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第一章 人类社会为什么变化这么快？——物理学改变世界1

第一节 物理学在改变着世界1

一、物理学加速社会经济的发展2

二、物理学改善人们的生活方式2

三、物理学改变人们对世界的认识3

第二节 什么是物理学？4

一、物理学研究的对象和范围4

二、时间和空间5

三、物质结构及其运动规律6

四、物质间的相互作用8

第三节 物理学是自然科学的基础9

一、物理学在科学技术中的地位9

二、物理学是知识经济的基础14

三、物理学是科学的世界观和方法论的基础15

第四节 物理学的分支学科16

思考题与问答题（一）19

第二章 对物体运动规律的思考——经典力学的建立20

第一节 人类宇宙观的发展20

一、古代人类对天体运动的认识20

二、从哥白尼到开普勒21

三、伽利略与经典力学的诞生24

第二节 经典力学对运动的描述29

一、描述质点运动的基本概念和基本物理量30

二、运动叠加原理34

三、抛体运动34

四、曲线运动中的切向加速度和法向加速度35

五、圆周运动35

第三节 牛顿运动定律36

一、牛顿及其成就36

二、牛顿运动三定律37

三、几种常见的力40

四、牛顿的科学思想方法43

思考题与问答题（二）45

第三章 守恒定律与对称性47

第一节 三大守恒定律47

一、能量守恒定律——一切自然现象所遵循的规律47

二、动量守恒定律 人造卫星的发射55

三、角动量守恒定律 行星运行轨道59

第二节 守恒定律与对称性64

一、对称性与对称操作65

二、物理定律的对称性68

三、对称性与守恒定律69

四、守恒定律与对称性在物理学中的地位与作用71

第三节 对称性破缺72

一、对称性的自发破缺72

二、弱相互作用宇称不守恒73

思考题与问答题（三）75

第四章 周期运动的基本形式——机械振动与机械波76

第一节 简谐运动及其描述76

一、简谐运动的基本特征及其表达式77

二、简谐运动的能量79

三、描述简谐运动的基本物理量80

第二节 阻尼振动 受迫振动 共振81

一、阻尼振动81

二、受迫振动 共振82

第三节 机械波83

一、机械波产生的条件83

二、横波与纵波85

三、波传播过程中的基本概念和基本物理量85

第四节 平面简谐波 波的能量86

一、平面简谐波的表达式86

二、波动表达式的物理意义88

三、波在传播过程中质元振动的相位差89

四、波的能量 波的强度——能流密度90

第五节 波的衍射、反射和折射91

一、惠更斯原理91

二、波的衍射91

三、波的反射92

四、波的折射93

第六节 波的干涉94

一、波的叠加原理94

二、波的干涉 相干条件 相干波95

三、相干波的干涉加强与减弱95

第七节 多普勒效应96

一、声源不动、观察者相对于媒质以速度v0运动97

二、观察者不动，声源相对于介质以速度v8运动97

思考题与问答题（四）98

第五章 “永动机”带来的启示——热力学 熵99

第一节 蒸汽机带来的学问——热运动的基本规律99

一、热是什么——热运动说和热质说99

二、放之四海皆准——能量守恒104

三、来自实践——瓦特与蒸汽机107

四、第二类永动机之梦的破灭——热力学第二定律109

第二节 宏观不可逆性与熵的概念113

一、宏观不可逆性113

二、熵概念的引入115

三、对熵本质的认识118

四、熵恒增＝能贬值（能“质”的衰退）118

第三节 妖精的启示——熵与信息120

一、热力学概率与熵120

二、麦克斯韦妖123

三、熵与信息124

第四节 熵概念的拓展126

一、不可逆与自组织126

二、熵与生命127

三、热寂说129

四、熵与经济和社会131

五、地球系统——Gaia假设与自然观133

思考题与问答题（五）135

第六章 电磁学理论简介 信息传播137

第一节 电磁现象的早期研究137

一、人类对电和磁的认识137

二、创造性的科学思维——引入磁感线与场的概念145

三、静电场与稳恒磁场147

第二节 电磁感应155

一、电磁感应现象的发现156

二、亨利和楞次的贡献158

三、法拉第电磁感应定律159

第三节 电磁波164

一、一场伟大的变革164

二、麦克斯韦方程组的建立165

三、电磁场理论建立过程中的思想方法给人们带来的启示167

四、预言电磁波 光的电磁理论169

五、赫兹实验170

第四节 信息的载体——无线电波172

一、无线电波的产生与传播172

二、无线电通讯175

三、雷达、微波通讯和光纤通讯176

思考题与问答题（六）178

第七章 是波还是粒子？——光本性的研究179

第一节 几何光学简介179

一、光的直进定律180

二、光的反射折射定律 全反射180

三、透镜183

四、光的色散和吸收现象185

第二节 光的波动理论的崛起186

一、光的干涉186

二、光的衍射188

三、光的偏振193

第三节 光的波粒二象性194

一、光电效应 光的波动说遇到的困难194

二、黑体辐射“能量子”概念的提出195

三、爱因斯坦的“光量子”假设 光电效应方程198

四、康普顿效应199

五、光的波粒二象性200

思考题与问答题（七）201

第八章 时间与空间交融——相对论简介203

第一节 狭义相对论基础203

一、伽利略变换 绝对时空观203

二、狭义相对论原理 洛仑兹变换205

三、狭义相对论力学的一些重要的结论206

四、改变世界的方程——质能关系209

五、核能210

第二节 广义相对论简介212

一、广义相对论产生的背景212

二、光线在空中拐弯了213

三、弯曲的时空214

四、引力红移 引力时间延缓215

五、水星轨道近日点的进动217

六、引力波218

七、相对论遇到的挑战220

思考题与问答题（八）220

第九章 微观世界探秘——物质结构222

第一节 开启微观世界研究的门户——奇葩怒放的三大发现222

一、X射线的发现222

二、放射性的发现224

三、电子的发现226

四、卢瑟福的“原子核式结构”228

第二节 原子核的奥秘229

一、中子的发现229

二、一种新的相互作用力——核力230

三、核子结构231

四、神秘的反物质232

第三节 探索微观世界奥秘的近代技术234

一、电子显微镜234

二、扫描隧道显微镜234

第四节 神奇的同步辐射237

一、同步辐射237

二、我国的同步辐射事业238

思考题与问答题（九）239

第十章 量子风云录——量子物理基础240

第一节 玻尔的贡献240

一、玻尔模型的建立241

二、玻尔模型的贡献与困难245

三、哥本哈根精神246

第二节 德布罗意波247

一、“狮身人面像”——实物粒粒子的波粒二象性247

二、物质走向微小时行踪的诡秘——不确定关系249

三、物质波的提出250

第三节 描写物质波的波动方程及波函数的统计解释251

一、波函数及其统计意义252

二、薛定谔方程253

思考题与问答题（十）254

第十一章 物理学家的思维方法255

第一节 问题——物理学发现之源255

一、从科学实践与科学理论的矛盾中产生问题255

二、从科学理论内部的矛盾中产生问题256

第二节 极端思维——物理学家的重要创新思维256

第三节 类比思维——物理学家创新的钥匙257

一、类比是提出假设的重要途径257

二、类比推理能有效激发科学家的想象258

三、类比可导致技术上的发明创造259

思考题与问答题（十一）261

结束语 物理学的认识论和方法论262

一、物理学的认识论262

二、物理学的方法论264

三、科学是柄双刃剑266

专题选读Ⅰ 宇宙的起源和演化267

专题选读Ⅱ 激光289

专题选读Ⅲ 超导技术及其应用297