伯克利物理學教程（SI版）第3卷波動學（英文影印版）
定 價：69.8 元
- 作者：[美] F.S.克勞福德（Frank S. Crawford Jr.）
- 出版時間：2014/6/1
- ISBN：9787111464594
- 出 版 社：機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：O413.1
- 頁碼：626
- 紙張：膠版紙
- 版次：1
- 開本：16K
《伯克利物理學教程（SI版）第3卷波動學（英文影印版）》是《伯克利物理學教程》第3卷。全書強調(diào)不同波動現(xiàn)象之間的相似性和可類比性，著重闡述波動的基本概念以及這些概念之間的相互聯(lián)系。書中還介紹了許多重要波動現(xiàn)象的實例，各章末附有大量習題和課外實驗，有助于讀者對有關(guān)概念深入理解。本書可作為高等院校物理學/應(yīng)用物理學專業(yè)或其他理工科專業(yè)的教材或參考書，也可供一般科技人員參考。
《伯克利物理學教程》中譯本自上世紀七十年代印行以來已過去三十多年。然而，即便如此，時至今日國內(nèi)高校從事物理教學的教師和選修基礎(chǔ)物理課程的學生乃至研究生仍然感覺，由于本教程獨具匠心的內(nèi)容編排體系，作為一家之言，無論是對基礎(chǔ)物理的教、學還是應(yīng)用，以及對從事相關(guān)的研究工作而言，《伯克利物理學教程》依舊不失為一部極有閱讀、參考價值的優(yōu)秀教程。令人遺憾的是，由于諸多歷史原因，曾經(jīng)風靡一時的《伯克利物理學教程》如今在市面上已難覓其蹤影，加之原版本以英制單位為主，使其進一步的普及受到一定制約。而近幾年，國外陸續(xù)推出了該套教程的最新版本——SI版（國際單位制版）。在此背景下，機械工業(yè)出版社決定重新正式引進本套教程，并先期推出本教程的英文影印版，以饗讀者！希望這部原汁原味的經(jīng)典著作能滿足物理教師的教學與研究之用，并滿足相關(guān)專業(yè)的雙語教學需求！
這一卷專門研究波動學。這是一個廣泛的課題。人人都知道許多涉及波動的自然現(xiàn)象，諸如水波、聲波、光波、無線電波、地震波、德布羅意波以及其他各種波。而且仔細查閱一下任
何物理學圖書室的書架都會發(fā)現(xiàn)，對波動現(xiàn)象某一個方面的研究（譬如說水中的超聲波） 就可以占用整本的書或期刊，甚至可能吸引某個科學家的全部注意力。令人驚異的是，在這些狹窄研究領(lǐng)域之一工作的“專家”，通常能夠相當容易地同其他一些被認為在與此無關(guān)的也被認為是狹窄的領(lǐng)域內(nèi)工作的專家進行交流，為此他首先只需要學會對方的行話，學會他們所使用的單位（譬如，秒差距是什么意思？）以及哪些物理量是重要的，等等。的確，一旦他發(fā)現(xiàn)自己的興趣有了改變，他就可以迅速地改行而成為新領(lǐng)域里的“專家”。這種情況之所以可能，是由于有一個明顯的事實，即許多完全不一樣的和表面上互不相干的物理現(xiàn)象，都可以用一系
列共同的概念來描述，因而科學家之間具有共同的語言。在這些共同使用的概念中，有許多就暗含在波動這個詞內(nèi)。
本書的主要目的是闡述波動學的一些基本概念以及這些概念之間的相互聯(lián)系。為了達到這個目的，本書是按照這些概念，而不是按照諸如聲、光等可觀察的自然現(xiàn)象來組織編寫的。
另一個目的是要使讀者熟悉許多重要而有趣的波動例子，從而具體地認識這些基本概念的普遍性及其廣泛應(yīng)用。所以，每當引進一個新概念后，就把它立即應(yīng)用到許多不同的物理體系
上加以說明，例如弦線、玩具彈簧、傳輸線、硬紙筒、光束等。與之相并列的另一種方法，是先用一個簡單例子（例如拉緊的弦） 引出這些有用的概念，然后再考慮其他有意義的物理體系。
通過選擇彼此之間具有相似幾何“外貌” 的不同示例，我希望能鼓勵學生去尋求不同的波動現(xiàn)象之間的相似性和類比性。我也希望能激發(fā)學生的勇氣，當他們面對一些新現(xiàn)象時能夠
利用這些類比來“妄測”。類比法的利用常常會有眾所周知的危險性，也可能隱藏著錯誤。但是，什么事情都會是這樣。（把光猜測為可能“像是”類似果凍的“以太” 中的機械波，曾經(jīng)是一種非常有效的類比。它曾經(jīng)幫助麥克斯韋得出他的著名方程組，并導(dǎo)出了一些重要的預(yù)言。有一些實驗———特別是邁克爾遜和莫雷實驗證明這種機械模型不可能完全正確，愛因斯坦于是指出了如何放棄這個模型而仍然保留下麥克斯韋方程組。愛因斯坦寧愿直接去推測這些方程組，這可以稱為“純粹的”導(dǎo)出法。現(xiàn)在大多數(shù)物理學家雖然仍然在利用類比法和模型來幫助導(dǎo)出一些新的方程，但他們在發(fā)表結(jié)果時通常只給出方程，而不給出利用類比和模型導(dǎo)出這些方程的過程。）
課外實驗是本卷的重要組成部分，它們能夠給學生帶來樂趣和培養(yǎng)他們的洞察力，而這是從普通課堂演示和實驗室實驗得不到的，盡管課堂演示和實驗室實驗也同等重要。這些課外實驗全都是“家庭物理學”類型的實驗，只需要很少的甚至不需要特殊的設(shè)備。（只需要有一個光學工具箱。雖然手頭可能沒有音叉、玩具彈簧和硬紙筒等，但它們十分便宜，并不“特殊”。）這些實驗確實是讓學生在家里做的，不是在實驗室里做的。其中的許多實驗，叫做演示可能比叫做實驗更確切些。
本書中討論的每一個主要概念，都至少有一個課外實驗加以演示。除了引用例子來說明概念外，課外實驗還使學生有機會與一些物理現(xiàn)象直接“接觸”。由于這些實驗是在家里做的，
這種接觸是十分密切的，是從容不迫的。這一點很重要。在家里做實驗沒有伙伴幫忙，一切都必須自己動手；也沒有指導(dǎo)教師向你解釋演示的意義和結(jié)果，一切都要依靠自己。你可以按照自己的速度進行演示，想做多少次就可以做多少次。
課外實驗有一個很寶貴的特點，那就是，如果你在晚上才想起你上星期做過的一個實驗有不清楚的地方，那么十五分鐘以后，你就能安排妥當重做一次實驗。這一點很重要，因為在真
正的實驗工作中，從來沒有一個人頭一次就“把它搞對了”。事后的思考是成功的秘訣（還有一些別的因素）。對于學習來說，有害和有妨礙的事情，莫過于由于“實驗設(shè)備已經(jīng)拆掉了”或者由于“實驗室已經(jīng)關(guān)門”（或由于別的莫明其妙的理由）而不善于在實驗以后繼續(xù)進行思考。
最后，我還希望通過課外實驗去培養(yǎng)學生具有我稱之為的“對現(xiàn)象的鑒賞力”。我希望學生用自己的雙手去創(chuàng)造出一個場面，能使他的眼睛、耳朵和頭腦既感到新鮮、驚奇，又感到十
分愉快……
Frank S. Crawford，1923-2003，畢業(yè)于加州大學伯克利分校，并在此工作至1991年退休。其研究領(lǐng)域涉及粒子物理、天文物理，以及日常生活中的物理現(xiàn)象等。
第1章 簡單體系的自由振動
第2章 多自由度體系的自由振動
第3章 受迫振蕩
第4章 行波
第5章 反射
第6章 調(diào)制、脈沖和波包
第7章 二維和三維的波
第8章 偏振
第9章 干涉和衍射
教學說明
課程組織
行波有很大的美學上的魅力，從它開始似乎是很自然的。然而，盡管波動在美學和數(shù)學上是很美的，但是它在物理上卻是相當復(fù)雜的，因為它涉及大量粒子之間的相互作用。既然我強調(diào)的是物理體系而不是數(shù)學，那么，我就先從最簡單的物理體系開始，而不先講最簡單的波。
第1章 簡單體系的自由振動 首先，我們回顧一下一維諧振子的自由振動，強調(diào)慣性和回復(fù)力的物理特點，ω2的物理意義，以及對于一個實際體系，要得到簡諧運動，振動的振幅不能太大。其次，我們考慮兩個耦合振子的自由振動，并引入簡正模式的概念。我們強調(diào)簡正模式就像一個“擴展”的諧振子，它的所有部分都以相同頻率和相位振動，并強調(diào)對于一個
給定的簡正模式，ω2的物理意義與一維振子的相同。
可省略的內(nèi)容 在全書中，有一些物理體系反復(fù)出現(xiàn)，教師不必全都討論，學生也不必全學。本章例2和例8都是質(zhì)量和彈簧的縱向振動，分別是一個自由度（例2） 和兩個自由度
（例8）的情況。在以后各章里，我們把這種體系推廣到許多自由度和連續(xù)體系中去（經(jīng)受縱
向振動的橡皮繩和玩具彈簧），并把這種體系當作一個模型，以幫助理解聲波。如果教師想省
略聲音這一部分，那么也可以從一開始略去一切縱向振動部分。同樣，例4和例10分別為一
個自由度與兩個自由度的ＬＣ電路。在以后各章中，我們還要把這種電路推廣到ＬＣ網(wǎng)絡(luò)和連
續(xù)傳輸線上去。因此，如果教師想省略傳輸線中電磁波的討論，他可以從一開始就略去所有ＬＣ電路的例子。（他可以這樣做而仍然能夠透徹討論電磁波，即從第7章起，用麥克斯韋方程討論電磁波。）不要省略橫向振動（例3和例9）。
課外實驗 我們極力推薦課外實驗1.24（盆水晃動模式） 和有關(guān)的習題1.25（湖面波
動），其目的是要讓學生開始“自己動手”。課外實驗1.8（兩盒拴在一起的肉湯罐頭） 可以
用來做一次很好的課堂演示。當然，你們也許已經(jīng)有條件可以做一個這類的示范實驗（耦合擺）。然而，甚至作為課堂示范，我仍然主張用玩具彈簧和肉湯罐頭來作演示，雖然它們是簡陋的，但這樣做可以鼓勵學生自己動手。
第2章 多自由度體系的自由振動 我們把自由度數(shù)目從兩個推廣到很大數(shù)目，并求出在一根連續(xù)弦上的橫向振動模式———駐波。我們定義ｋ，并引進色散關(guān)系的概念，給出ω與ｋ的函數(shù)關(guān)系。在2.3節(jié)中，我們利用弦的各種振動模式來導(dǎo)出周期函數(shù)的傅里葉分析。在2.4節(jié)中，我們給出了各種串有珠子的彈簧的嚴格色散關(guān)系。
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