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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

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