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绪论1

一、物理学对人类文明的贡献1

二、学习物理学的重要性2

三、物理学与人文科学的关系3

四、人文学科学生学习物理学的意义4

第1章　古代物理学概要6

1.1 中国古代的物理学6

1.1.1 中国古代物理学的发展概况6

1.1.2　物质本原思想8

1.1.3 中国古代物理学的成就11

1.2　西方古代物理学的成就18

1.2.1 西方古代的自然哲学观18

1.2.2 西方古代的物理学成就21

思考与练习25

第2章　经典力学的发展及其对人类文明的贡献26

2.1　经典力学的初创26

2.1.1　哥白尼创立“日心说”26

2.1.2 开普勒发现行星三定律30

2.1.3 伽利略开创经典力学的研究方法34

2.2　牛顿建立经典力学体系38

2.2.1　牛顿及其科学成就39

2.2.2 牛顿运动定律及其重要意义41

2.2.3　发现万有引力定律43

2.2.4 牛顿的自然哲学思想和科学研究方法46

2.2.5 牛顿及经典力学的局限性47

2.3　经典力学的主要内容48

2.3.1 物体运动的描述48

2.3.2　运动的守恒定律53

2.3.3 刚体运动的规律59

2.3.4　流体运动的规律63

思考与练习66

第3章　波动学及其对人类文明的贡献68

3.1　机械振动68

3.1.1　机械振动的描述68

3.1.2 简谐振动的能量72

3.1.3　简谐振动的叠加72

3.1.4 阻尼振动 受迫振动 共振73

3.2　机械振动的传播——机械波76

3.2.1 波动的描述76

3.2.2 惠更斯原理79

3.2.3 波的叠加81

3.3　声波和超声波83

3.3.1　声波的基本参数83

3.3.2 多普勒效应及其应用84

3.3.3　超声、次声和噪声88

思考与练习92

第4章 电磁学的发展及其对人类文明的贡献93

4.1　静电现象及其规律93

4.1.1　对静电现象的认识过程93

4.1.2 两种电荷及其相互作用力94

4.1.3 电场及其描述96

4.1.4　静电场的高斯定理和环流定理98

4.2　静电场对物质的作用100

4.2.1　静电感应100

4.2.2 电介质的极化101

4.3　生物电现象102

4.4　电流及其磁效应104

4.4.1 电流及其产生条件104

4.4.2　奥斯特的伟大发现106

4.4.3 安培对电流磁效应的深入研究107

4.4.4 电流的磁场108

4.4.5　稳恒磁场的高斯定理和环流定理109

4.4.6　磁场对电流的作用110

4.4.7　磁介质113

4.4.8 巨磁电阻材料115

4.5　电磁感应116

4.5.1 电磁感应现象116

4.5.2 动生电动势与感生电动势119

4.5.3　涡电流及其典型效应121

4.6　电磁场与电磁波122

4.6.1 麦克斯韦的创新见解122

4.6.2 电磁波的产生、传播及其应用123

思考与练习128

第5章　光学的发展及其对人类文明的贡献129

5.1　几何光学的基本规律129

5.1.1　光的反射和折射130

5.1.2　全反射与光纤131

5.1.3　球面反射和球面折射133

5.1.4　透镜及光学仪器134

5.1.5　光学仪器135

5.2　光的波动性138

5.2.1 光的微粒说与波动说之争138

5.2.2　光的干涉140

5.2.3 光的衍射143

5.2.4　光的偏振147

5.3　光的发射和吸收151

5.3.1　光的发射151

5.3.2　光的吸收和散射154

5.3.3　光谱学简介157

思考与练习159

第6章　热学的发展及其对人类文明的贡献161

6.1　热学概述161

6.2　热学的早期研究163

6.2.1　热现象的描述163

6.2.2　温度的概念164

6.2.3　理想气体状态方程165

6.2.4　迈耶的发现166

6.2.5 焦耳的热功当量实验167

6.3　热力学第一定律168

6.3.1 热力学的基本概念168

6.3.2　热力学第一定律与第一类永动机170

6.3.3　理想气体的几个特殊热力学过程171

6.4　热力学第二定律与热机174

6.4.1 热机的诞生及其效率174

6.4.2　卡诺热机和卡诺定理176

6.4.3　热力学第二定律178

6.4.4　可逆过程和可逆循环179

6.5　熵增加原理及其意义179

6.5.1　熵的概念的提出180

6.5.2　热力学第二定律的统计意义182

6.5.3　熵增加原理与热寂说184

思考与练习187

第7章　X射线、电子、放射性三大发现对人类文明的贡献189

7.1 X射线的发现189

7.1.1 关于阴极射线本性的争论189

7.1.2　伦琴发现X射线191

7.1.3 X射线的本性和应用193

7.2　贝可勒尔发现放射性197

7.2.1 贝可勒尔的意外发现197

7.2.2　居里夫人的新的突破199

7.2.3　原子核及其放射性200

7.3　汤姆孙发现电子207

思考与练习211

第8章　狭义相对论的时空观与现代科技212

8.1　牛顿力学的绝对时空观212

8.1.1 伽利略变换212

8.1.2 牛顿力学的绝对时空观214

8.1.3 牛顿力学的相对性原理215

8.1.4 电磁学与牛顿力学的相对性原理216

8.2　狭义相对论产生的历史背景217

8.2.1 牛顿力学的局限性217

8.2.2　寻找以太无结果217

8.2.3 修改麦克斯韦电磁理论的尝试——发射理论221

8.3　狭义相对论的基本原理222

8.3.1 爱因斯坦生平与科学成就222

8.3.2　提出狭义相对论的科学背景223

8.3.3　狭义相对论的基本原理224

8.3.4　洛伦兹变换225

8.4　狭义相对论的时空观226

8.4.1 时序的相对性和因果律226

8.4.2 时间膨胀229

8.4.3 长度收缩231

8.4.4　双生子佯谬232

8.4.5　洛伦兹速度变换233

8.5　相对论的质速　质能关系234

8.5.1 质速关系234

8.5.2 质能关系235

8.5.3 质能关系的应用——原子能237

思考与练习238

第9章　量子论的物质观与现代科技240

9.1　量子论产生的背景240

9.1.1 黑体辐射定律240

9.1.2 普朗克能量子假说243

9.2　爱因斯坦的光子假设245

9.2.1　光电效应现象245

9.2.2 爱因斯坦的光子假设247

9.2.3　康普顿效应248

9.3　玻尔的氢原子量子论251

9.3.1 原子的有核模型251

9.3.2 氢原子光谱的实验规律252

9.3.3　玻尔的氢原子理论254

9.3.4　玻尔理论的验证——弗兰克-赫兹实验256

9.3.5　对玻尔原子理论的评价258

9.4　物质波259

9.4.1 物质波提出的背景259

9.4.2　德布罗意关系式260

9.4.3　德布罗意假设的实验验证260

9.4.4　不确定关系262

9.5　描写物质波的波函数264

9.5.1 波函数的引入264

9.5.2　波函数的物理意义265

9.5.3 波函数的标准条件266

9.5.4　描写微观粒子状态的基本方程——薛定谔方程267

9.5.5　一维势垒　隧道效应268

9.5.6　扫描隧道显微镜270

思考与练习271

第10章　宇宙学的发展与人类未来273

10.1　太阳系273

10.1.1 太阳274

10.1.2　八大行星274

10.2　宇宙学的基本概念281

10.2.1 宇宙的分层次结构282

10.2.2　宇宙的均匀性285

10.2.3　各向同性的膨胀287

10.3　宇宙大爆炸理论290

10.3.1 宇宙的起源290

10.3.2 3K微波背景辐射293

10.3.3　宇宙的膨胀动力学294

10.3.4　暗物质与暗能量295

10.3.5　宇宙的演化296

10.4　奇妙的黑洞298

10.4.1 黑洞及其视界298

10.4.2 黑洞的性质299

10.4.3 怎样探测黑洞300

10.4.4 宇宙中的黑洞的候选者301

10.4.5 白洞和虫眼（洞）302

10.5　宇宙的有限性与无限性304

10.5.1 宇宙有限和无限性观念的历史发展过程305

10.5.2 现代宇宙学是怎样看待宇宙的有限性和无限性308

思考与练习312

参考文献313