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第一章 绪论——物理学改变世界 1

一、物理学在改变着世界 1

二、什么是物理学 5

三、为什么学习物理学 10

四、怎样学习物理学 23

思考题与问答题 24

本章参考文献 24

第二章 经典力学简介——对物体运动规律的思考 25

第一节 人类对物体运动规律的认识 25

一、人类对天体运动的认识 25

二、伽利略与经典力学的诞生 30

第二节 对物体运动规律的描述 36

一、描述物体运动的基本概念和基本物理量 36

二、运动的合成与分解 42

三、曲线运动 44

第三节 牛顿与经典力学 46

一、牛顿运动定律 46

二、力学中几种常见的力 50

三、牛顿的科学思想方法 55

第四节 三大守恒定律 56

一、能量守恒定律 57

二、动量守恒定律 68

三、角动量守恒定律 74

四、守恒定律在物理学中的地位与作用 79

第五节 机械振动与机械波 79

一、机械振动及其描述 80

二、机械波及其特点 87

思考题与问答题 101

习题 103

本章参考文献 105

第三章 热力学熵——“永动机”带来的启示 107

第一节 热运动的基本规律 107

一、热温度 107

二、热力学第一定律 112

三、热力学第二定律 121

四、宏观不可逆性 124

第二节 熵 127

一、熵概念的引入 127

二、熵恒增＝能贬值 130

三、熵的统计意义 132

第三节 熵概念的拓展 136

一、熵与信息 136

二、不可逆与自组织 139

三、熵与生命 141

四、宇宙的热寂 143

五、熵与人类社会 145

思考题与问答题 148

习题 149

本章参考文献 150

第四章 电磁学简介——从电磁现象到信息传播 151

第一节 电磁现象及其研究 151

一、人类对电、磁现象的认识 151

二、场与场线的概念 161

三、静电场与恒定磁场 164

第二节 电磁感应 174

一、电磁感应现象的发现 174

二、法拉第电磁感应定律 177

第三节 电磁波 181

一、麦克斯韦方程组及电磁场理论 181

二、预言电磁波 光的电磁理论 186

三、赫兹实验 188

四、麦克斯韦的科学思想方法给人们带来的启示 190

第四节 无线电波 192

一、无线电波的产生与传播 192

二、无线电通信 196

三、雷达、微波通信和光纤通信 197

思考题与问答题 199

习题 201

本章参考文献 202

第五章 光的本性的研究——是波还是粒子 203

第一节 光的微粒说 203

一、光的直线传播及反射、折射定律 204

二、光的微粒说 207

第二节 光的波动理论 208

一、光的波动说 208

二、光的干涉、衍射、偏振 211

第三节 光的波粒二象性 228

一、光电效应 光的波动说遇到的困难 228

二、黑体辐射 “能量子”概念的提出 229

三、爱因斯坦的“光量子”假设 232

四、光的波粒二象性 235

思考题与问答题 236

习题 237

本章参考文献 238

第六章 相对论简介——时间与空间交融 239

第一节 狭义相对论的时空观 239

一、伽利略变换 绝对时空观 239

二、狭义相对论的基本原理 洛伦兹变换 241

三、爱因斯坦的相对时空观 243

第二节 爱因斯坦方程 247

一、质能关系 247

二、核能 250

第三节 广义相对论简介 251

一、广义相对论的基本原理 251

二、广义相对论的实验验证 254

三、相对论遇到的挑战 259

思考题与问答题 259

习题 260

本章参考文献 261

第七章 物质结构——微观世界探秘 262

第一节 奇葩怒放的三大发现 262

一、X射线的发现 262

二、放射性的发现 264

三、电子的发现 266

四、卢瑟福的“原子核式结构” 268

第二节 原子核的奥秘 269

一、中子的发现 269

二、核力 270

三、核子结构 271

四、神秘的反物质 273

第三节 探索微观世界奥秘的近代技术 274

一、电子显微镜 274

二、扫描隧穿显微镜 275

第四节 神奇的同步辐射 277

一、同步辐射 278

二、我国的同步辐射事业 279

思考题与问答题 279

本章参考文献 280

第八章 量子物理基础——物质观的革命 281

第一节 玻尔的贡献 281

一、玻尔模型的建立 282

二、玻尔模型的贡献与困难 287

三、哥本哈根精神 288

第二节 物质波 289

一、德布罗意假设 289

二、实物粒子的波粒二象性 291

三、不确定原理 293

第三节 描写物质波的波动方程及波函数的统计解释 295

一、波函数及其统计解释 295

二、薛定谔方程 297

思考题与问答题 298

习题 299

本章参考文献 299

第九章 物理学家的思维方法 301

第一节 问题——物理学发现之源 301

一、从科学实践与科学理论的矛盾中产生问题 301

二、从科学理论内部的矛盾中产生问题 302

第二节 极端思维——物理学家的重要创新思维 302

第三节 类比思维——物理学家创新的钥匙 303

一、类比是提出假设的重要途径 304

二、类比推理能有效激发科学家的想象 304

三、类比可导致技术上的发明创造 305

思考题与问答题 307

本章参考文献 307

结束语 物理学的认识论和方法论 308

一、物理学的认识论 308

二、物理学的方法论 310

三、科学是一柄双刃剑 312

本章参考文献 313

专题选读Ⅰ 宇宙的起源和演化 314

一、人类对宇宙的认识 314

二、宇宙的起源 315

三、宇宙的演化 319

四、暗物质与暗能量之谜 329

思考题与问答题 332

本章参考文献 333

专题选读Ⅱ 激光 334

一、两能级间原子与光的相互作用 334

二、粒子数反转 336

三、光学谐振腔 337

四、激光器 337

五、激光的特性 338

六、激光的应用 339

思考题与问答题 341

专题选读Ⅲ 超导技术及其应用 342

一、低温下的奇迹——超导现象的发现 342

二、超导体的基本性质 344

三、传统超导体的微观机制 344

四、超导隧道效应 345

五、两类超导体 346

六、高温超导体的发现 346

七、超导技术与超导应用 347