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第一章 导论 1

第一节 什么是科学 2

一、科学及科学方法 2

二、科学与伪科学、文化、艺术及宗教 5

第二节 什么是物理学 7

一、物理学的概念 7

二、物理学的分支 8

第三节 物理学中的科学思想及人文精神 9

一、物理学中的科学思想 9

二、物理学中的人文精神 11

第四节 物理学决定人类的未来 12

一、什么是人类 12

二、科技文明中人类的未来 13

复习思考题 15

第二章 如何描述运动 17

第一节 亚里士多德论运动 18

一、对运动常识性的看法 18

二、亚里士多德物理学的局限性 19

第二节 惯性定律 20

一、中世纪的认识 20

二、笛卡儿的认识 20

三、惯性定律的概述 21

第三节 描述运动的物理量 22

一、位置 22

二、速度 25

三、加速度 28

第四节 落体运动和抛体运动 30

一、落体运动 30

二、抛体运动 33

复习思考题 35

第三章 如何解释运动 37

第一节 力使物体产生加速度 38

一、什么是力 38

二、常见的力 39

三、力产生加速度 47

第二节 牛顿第二定律 49

一、合力的作用 49

二、牛顿第二定律概述 51

第三节 牛顿第三定律 51

一、作用力与反作用力 51

二、牛顿第三定律概述 52

第四节 牛顿定律的应用 54

一、在现代科技中的应用 54

二、牛顿定律中的人文思想 57

复习思考题 59

第四章 牛顿世界观 61

第一节 牛顿统一论 62

一、苹果和月亮的思考 62

二、牛顿统一论概述 64

第二节 引力：宇宙的起源 65

一、引力：太阳系演化的驱动力 65

二、引力：质量更大的恒星死亡的诱因 67

第三节 牛顿的机械宇宙观 69

一、牛顿世界观 69

二、机械世界观 69

第四节 牛顿物理学的局限性 70

一、适用范围的局限性 70

二、时空观的局限性 71

复习思考题 75

第五章 动量和能量 76

第一节 动量和角动量 77

一、动量和动量守恒 77

二、角动量和角动量守恒 81

第二节 功 84

一、做功 85

二、功率 86

第三节 能量 86

一、能量概述 86

二、能量守恒 89

第四节 未来的能量选择 91

一、能量效率 91

二、能量的来源 92

三、未来的能量选择概述 93

复习思考题 97

第六章 热现象及热力学基本定律 99

第一节 温度和热量 100

一、温度 100

二、热量 103

三、热传递 105

第二节 热力学第一定律 108

一、内能 108

二、热力学第一定律概述 109

第三节 热力学第二定律 113

一、热机 113

二、热力学第二定律概述 117

第四节 熵 120

一、熵的物理定义 120

二、熵的人文启示 124

复习思考题 125

第七章 光和电磁学 127

第一节 波 128

一、波的产生 128

二、波的特征量 129

三、多普勒效应 130

第二节 光 132

一、光的波动性 132

二、光的偏振 134

三、光的本性 135

第三节 电学 138

一、电荷 138

二、电流 140

三、电场 142

第四节 磁学 143

一、磁场 143

二、电磁感应 144

三、麦克斯韦的电磁场理论 145

四、电磁波谱 147

第五节 原子和原子核 149

一、原子模型 149

二、原子核与放射性 151

复习思考题 154

第八章 相对论和现代时空观 156

第一节 狭义相对论 157

一、运动的相对性 157

二、狭义相对论的基本假设 159

三、狭义相对论的时空观 160

四、质能等价 165

第二节 广义相对论 166

一、等效原理 167

二、引力和时空 169

三、相对论与政治及艺术 174

第三节 窥视宇宙 178

一、宇宙的起源 178

二、宇宙暴胀 180

三、暗物质 180

四、暗能量 181

第四节 探寻地外生命 182

一、地球上生命出现的条件 182

二、其他行星出现生命的可能性 183

复习思考题 185

第九章 量子观念 187

第一节 早期量子论 188

一、普朗克能量子假设 188

二、光的量子化 191

三、光的波粒二象性 193

第二节 物质的量子奥秘 194

一、德布罗意波：实物的波动性 194

二、物质波的实验验证 196

三、物质波的统计解释 196

第三节 量子力学 198

一、量子力学概述 198

二、不确定关系 203

三、量子非局域性 205

四、量子世界观 207

第四节 量子场 209

一、量子场论 209

二、量子电动力学 210

三、反物质 212

复习思考题 214

第十章 物理与人类未来 216

第一节 计算机的未来 217

一、摩尔定律的结束 217

二、虚拟现实 217

三、心力控制计算机 219

第二节 人工智能的未来 221

一、无处不在的机器人 221

二、人工智能与工业4.0 223

三、人工智能的未来概述 224

第三节 大数据与社会的未来 228

一、大数据规划城市 228

二、大数据帮助公共健康 229

三、大数据与私人数据安全 230

第四节 地球的未来 231

一、核武器 231

二、时空旅行 233

三、地球的危险 235

第五节 人类的未来 236

一、医学的未来 236

二、财富的未来 238

三、人类的未来概述 239

复习思考题 242

参考文献 244