本书及课程的面向对象为地球物理专业低年级的本科生，或者对于地球物理问题有兴趣的科学爱好者。目的是将“零基础”的地球物理初学者引进地球物理学宏大的知识殿堂。这项任务本身并不容易实现，因为常规地球物理专业课教学是面向高年级本科生的课程，需要应用大量数学工具及物理理论，对于低年级本科生并不友好；并且专注于讲解理论的精确推导及应用，学生往往在掌握了严密理论及推导细节的同时不容易把握地球科学的宏观知识体系。考虑到以上两个难点及主要的对象群体,本书及课程设计中主要体现的思路是“量级估计”的计算方法和思维方式。主要内容包括课程介绍及地球的力学模型，量级估计，引力、重力和潮汐，固体及弹性，振动和波动，物质的扩散和运移，流体问题，热的传导，地球的形成及结构等。

岳汉，北京大学地球与空间科学学院的副教授、博士生导师，主要研究方向为地震物理学。研究目标为通过多种数据及实验方法的应用，了解断层的加载释放过程，以期了解地震的发震孕震机理。自2017年入职北京大学以来每年开设2门本科生课程，受到学生的广泛好评。 曾获得北京大学青年教师教学基本功大赛一等奖（第三名）、最受同学喜爱奖、 优秀教学展示奖。

第一章 引言 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 1 1 .1 关于地球物理 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 1 1 .2 关于本书及课程 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 3 1 .3 地球的物理模型初探 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 5 第二章 量级估计与量纲分析 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 15 2.1 量级估计的基本思想 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 16 2.2 如何进行量级估计? … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 19 2.3 量纲分析 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 25 2.4 如何使用无量纲数? … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 32 第三章 引力、重力与潮汐 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 37 3 .1 引力及引力场 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 37 3 .2 地球的质量 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 42 3 .3 地球的形状 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 44 3 .4 重力 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 47 3 .5 潮汐 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 52 第四章 扩散 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 61 4.1 混合物 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 61 4.2 气体分子的热运动 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 62 4.3 扩散系数 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 66 4.4 扩散方程 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 67 4.5 浮力及空气密度分布 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 72 4.6 扩散方程的解 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 74 4.7 空气中的扩散问题 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 77 第五章 固体性质: 从微观到宏观 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 81 5 .1 原子的基本属性 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 82 5 .2 固体的宏观属性 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 84 第六章 振动与波动 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 95 6 .1 振动问题 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 96 6 .2 波动问题 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 101 第七章 流体 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 115 7.1 流体的特性及流场的描述 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 115 7.2 运动流体的受力 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 117 7.3 雷诺数 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 120 7.4 伯努利方程 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 122 7.5 管道流 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 124 7.6 流体的渗透和扩散 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 127 7.7 纳维-斯托克斯方程 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 131 第八章 热的产生与运移 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 133 8.1 热能与温度 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 133 8.2 温度与体积 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 135 8.3 热的产生 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 136 8.4 热的传递方式 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 137 8.5 绝热过程 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 145 8.6 地幔对流 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 147 8.7 随体微分 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 150 参考文献 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … 153