基础物理 I
这门课学什么
这门课是用微积分讲授的大学物理第 1 学期。内容包括牛顿力学、能量与动量、刚体转动、引力、狭义相对论、振动、波、流体和热力学，重点训练解题。续课 PHYS 201 讲电磁学、光学和量子力学。
内容摘要
这门课是耶鲁给数理基础好的学生开的大学物理第一学期。它覆盖牛顿力学、狭义相对论、振动与波、流体和热力学。Shankar 的重点不是记公式，而是从少数基本定律出发，用微积分一步步推出结论，再用习题训练定量推理。
第 1 阶段（第 1–11 讲）是牛顿力学。课程从一维运动学和矢量讲起，经过牛顿三定律、摩擦和斜面、功能定理和能量守恒、保守力判据、开普勒定律和万有引力，再到多体系统、动量守恒、火箭方程和碰撞。之后讲刚体转动、转动惯量、平行轴定理、力矩、静力平衡和陀螺。
第 2 阶段（第 12–15 讲）是狭义相对论。课程从伽利略变换和光速不变出发推出洛伦兹变换，讲同时性的相对性、时间膨胀、双生子佯谬和长度收缩，再引入四维矢量和能量动量守恒。第 3 阶段（第 16–24 讲）先补泰勒级数和复数，再讲简谐振动、阻尼与共振、波动方程、干涉、流体静力学与伯努利方程，最后讲温度、热量、热力学第一定律、卡诺热机和熵。
原课每周布置习题，有 1 次期中和 1 次期末考试，期末占 50%。课程用到一元微积分，推荐配合 Shankar 的数学预备书。Shankar 板书清晰，推导完整，常停下来解释每一步的物理含义，语气幽默。他根据这门课写成的教材也由耶鲁出版社出版。
学完后，学生能用牛顿定律、守恒律和相对论变换独立解题，也为电磁学和量子力学打下数学和物理基础。续课 PHYS 201 讲电磁学、光学和量子力学，也在 Open Yale Courses 上。
为什么值得学
讲师尚卡尔是著名理论物理学家和教材作者。他讲课清晰幽默，这门课是网上口碑最好的物理课之一。
课程信息
- 学校
- 耶鲁（Yale）
- 课程号
- PHYS 200
- 讲师
- 拉马穆尔蒂·尚卡尔（Ramamurti Shankar）
- 学期
- Fall 2006
- 平台
- Open Yale Courses
- 费用
- 免费
- 难度
- 入门
- 学时
- 24 讲 × 约 75 分钟
- 先修
- 需要高中物理和微积分基础。
- 材料
- 视频、讲义、考试
- 许可证
- CC BY-NC-SA 3.0
课程大纲 · 共 24 节
大纲依据：Fall 2006 Open Yale Courses 讲次列表；第 7、19 讲按 OYC 讲次页面和 YouTube 播放列表补齐（查看原始页面 ↗）
- 1课程导论与牛顿力学Course Introduction and Newtonian Mechanics
介绍课程安排。讲平均速度、瞬时速度和匀加速运动，用微积分推导运动学关系。
- 2多维空间中的矢量Vectors in Multiple Dimensions
讲二维矢量、坐标基选择和矢量求导。用圆周运动和抛体运动举例。
- 3牛顿运动定律Newton's Laws of Motion
讲惯性系和牛顿三定律，讨论力的本质和失重现象。
- 4牛顿定律（续）与斜面Newton's Laws (cont.) and Inclined Planes
讲静摩擦和动摩擦。解斜面、滑轮、转盘和过山车回环问题。
- 5功能定理与能量守恒定律Work-Energy Theorem and Law of Conservation of Energy
引入能量概念，推导功能定理和功率。讲能量守恒和摩擦的影响。
- 6高维空间中的能量守恒Law of Conservation of Energy in Higher Dimensions
讲二维中的功、点积和叉积。用交叉导数判断力是否保守，并应用到引力势能。
- 7开普勒定律Kepler's Laws
讲开普勒三定律，推导万有引力的形式、轨道周期和速度，以及远离地面的能量守恒。
- 8多体系统动力学与动量守恒定律Dynamics of a Multiple-Body System and Law of Conservation of Momentum
讲质心和动量守恒。推导火箭方程，分析弹性和非弹性碰撞。
- 9转动（一）：刚体动力学Rotations, Part I: Dynamics of Rigid Bodies
讲刚体转动的描述、转动惯量、角动量和转动动能。计算杆和圆盘的转动惯量。
- 10转动（二）：平行轴定理Rotations, Part II: Parallel Axis Theorem
推导平行轴定理和滚动物体的总动能。解圆盘力矩和滑轮问题。
- 11力矩Torque
讲静力平衡：跷跷板、靠墙杆和斜靠梯子。简介三维刚体动力学和陀螺。
- 12相对论导论Introduction to Relativity
从伽利略变换和光的介质问题讲起。提出相对论 2 条公设，推导洛伦兹变换。
- 13洛伦兹变换Lorentz Transformation
用 2 个观察者描述同一事件。讲同时性的相对性、时间膨胀、双生子佯谬和长度收缩。
- 14四维矢量导论Introduction to the Four-Vector
讨论因果悖论。引入时空间隔、固有时，以及速度和动量的四维矢量。
- 15相对论中的四维矢量Four-Vector in Relativity
讲能量动量四维矢量。用它分析相对论碰撞和守恒定律。
- 16泰勒级数与其他数学概念The Taylor Series and Other Mathematical Concepts
推导泰勒级数和常见函数的展开。讲复数的性质和极坐标形式，为简谐振动做准备。
- 17简谐振动Simple Harmonic Motion
讲线性方程的叠加和指数解。区分无阻尼、欠阻尼和过阻尼振动，引入受迫振动。
- 18简谐振动（续）与波动导论Simple Harmonic Motion (cont.) and Introduction to Waves
求受迫振动的完整解，讲共振。介绍纵波和横波，推导波动方程。
- 19波Waves
讲波动方程的通解、波的能量与功率、多普勒效应、干涉、双缝实验和乐器的振动模式。
- 20流体动力学、流体静力学与伯努利方程Fluid Dynamics and Statics and Bernoulli's Equation
讲压强随深度的变化、液压机和阿基米德原理。推导连续性方程和伯努利方程。
- 21热力学Thermodynamics
讲温度的定义和校准、比热、相变和 3 种传热方式。把热解释为原子动能。
- 22玻尔兹曼常数与热力学第一定律The Boltzmann Constant and First Law of Thermodynamics
从微观角度定义温度，介绍麦克斯韦-玻尔兹曼分布。讲准静态过程、内能和第一定律。
- 23热力学第二定律与卡诺热机The Second Law of Thermodynamics and Carnot's Engine
讲定压和定容比热、绝热过程。引入第二定律、熵和卡诺热机。
- 24热力学第二定律（续）与熵The Second Law of Thermodynamics (cont.) and Entropy
计算熵变，用熵表述第二定律，并说明熵的微观基础。