持，得到很多反饋意見。根據這些反饋意見，本次修訂我們將延續本書的原有特點，繼續貫徹原作者寫書時的意圖，基本保留原書的風貌，只是針對少數不合理的文字描述以及排版錯誤等進行修改。比較大的變動是把原來科學家的故事和今日物理趣聞的閱讀材料全部刪除，可通過二維碼掃描進行擴展閱讀。并且增加了很多知識點講解的微視頻。這次修訂工作由清華大學物理系的三位教師合作完成。安宇負責力學和電磁學部分；阮東負責熱學和光學部分；李巖松負責振動和波動、狹義相對論和量子物理部分。
我們希望能繼續聽到教師和學生關于本教材的修改建議和批評意見，通過以后的修訂工作使教材不斷完善。
安宇阮東李巖松2024年6月于清華園前言第5版前言這部《大學物理學》（第三版）含力學篇、熱學篇、電磁學篇、光學篇和量子物理篇，共5篇。按照篇章的組織順序，本套教材又分為兩個版本，稱為A版和B版。A版分為3冊，第1冊為《力學、熱學》，第2冊為《電磁學》（或《基于相對論的電磁學》，二選其一），第3冊為《光學、量子物理》。B版分為2冊，第1冊為《力學、電磁學》，第2冊為《熱學、光學、量子物理》。讀者可根據實際教學和學習的需要，選擇使用A版或B版；其中A版中的第2冊又分為兩個版本《電磁學》或《基于相對論的電磁學》，選用A版的讀者可選擇其中一個版本使用。本冊為A版的第2冊《電磁學》。
根據使用過此書的教師與學生以及其他讀者的反映，也考慮到近幾年物理教學的發展動向，本書推出第三版。第三版內容的撰寫與修改仍延續了第二版的科學性和系統性的特點，保持了原有的體系和風格，并在第二版的基礎上，增加、拓寬了一些內容。
本書內容完全涵蓋了2006年我國發布的非物理類理工學科大學物理課程基本要求。書中各篇對物理學的基本概念與規律進行了正確明晰的講解。講解基本上都是以最基本的規律和概念為基礎，推演出相應的概念與規律。筆者認為，在教學上應用這種演繹邏輯更便于學生從整體上理解和掌握物理課程的內容。
力學篇是以牛頓定律為基礎展開的。除了直接應用牛頓定律對問題進行動力學分析外，還引入了動量、角動量、能量等概念，并著重講解相應的守恒定律及其應用。除慣性系外，還介紹了利用非慣性系解題的基本思路，剛體的轉動、振動、波動這三章內容都是上述基本概念和定律對于特殊系統的應用。狹義相對論的講解以兩條基本假設為基礎，從同時性的相對性這一關鍵的和革命的（楊振寧語）概念出發，逐漸展開得出各個重要結論。這種講解可以比較自然地使學生從物理上而不只是從數學上弄懂狹義相對論的基本結論。
熱學篇的講述是以微觀的分子運動的無規則性這一基本概念為基礎的。除了闡明經典力學對分子運動的應用外，特別引入并加強了統計概念和統計規律，包括麥克斯韋速率分布律的講解。對熱力學第一定律也闡述了其微觀意義。對熱力學第二定律是從宏觀熱力學過程的方向性講起，說明方向性的微觀根源，并利用熱力學概率定義了玻耳茲曼熵并說明了熵增加原理，然后再進一步導出克勞修斯熵及其計算方法。這種講法最能揭露熵概念的微觀本質，也便于理解熵概念的推廣應用。
電磁學篇按照傳統講法，講述電磁學的基本理論，包括靜止電荷的電場，運動電荷和電流的磁場，介質中的電場和磁場，電磁感應，電磁波等�；谙鄬φ摰碾姶艑W篇中電磁學的講法則是以愛因斯坦的《論動體的電動力學》為背景，完全展現了帕塞爾教授講授電磁學的思路從愛因斯坦到麥克斯韋，以場的概念和高斯定律為基礎，根據狹義相對論演繹地引入磁場，并進而導出麥克斯韋方程組其他方程。這種講法既能滿足教學的基本要求，又充分顯示了電磁場的統一性，從而使學生體會到自然規律的整體性以及物理理論的和諧優美。電磁學的講述未止于麥克斯韋方程組，而是繼續講述了電磁波的發射機制及其傳播特征等。
光學篇以電磁波和振動的疊加的概念為基礎，講述了光的干涉和衍射的規律以及光的偏振這種電磁波的橫波特征。然后，根據光的波動性在特定條件下的近似特征直線傳播，講述了幾何光學的基本定律及反射鏡和透鏡的成像原理。
第三版前言第三版前言以上力學、熱學、電磁學、光學各篇的內容基本上都是經典理論，但也在適當地方穿插了量子理論的概念和結論以便相互比較。
量子物理篇是從波粒二象性出發以定態薛定諤方程為基礎講解的。介紹了原子、分子和固體中電子的運動規律以及核物理的知識。關于教學要求中的擴展內容，如基本粒子和宇宙學的基本知識是在今日物理趣聞A和今日物理趣聞C欄目中作為現代物理學前沿知識介紹的。
本書除了5篇基本內容外，還開辟了今日物理趣聞欄目，介紹物理學的近代應用與前沿發展，而科學家介紹欄目用以提高學生素養，鼓勵成才。
本書各章均配有思考題和習題，以幫助學生理解和掌握已學的物理概念和定律或擴充一些新的知識。這些題目有易有難，絕大多數是實際現象的分析和計算。題目的數量適當，不以多取勝。也希望學生做題時不要貪多，而要求精，要真正把做過的每一道題從概念原理上搞清楚，并且用盡可能簡潔明確的語言、公式、圖像表示出來，需知，對一個科技工作者來說，正確地書面表達自己的思維過程與成果也是一項重要的基本功。
本書在保留經典物理精髓的基礎上，特別注意加強了現代物理前沿知識和思想的介紹。本書內容取材在注重科學性和系統性的同時，還注重密切聯系實際，選用了大量現代科技與我國古代文明的資料，力求達到經典與現代，理論與實際的完美結合。
本書在量子物理篇中專門介紹了近代（主要是20世紀30年代）物理知識，并在其他各篇適當介紹了物理學的最新發展，同時為了在大學生中普及物理學前沿知識以擴大其物理學背景，在今日物理趣聞專欄中，分別介紹了基本粒子混沌決定論的混亂大爆炸和宇宙膨脹能源與環境等離子體超導電性激光應用二例新奇的納米技術等專題。這些都是現代物理學以及公眾非常關心的題目。本書所介紹的趣聞有的已伸展到最近幾年的發現，這些趣聞很受學生的歡迎，他們拿到新書后往往先閱讀這些內容。
物理學很多理論都直接聯系著當代科技乃至人們的日常生活。教材中列舉大量實例，既能提高學生的學習興趣，又有助于對物理概念和定律的深刻理解以及創造性思維的啟迪。本書在例題、思考題和習題部分引用了大量的實例，特別是反映現代物理研究成果和應用的實例，如全球定位系統、光盤、宇宙探測、天體運行、雷達測速、立體電影等。同時還大量引用了我國從古到今技術上以及生活上的有關資料，例如古籍《宋紀要》關于客星出沒的記載，北京天文臺天線陣，長征火箭，神舟飛船，天壇祈年殿，黃果樹瀑布，阿迪力走鋼絲，本人抖空竹，1976年唐山地震，1988年特大洪災等。這些例子體現了民族文化，可以增強學生對物理的親切感，而且有助于學生的民族自豪感和責任心的提升。
物理教學除了授業外，還有育人的任務。為此本書介紹了十幾位科學大師的事跡，簡要說明了他們的思想境界、治學態度、開創精神和學術成就，以之作為學生為人處事的借鑒。在此我還要介紹一下我和帕塞爾教授的一段交往。帕塞爾教授是哈佛大學教授，1952年因對核磁共振研究的成果榮獲諾貝爾物理學獎。我于1977年看到他編寫的《電磁學》，深深地為他的新講法所折服。用他的書講述兩遍后，于1987年冒然寫信向他請教，沒想到很快就收到他的回信（見附圖）和贈送給我的教材（第二版）及習題解答。他這種熱心幫助一個素不相識的外國教授的行為使我非常感動。
帕塞爾《電磁學》（第二版）封面
本書第一作者與帕塞爾教授合影（1993年）
他在信中寫道本書170171頁關于L. Page的注解改正了第一版的一個令人遺憾的疏忽。1963年我寫該書時不知道Page那篇出色的文章，我并不認為我的講法是原創的遠不是這樣但當時我沒有時間查找早先的作者追溯該講法的歷史�，F在既然你也喜歡這種講法，我希望你和我一道在適當時機宣揚Page的1912年的文章。一位物理學大師對自己的成就持如此虛心、謙遜、實事求是的態度使我震撼。另外他對自己書中的疏漏（實際上有些是印刷錯誤）認真修改，這種嚴肅認真的態度和科學精神也深深地教育了我。帕塞爾這封信所顯示的作為一個科學家的優秀品德，對我以后的為人處事治學等方面都產生了很大影響，始終視之為楷模追隨仿效，而且對我教的每一屆學生都要展示帕塞爾的這一封信對他們進行教育，收到了很好的效果。帕塞爾回信復印件
本書的撰寫和修訂得到了清華大學物理系老師的熱情幫助（包括經驗與批評），也采納了其他兄弟院校的教師和同學的建議和意見。此外也從國內外的著名物理教材中吸取了很多新的知識、好的講法和有價值的素材。這些教材主要有： 《新概念物理教程》（趙凱華等），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。
對于所有給予本書幫助的老師和學生以及上述著名教材的作者，本人在此謹致以誠摯的謝意。清華大學出版社諸位編輯對第三版雜亂的原稿進行了認真的審閱和編輯，特在此一并致謝。
張三慧2008年1月于清華園
第3篇電磁學
第12章靜電場3
12.1電荷3
12.2庫侖定律與疊加原理5
12.3電場和電場強度8
12.4靜止的點電荷的電場及其疊加10
12.5電場線和電通量14
12.6高斯定律16
12.7利用高斯定律求靜電場的分布18
提要23
思考題24
習題24
第13章電勢28
13.1靜電場的保守性28
13.2電勢差和電勢30
13.3電勢疊加原理32
13.4電勢梯度35
13.5電荷在外電場中的靜電勢能37
13.6電荷系的靜電能38
13.7靜電場的能量40
提要42
思考題43
習題44
第14章靜電場中的導體48
14.1導體的靜電平衡條件48
14.2靜電平衡的導體上的電荷分布49
14.3有導體存在時靜電場的分析與計算50
14.4靜電屏蔽52
14.5唯一性定理53
提要56
思考題56
習題57
第15章靜電場中的電介質59
15.1電介質對電場的影響59
15.2電介質的極化60
15.3D的高斯定律63
15.4電容器和它的電容68
15.5電容器的能量70
提要72
思考題73
習題74
第16章恒定電流78
16.1電流和電流密度78
16.2恒定電流與恒定電場80
16.3歐姆定律和電阻81
16.4電動勢84
16.5有電動勢的電路85
16.6電容器的充電與放電87
16.7電流的一種經典微觀圖像89
提要92
思考題93
習題93
第17章磁場和它的源96
17.1磁力與電荷的運動96
17.2磁場與磁感應強度97
17.3畢奧-薩伐爾定律100
17.4勻速運動點電荷的磁場105
17.5安培環路定理106
17.6利用安培環路定理求磁場的分布109
17.7與變化電場相聯系的磁場111
17.8電場和磁場的相對性和統一性114
提要115
思考題116
習題117
第18章磁力120
18.1帶電粒子在磁場中的運動120
18.2霍爾效應122
18.3載流導線在磁場中受的磁力124
18.4載流線圈在均勻磁場中受的磁力矩125
18.5平行載流導線間的相互作用力127
提要130
思考題131
習題132
第19章磁場中的磁介質137
19.1磁介質對磁場的影響137
19.2原子的磁矩138
19.3磁介質的磁化141
19.4H的環路定理143
19.5鐵磁質145
19.6簡單磁路149
提要151
思考題151
習題153
第20章電磁感應156
20.1法拉第電磁感應定律156
20.2動生電動勢158
20.3感生電動勢和感生電場161
20.4互感163
20.5自感165
20.6磁場的能量167
提要169
思考題170
習題171
第21章麥克斯韋方程組和電磁輻射175
21.1麥克斯韋方程組175
21.2加速電荷的電場176
21.3加速電荷的磁場179
21.4電磁波的能量181
21.5同步輻射184
21.6電磁波的動量185
21.7A-B效應187
提要190
思考題191
習題191
第4篇光學
第22章光的干涉197
22.1楊氏雙縫干涉197
22.2相干光201
22.3光的非單色性對干涉條紋的影響203
22.4光源的大小對干涉條紋的影響205
22.5光程208
22.6薄膜干涉(一)等厚條紋210
22.7薄膜干涉(二)等傾條紋214
22.8邁克耳孫干涉儀216
提要217
思考題218
習題219
第23章光的衍射222
23.1光的衍射和惠更斯-菲涅耳原理222
23.2單縫的夫瑯禾費衍射224
23.3光學儀器的分辨本領228
23.4細絲和細粒的衍射230
23.5光柵衍射233
23.6光柵光譜238
23.7X射線衍射241
提要243
思考題244
習題244
第24章光的偏振247
24.1光的偏振狀態247
24.2線偏振光的獲得與檢驗249
24.3反射和折射時光的偏振251
24.4由散射引起的光的偏振252
24.5雙折射現象253
24.6橢圓偏振光和圓偏振光257
24.7偏振光的干涉260
24.8人工雙折射261
24.9旋光現象263
提要265
思考題265
習題266
第25章幾何光學269
25.1光線269
25.2光的反射270
25.3球面反射鏡272
25.4光的折射274
25.5薄透鏡的焦距276
25.6薄透鏡成像278
25.7人眼282
25.8助視儀器284
提要287
思考題288
習題290
第5篇量 子 物 理
第26章波粒二象性295
26.1黑體輻射295
26.2光電效應298
26.3光的二象性光子299
26.4康普頓散射303
26.5粒子的波動性305
26.6概率波與概率幅308
26.7不確定關系311
提要316
思考題317
習題317
第27章薛定諤方程320
27.1薛定諤得出的波動方程320
27.2無限深方勢阱中的粒子323
27.3勢壘穿透327
27.4諧振子331
提要333
思考題333
習題334
第28章原子中的電子336
28.1氫原子336
28.2電子的自旋與自旋軌道耦合345
28.3微觀粒子的不可分辨性和泡利不相容原理350
28.4各種原子核外電子的組態351
28.5X射線355
28.6激光358
28.7分子結構361
28.8分子的轉動和振動能級365
提要369
思考題371
習題371
第29章固體中的電子375
29.1自由電子按能量的分布375
29.2金屬導電的量子論解釋379
29.3量子統計380
29.4能帶導體和絕緣體383
29.5半導體386
29.6PN結387
29.7半導體器件388
提要390
思考題392
習題392
第30章核物理394
30.1核的一般性質394
30.2核力398
30.3核的結合能399
30.4核的液滴模型402
30.5放射性和衰變定律404
30.6衰變408
30.7穆斯堡爾效應410
30.8衰變414
30.9核反應417
提要420
思考題421
習題421
元素周期表424
數值表425
部分習題答案428
索引429
二維碼目錄
第3篇1
12-13
12-25
12-38
12-410
12-511
12-613
12-714
12-816
12-918
12-1020
13-128
13-230
13-332
13-434
13-535
13-636
13-738
14-148
14-249
14-350
大氣電學50
14-450
14-552
14-653
14-755
15-159
15-261
15-362
15-463
15-568
15-670
15-771
16-178
16-280
16-381
16-481
超導電性82
16-584
16-687
16-789
17-197
17-297
17-3100
17-4101
17-5101
17-6105
17-7106
17-8110
17-9110
17-10111
麥克斯韋119
18-1120
18-2122
18-3124
18-4125
等離子體136
19-1137
19-2138
19-3141
19-4142
19-514319-6144
19-7145
20-1156
20-2158
20-3160
20-4161
20-5161
20-6163
20-7165
20-8166
20-9167
法拉第174
21-1175
21-2181
21-3184
21-4185
21-5186
第4篇195
22-1197
22-2202
22-3203
22-4207
22-5208
22-6210
22-7211
22-8214
22-9216
托馬斯·楊和菲涅耳221
全息照相221
23-1223
23-2224
23-3228
23-4233
23-5233
23-6234
23-7238
23-8241
光學信息處理246
24-1247
24-2248
24-3250
24-4251
24-5253
24-6253
24-7258
24-8259
24-9261
24-10263
24-11265
液晶268
非線性光學268
第5篇293
26-1295
26-2298
26-3299
26-4301
26-5303
26-6305
26-7309
26-8310
26-9311
混沌311
德布羅意319
27-1320
27-2330
薛定諤335
28-1336
28-2349
28-3350
自由電子激光360
激光應用二例374
29-1375
29-2383
29-3386
新奇的納米科技393
30-1394
30-2396
30-3398
30-4414
部分習題答案428
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