附录B 外文原文

Introduction

The goal of physics is to provide an understanding of the physical world by developing the-ories based on experiments. A physical theory, usually expressed mathematically, describes how a given physical system works. The theory makes certain predictions about the physical system which can then be checked by observations and experiments. If the predictions turn out to correspond closely to what is actually observed, then the theory stands, although it remains provisional. No theory to date has given a complete description of all physical phe-nomena, even within a given subdiscipline of physics. Every theory is a work in progress.

The basic laws of physics involve such physical quantities as force, velocity, volume, and acceleration, all of which can be described in terms of more fundamental quantities. In mechanics, it is conventional to use the quantities of length (L), mass (M), and time (T); all other physical quantities can be constructed from these three.

1.1 Standards of Length, Mass, and Time

To communicate the result of a measurement of a certain physical quantity, a unit for the quantity must be defined. If our fundamental unit of length is defined to be 1.0 meter, for example, and someone familiar with our system of measure-ment reports that a wall is 2.0 meters high, we know that the height of the wall is twice the fundamental unit of length. Likewise, if our fundamental unit of mass is defined as 1.0 kilogram and we are told that a person has a mass of 75 kilograms, then that person has a mass 75 times as great as the fundamental unit of mass.

In 1960 an international committee agreed on a standard system of units for the fundamental quantities of science, called SI (Systegrave;me International). Its units of length, mass, and time are the meter, kilogram, and second, respectively.

Length

In 1799 the legal standard of length in France became the meter, defined as one ten-millionth of the distance from the equator to the North Pole. Until 1960, the official length of the meter was the distance between two lines on a specific bar of platinum-iridium alloy stored under controlled conditions. This standard was abandoned for several reasons, the principal one being that measurements of the separation between the lines are not precise enough. In 1960 the meter was defined as 1 650 763.73 wavelengths of orange-red light emitted from a krypton-86 lamp. In October 1983 this definition was abandoned also, and the meter was redefined as the distance traveled by light in vacuum during a time interval of 1/299 792 458 second. This latest definition establishes the speed of light at 299 792 458 meters per second.

Mass

The SI unit of mass, the kilogram, is defined as the mass of a specific platinum– iridium alloy cylinder kept at the International Bureau of Weights and Measures at Segrave;vres, France (similar to that shown in Fig. 1.1a). As wersquo;ll see in Chapter 4, mass is a quantity used to measure the resistance to a change in the motion of an object. Itrsquo;s more difficult to cause a change in the motion of an object with a large mass than an object with a small mass.

Time

Before 1960, the time standard was defined in terms of the average length of a solar day in the year 1900. (A solar day is the time between successive appearances of the Sun at the highest point it reaches in the sky each day.) The basic unit of time, the second, was defined to be (1/60)(1/60)(1/24) = 1/86 400 of the average solar day. In 1967 the second was redefined to take advantage of the high preci-sion attainable with an atomic clock, which uses the characteristic frequency of the light emitted from the cesium-133 atom as its “reference clock.” The second is

now defined as 9 192 631 700 times the period of oscillation of radiation from the cesium atom. The newest type of cesium atomic clock is shown in Figure 1.1b.

Approximate Values for Length, Mass, and Time Intervals

Approximate values of some lengths, masses, and time intervals are presented in Tables 1.1, 1.2, and 1.3, respectively. Note the wide ranges of values. Study these tables to get a feel for a kilogram of mass (this book has a mass of about 2 kilo-grams), a time interval of 1010 seconds (one century is about seconds), or two meters of length (the approximate height of a forward on a basketball team). Appendix A reviews the notation for powers of 10, such as the expression of the number 50 000 in the form .

Systems of units commonly used in physics are the Systegrave;me International, in which the units of length, mass, and time are the meter (m), kilogram (kg), and second (s); the cgs, or Gaussian, system, in which the units of length, mass, and time are the centimeter (cm), gram (g), and second; and the U.S. customary sys-tem, in which the units of length, mass, and time are the foot (ft), slug, and sec-ond. SI units are almost universally accepted in science and industry, and will be used throughout the book. Limited use will be made of Gaussian and U.S. custom-ary units.

Some of the most frequently used “metric” (SI and cgs) prefixes representing powers of 10 and their abbreviations are listed in Table 1.4. For example, 1023 m is equivalent to 1 millimeter (mm), and 103 m is 1 kilometer (km). Likewise, 1 kg is equal to 103 g, and 1 megavolt (MV) is 106 volts (V). Itrsquo;s a good idea to memorize the more common prefixes early on: femto- to centi-, and kilo- to giga- are used routinely by most physicists.

1.2The Building Blocks of Matter

A 1-kg (lt; 2-lb) cube of solid gold has a length of about 3.73.cm (lt;.1.5 in.) on a side. If the cube is cut in half, the two resulting pieces retain their chemical identity. But what happens if the pieces of the cube are cut again and ag

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附录A 译文

大学物理英文版第一章

介绍

物理学的目标是通过开发基于实验的理论提供对物理世界的理解。一个物理理论，通常用数学公式表达，描述一个给定的物理系统的工作原理。该理论对物理系统进行预测，然后通过观察和实验检验这些预测。如果预测的结果符合实际观测到的是什么，那么理论成立，虽然它仍然是暂时的。至今没有理论给所有物理现象完整的描述，即使是在一个给定的物理分支学科。每一种理论都在不断的发展。

物理学的基本定律涉及的力，速度，体积，和加速度等物理量，都可以从更基本的量描述。在力学中，通常使用的长度（L）的数量，质量（M），和时间（T）；所有其他的物理量，可以由这三个物理量推出。

1.1长度、质量和时间的定义

测量某个物理量，必须定义一个数量单位。如果我们的长度的基本单位是1米，例如，有人熟悉我们的测量报告，墙高2米的系统，我们知道墙的高度的两倍长度的基本单位。同样的，如果我们的基本质量单位定义为1公斤，有人告诉我们，一个人质量为75公斤，那么这个人有75倍质量的基本单位。

1960国际委员会同意在一个标准的单位系统科学的基本单位，称为SI（国际单位）。长度、质量和时间的单位分别是米、千克和，秒。

长度

1799年在法国，长度的法定标准成为米，定义为从赤道到北极的距离一千万分之一。直到1960年，官方一米的长度是两条线之间的距离在一个特定在控制下存放的条形铂铱合金。这个标准被废弃的原因有几个，最主要的一个是线之间的分离的测量不够精确。1960米被定义为橙红色的光从氪-86灯发射波长1 650 763.73。在1983年十月，这个定义也被弃，米被定义为一个1 / 299 792 458秒的时间间隔内，光在真空中走过的距离。这个最新的定义建立为299 792 458米每秒的速度的光。

质量

质量的国际单位是千克，定义为一个特定的铂铱合金圆柱体–质量保持在重量和在所谓的国际计量局，在法国塞弗尔。我们会在第4章看到，质量是用来衡量在一个物体的运动变化的电阻值。这导致大质量的物体比小质量物体运动变化更加困难。

时间

在1960之前，时间标准是定义于1900年，一个太阳日的平均长度。（一个太阳日太阳连续出场时间之间在最高点达到每一天）基于时间的定义，秒的基本单位，被定义为（1 / 60）（1 / 60）（1 / 24）= 1 / 86 400平均太阳日。1967年，秒被重新定义了，利用高精度的原子钟，它使用的铯-133原子发出的“参考时钟的频率。”秒现在定义为9 192 631 700次的振动周期从铯原子辐射。

近似值的长度，质量，和时间间隔

近似值的长度，质量，时间分别在表1.1，1.2，和1.3。注意值范围较宽。研究这些表获得一千克质量的感觉（这本书有一个质量约2千克），1010秒的时间间隔（一个世纪是秒），或两米的长度（一个前锋对篮球队的近似高度）。附录A对力量10的符号，如50000的表达形式。

常用的物理单位系统是国际单位，其中长度，质量和时间的单位，是米（m），千克（公斤），和秒（S）；CGS，或高斯，系统，其中长度，质量和时间的单位，厘米（cm），克（g），和第二；美国习惯体系，其中长度，质量单位，时间和英尺（FT），斯勒格，和秒。SI单位在科学和工业几乎被普遍接受，并将贯穿全书。高斯和美国自定义进制单位使用比较有限。

一些最常用的“度量”（SI和CGS）代表权力10及其缩写前缀列于表1.4。例如，米，相当于1毫米（mm），和米是1千米（公里）。同样，1公斤等于克，和1兆伏（MV）是伏（V）。记忆更常见的前缀早期它是一个好主意：飞秒-百-，和基洛-千兆通常大多数为物理学家所用。

1.2物质的构建模块

一千克（＜2磅）固体黄金立方体有一长约3.73.cm（lt;0。1.5。）的一方。如果立方体切成两半，产生的两件保持其化学特性。但如果立方体的碎片被一次又一次，下去会发生什么？希腊哲学家留基伯和德谟克利特不能接受这样的切割可以继续下去。他们推测的过程最终会结束时，它产生一个粒子可以不再被削减。在希腊，意思是“不可分割的atomos”。“从这个学期来我们英语单词原子，曾被认为是最小的物质颗粒，但被认为是一个更基本的粒子复合材料。

原子可以想像为一个小型太阳系，密集的、带正电的原子核占据了太阳的位置和带负电荷的电子像行星轨道。这样的原子模型，首先由伟大的丹麦物理学家尼尔斯玻尔发展了近一个世纪前，简单的原子如氢，仍然不能解释原子结构的许多细节。

注意到一个氢原子的大小，在表1.1中列出，亲吨核的大小是氢原子的十万倍。如果质子是一个乒乓球的大小，电子是一个细菌的大小的一个小点，绕质子一公里远！其他原子的类似构造。所以在普通物质空间有惊人的数量。

二十世纪初，原子核发现以后，问题都围绕有关它的结构。即使在今天原子核的结构仍然是一个活跃的研究领域，在30年代初科学家确定被两个基本实体关系的质子和中子的核占据。质子是自然界最常见正电荷的载体，但与符号相反的电子的电荷量相等。在决定什么是核元素的质子数。例如，一个原子核只有一个质子是氢原子核，不管有多少中子可能存在。额外中子对应不同的氢的同位素氘和氚-化学反应一样，氢，但更大规模的。一个原子的核中有两个质子，依然是氦，改变中子数量是有可能的。

1932年验证了中子的存在。中子不带电，质量约等于一个质子。除了氢，所有的原子核都含有中子，而质子间有强相互作用力。力对抗质子的强烈的电斥力，否则会导致核衰变。

他们的研究并没有停止在这；多年来表明，质子，中子，和其他外来颗粒是由六个粒子组成称为夸克。这些粒子被赋予了名字，上夸克、下夸克、粲夸克、奇夸克、顶夸克和底夸克。上夸克，粲夸克和顶夸克各携带电荷相等的质子，而下夸克，奇夸克和底夸克各携带电荷等于质子电荷。质子由两个上夸克和一个下夸克（见图1.2），给予正确的电荷的质子，中子是由1个下夸克和一个上夸克和一个零净电荷。

上、下夸克足以描述所有正常的事，所以其他四个夸克的存在，在高能实验间接观察到的，是一个神秘的东西。尽管有强有力的间接证据，没有孤立的夸克曾经被观察到。因此，可能存在更多的基本粒子仍然是纯粹。

1.3量纲分析

在物理中维度这个词表示数量的物理性质。例如两点之间的距离，可以用英尺或者米，这是不同的表达长度尺寸的方法。

在本节指定长度、质量和时间所使用的符号分别是L，M，T。括号[ ]会经常被用来表示一个物理量的尺寸。在这个符号，例如，速度V的维度写[V] = L / T，和尺寸的面积是面积，体积，速度和加速度的维度，列于表1.5，连同他们的单位在三种常见的系统。其它量的尺寸，如力和能量，将在后面介绍他们的介绍。

在物理学中是经常需要运用不同的数学表达式表示不同物理量的关系。分析这种表达的一种方式，称为量纲分析，利用了一个事实，维度可以看作是代数量。增加群众的长度，例如，是没有意义的，因此，数量可以增加或减少仅当它们具有相同的尺寸。如果一个方程两边的条款具有相同的尺寸，然后，方程可能是正确的，虽然正确性难以保证在尺寸上。尽管如此，量纲分析值作为方程的一部分检查也可用来开发洞察物理量之间的关系。

该程序可以通过使用它来开发之间的一些关系说明加速度，速度，时间，距离。距离X具有长度单位：时间维度[T] = T速度v的尺寸长度超过时间：[五] = L / T，和加速度的尺寸长度除以时间的平方：注意速度和加速度都有类似的维度，除了在加速时间的分母

看来这里可能涉及到正确的加速度和时间的距离；然而，这是不正确的方程的情额外维度。因此，

由此可以猜测，速度等于加速度乘以时间，V 5，这是真正的运动的特殊情况与恒定的加速度开始在休息。注意速度尺寸长度除以时间和距离尺寸的长度，这是合理的猜测，

但是这个等式不是正确的，恒定的加速度从静止开始。在这种情况下正确的表达12at2 x 5。这些例子足以表明使用三维分析发现物理量之间的关系的局限性。然而，这种简单的程序仍然可以在开发一个初步的对于一个给定的物理系统的数学模型的价值。此外，因为解决问题的时候很容易犯错，量纲分析可以用来检查结果的一致性。当一个方程的维数不一致，表明在前一个步骤出了错误。

1.4测量和有效数字的不确定性

物理学是一门依靠数学法则通过实验测验的科学。没有物理量可以确定完全准确，因为我们的感官的物理限制，即使使用显微镜，回旋加速器，和其他仪器。因此，发展确定测量精度的方法是很重要的。

所有的测量都与他们相关的不确定性。一个测量的精度主要取决于设备的灵敏度，对人进行测量的能力，以及数次重复测量。一旦测量，连同他们的不确定性，是已知的，这是通常的情况下，计算必须使用这些设备进行的测量。假设两测量相乘。当一个计算器来获得这种产品，有可能是在计算器窗口八位数，但往往只有两或三这些数字有什么意义。其余的没有价值，因为他们比实际上意味着在原有的测量更准确。在实验工作，确定保留多少个号码需要统计的应用和不确定性的数学传播。在不使用这些先进的工具，在众多的计算实际的教科书，所以不是一个简单的方法，用来表示数字的近似数，称为有效数字，应保留在计算结束。虽然这个方法不像数学那么严谨，但是很容易适用，效果非常好。

假设在实验中我们用米尺测量一个矩形板的面积。让我们假设的准确性，我们可以衡量一个特定尺寸的板。如果板的长度测量是16.3厘米，我们可以说它只是介于16.2厘米和16.4厘米之间。在这种情况下，我们说的测量值有三个重要人物。同样，如果板的宽度为4.5厘米，实际价值是4.4厘米和4.6厘米之间。该测量值只有两位有效数字。我们可以把测量值为0.1厘米和0.1厘米16.3 4.5。一般来说，一个重要的人物是一个可靠的已知数字（除了用于定位一个小数点一零）。注意，在每一种情况下，最终与它相关的一些不确定性，因此是不可靠的100%。尽管存在不确定性，这一数字是保留，是重要的因为它传达一些信息。

假设我们希望由两个MEA-sured值相乘找到板的面积。最终值之间的范围内（16.3 - 0.1厘米）（4.5 - 0.1.cm）=（16.2厘米）（4.4厘米）= 71.28和（16.3plusmn;0.1厘米）（4.50.1厘米）=（16.4厘米）（4.6厘米）= 75.44。自称了解百位，甚至十分之一的地方什么，没有任何意义，因为它是明确的，我们甚至不能肯定的单位的地方，无论是在71 1，5 75，或一些-凡之间。在十分之一和百分之一的地方显然不是显-着。我们对单位处的一些信息，所以这个数字是显著。相乘的数字在不确定的中间范围给出（16.3.cm）​​（4.5厘米）5 = 73.35，这也是在区域的不确定性范围的中间。因为百分之和十分之不显著，我们把它们和采取的答案为是73，为plusmn;2的不确定性。需要注意的是，答案有两个显著数字，数字的至少已知精确量乘以同一号码，4.5厘米宽。

计算为进行前项可以指示显著数字的正确数量，但这些计算是费时。相反，拇指的两个规则可以适用。第一，关于乘法和迪维-锡永，是如下：在相乘（分割）两个或更多个数量时，在最终产品显著数字（商）的数目是一样的显著数字的精确度最低的数被合并的因素，其中具有最低数量的显著人物最不准确的方法。

要获得显著数字最终数目，通常有必要做一些四舍五入。如果最后位下降小于5，只要简单地把数字。如果最后位下降大于或等于5，提高最后保留位1.

零可以是或可以不是显著数字。用于在这些数字的小数点位置为0.03和0.0075零点不考虑显著数字。因此，0.03有一个显著的身影，和0.0075有两个。

当零放置后其他位数的整数，还有一个possibil-性误解。例如，假设一个物体的质量给定为1500.g.这个值是不明确的，因为我们不知道是否在最后两个零被用于定位小数点或它们是否代表在测量显著数字。

用科学记数法来表示显著数字位数消除这种歧义。在这种情况下，我们表示质量为g如果在所测量的值的2个SIG-着的数字，克如果有三个显著数字，和g如果有四个。同样，0.00015表示在三英-tific符号，就好像它有两个显著数字或者，如果它有三个显著数字。小数点和数量0.00015数字1之间的三个零不计为显著的数字，因为他们只找到了小数点。在这本书中，大部分的数值例子和章末的问题将会产生具有两个或三个显著数字解答。

对于加减，最好把重点放在涉及中，而不是在显著数字号码的数量的小数位数。当加入数（减去），小数点后的结果数量应等于最小数量的任何期限的总和（DIF-ference）小数位。举例来说，如果我们希望计算123（零位小数）1 5.35（小数点后两位），答案是128（零位小数），而不是128.35。如果我们计算的总和1.000 1（小数点后四位）0.000 3（小数点后四位）= 1.000 4，其结果具有正确的小数位数，即四人。注意，对于乘显著数字规则并不在这里工作，因为答案有，即使一个在总和条款，0.000 3 5显著的数字，只有一个显著的身影。同样，如果我们执行subtraction1.002 - 0.998 = 0.004，结果有三位小数，因为在扣除每学期有三个小数位。

为了说明为什么这个规则应该持有，我们返回到我们增加123和5.35的第一个例子，和重写这些数值为5.35。写有一个数字是完全未知的，可以是任何位从0到9。现在我们排队123.与5.35相对于小数点并执行另外，使用未知位加入到已知或未知的数字，该规则产生一个未知：

我们因为一切都在总和小数点后只能有理由保持数128其实答案不得而知。该实施例表明控制的不确定性被引入到由具有最小位数的小数的术语的加或减。

1.5单位换算<!--

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