物理之所以能成为很多工程专业的必修基础科目，是因为很多技术都来源于物理的发现和进展。即使在技术高速发展的当代，物理的新发现或者新进展，都会给技术创新带来无限的动力，它可以说是技术革命的源动力。但是，实际上物理课程学习带给人的不只是实用意义。更为重要的是通过物理学习，学到科学精神，学到物理思想和方法，学到很多处理问题的智慧。通过物理学习，可以提高推理能力，学会理性思考，养成理性思维的习惯。学习物理，不只是学习哪个定律，或者哪个定理、哪个结论如何。更为重要的是，通过物理学习，学会如何思考，如何分析、解决问题。甚至可以学习如何建立理论框架，搭建学科体系。
张三慧先生编著的《大学物理学》包含力学、热学、电磁学、光学和量子物理五篇，作为教材被国内各大院校广泛采用，是学习大学物理课程的经典教材。这套教材的主题风格是其科学性和系统性，准确流畅地叙述物理内容，由表及里、由浅入深地分析物理问题，深刻地挖掘物理思想，宣扬物理精神，其中也不乏对民族文化的自信。本书在讲述物理过程时，追求逻辑的严密性，但也不乏灵活通俗的讲解。不仅适用于像清华大学学生这样普通物理基础比较扎实的群体，也适用于其他具有微积分基础的普通物理初学者。比如，运动学就是从最基本的参考系讲起，介绍位移、速度、加速度等基本概念。介绍力的时候，既有像摩擦力、弹性力等常见力，也介绍四种基本力。也有不少篇幅介绍引潮力，解释各种自然现象。所以，这是一套适用面比较宽阔的教材。
课后习题也是本教材的一个特色。习题丰富，不仅有为初学者练习编写的题目，也有些题目的难度对于有一定普通物理基础的学习者而言仍具有挑战性。通过习题可以加深理解，掌握方法。另外书中还附有很多思考题，需要认真思考和分析。同学也可以用来互相讨论。
根据需要本教材隔一段时间会做一些修订，这次修订工作也同往常一样，得到了使用教材的师生的大力支持，得到很多反馈意见。根据这些反馈意见，本次修订我们将延续本书的原有特点，继续贯彻原作者写书时的意图，基本保留原书的风貌，只是针对少数不合理的文字描述以及排版错误等进行修改。比较大的变动是把原来科学家的故事和今日物理趣闻的阅读材料全部删除，可通过二维码扫描进行扩展阅读。并且增加了很多知识点讲解的微视频。这次修订工作由清华大学物理系的三位教师合作完成。安宇负责力学和电磁学部分；阮东负责热学和光学部分；李岩松负责振动和波动、狭义相对论和量子物理部分。
我们希望能继续听到教师和学生关于本教材的修改建议和批评意见，通过以后的修订工作使教材不断完善。
安宇阮东李岩松2024年6月于清华园前言第5版前言这部《大学物理学》（第三版）含力学篇、热学篇、电磁学篇、光学篇和量子物理篇，共5篇。按照篇章的组织顺序，本套教材又分为两个版本，称为A版和B版。A版分为3册，第1册为《力学、热学》，第2册为《电磁学》（或《基于相对论的电磁学》，二选其一），第3册为《光学、量子物理》。B版分为2册，第1册为《力学、电磁学》，第2册为《热学、光学、量子物理》。读者可根据实际教学和学习的需要，选择使用A版或B版；其中A版中的第2册又分为两个版本《电磁学》或《基于相对论的电磁学》，选用A版的读者可选择其中一个版本使用。本册为A版的第2册《电磁学》。
根据使用过此书的教师与学生以及其他读者的反映，也考虑到近几年物理教学的发展动向，本书推出第三版。第三版内容的撰写与修改仍延续了第二版的科学性和系统性的特点，保持了原有的体系和风格，并在第二版的基础上，增加、拓宽了一些内容。
本书内容完全涵盖了2006年我国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以及光的偏振这种电磁波的横波特征。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。
第三版前言第三版前言以上力学、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）
他在信中写道本书170171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。帕塞尔回信复印件
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3篇电磁学
第12章静电场3
12.1电荷3
12.2库仑定律与叠加原理5
12.3电场和电场强度8
12.4静止的点电荷的电场及其叠加10
12.5电场线和电通量14
12.6高斯定律16
12.7利用高斯定律求静电场的分布18
提要23
思考题24
习题24
第13章电势28
13.1静电场的保守性28
13.2电势差和电势30
13.3电势叠加原理32
13.4电势梯度35
13.5电荷在外电场中的静电势能37
13.6电荷系的静电能38
13.7静电场的能量40
提要42
思考题43
习题44
第14章静电场中的导体48
14.1导体的静电平衡条件48
14.2静电平衡的导体上的电荷分布49
14.3有导体存在时静电场的分析与计算50
14.4静电屏蔽52
14.5唯一性定理53
提要56
思考题56
习题57
第15章静电场中的电介质59
15.1电介质对电场的影响59
15.2电介质的极化60
15.3D的高斯定律63
15.4电容器和它的电容68
15.5电容器的能量70
提要72
思考题73
习题74
第16章恒定电流78
16.1电流和电流密度78
16.2恒定电流与恒定电场80
16.3欧姆定律和电阻81
16.4电动势84
16.5有电动势的电路85
16.6电容器的充电与放电87
16.7电流的一种经典微观图像89
提要92
思考题93
习题93
第17章磁场和它的源96
17.1磁力与电荷的运动96
17.2磁场与磁感应强度97
17.3毕奥-萨伐尔定律100
17.4匀速运动点电荷的磁场105
17.5安培环路定理106
17.6利用安培环路定理求磁场的分布109
17.7与变化电场相联系的磁场111
17.8电场和磁场的相对性和统一性114
提要115
思考题116
习题117
第18章磁力120
18.1带电粒子在磁场中的运动120
18.2霍尔效应122
18.3载流导线在磁场中受的磁力124
18.4载流线圈在均匀磁场中受的磁力矩125
18.5平行载流导线间的相互作用力127
提要130
思考题131
习题132
第19章磁场中的磁介质137
19.1磁介质对磁场的影响137
19.2原子的磁矩138
19.3磁介质的磁化141
19.4H的环路定理143
19.5铁磁质145
19.6简单磁路149
提要151
思考题151
习题153
第20章电磁感应156
20.1法拉第电磁感应定律156
20.2动生电动势158
20.3感生电动势和感生电场161
20.4互感163
20.5自感165
20.6磁场的能量167
提要169
思考题170
习题171
第21章麦克斯韦方程组和电磁辐射175
21.1麦克斯韦方程组175
21.2加速电荷的电场176
21.3加速电荷的磁场179
21.4电磁波的能量181
21.5同步辐射184
21.6电磁波的动量185
21.7A-B效应187
提要190
思考题191
习题191
第4篇光学
第22章光的干涉197
22.1杨氏双缝干涉197
22.2相干光201
22.3光的非单色性对干涉条纹的影响203
22.4光源的大小对干涉条纹的影响205
22.5光程208
22.6薄膜干涉(一)等厚条纹210
22.7薄膜干涉(二)等倾条纹214
22.8迈克耳孙干涉仪216
提要217
思考题218
习题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单缝的夫琅禾费衍射224
23.3光学仪器的分辨本领228
23.4细丝和细粒的衍射230
23.5光栅衍射233
23.6光栅光谱238
23.7X射线衍射241
提要243
思考题244
习题244
第24章光的偏振247
24.1光的偏振状态247
24.2线偏振光的获得与检验249
24.3反射和折射时光的偏振251
24.4由散射引起的光的偏振252
24.5双折射现象253
24.6椭圆偏振光和圆偏振光257
24.7偏振光的干涉260
24.8人工双折射261
24.9旋光现象263
提要265
思考题265
习题266
第25章几何光学269
25.1光线269
25.2光的反射270
25.3球面反射镜272
25.4光的折射274
25.5薄透镜的焦距276
25.6薄透镜成像278
25.7人眼282
25.8助视仪器284
提要287
思考题288
习题290
第5篇量 子 物 理
第26章波粒二象性295
26.1黑体辐射295
26.2光电效应298
26.3光的二象性光子299
26.4康普顿散射303
26.5粒子的波动性305
26.6概率波与概率幅308
26.7不确定关系311
提要316
思考题317
习题317
第27章薛定谔方程320
27.1薛定谔得出的波动方程320
27.2无限深方势阱中的粒子323
27.3势垒穿透327
27.4谐振子331
提要333
思考题333
习题334
第28章原子中的电子336
28.1氢原子336
28.2电子的自旋与自旋轨道耦合345
28.3微观粒子的不可分辨性和泡利不相容原理350
28.4各种原子核外电子的组态351
28.5X射线355
28.6激光358
28.7分子结构361
28.8分子的转动和振动能级365
提要369
思考题371
习题371
第29章固体中的电子375
29.1自由电子按能量的分布375
29.2金属导电的量子论解释379
29.3量子统计380
29.4能带导体和绝缘体383
29.5半导体386
29.6PN结387
29.7半导体器件388
提要390
思考题392
习题392
第30章核物理394
30.1核的一般性质394
30.2核力398
30.3核的结合能399
30.4核的液滴模型402
30.5放射性和衰变定律404
30.6衰变408
30.7穆斯堡尔效应410
30.8衰变414
30.9核反应417
提要420
思考题421
习题421
元素周期表424
数值表425
部分习题答案428
索引429
二维码目录
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
大气电学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
超导电性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
麦克斯韦119
18-1120
18-2122
18-3124
18-4125
等离子体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
托马斯·杨和菲涅耳221
全息照相221
23-1223
23-2224
23-3228
23-4233
23-5233
23-6234
23-7238
23-8241
光学信息处理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
非线性光学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
德布罗意319
27-1320
27-2330
薛定谔335
28-1336
28-2349
28-3350
自由电子激光360
激光应用二例374
29-1375
29-2383
29-3386
新奇的纳米科技393
30-1394
30-2396
30-3398
30-4414
部分习题答案428
书单推荐
