物理學概論

本書深入淺出地講解大學物理學知識，內容涉及從經典物理學到近代物理學的主要成就和進展，覆蓋20世紀以來近代物理學在探索自然奧秘的微觀、宏觀、宇觀這三個領域中的物理學基本問題及其發展前景。

品味創新擁抱自然——審閱《物理學概論》的一些隨想(代序)

前 言

第一章 人類社會為什麼變化這麼快?——物理學改變世界

第一節 物理學在改變著世界

一、物理學加速社會經濟的發展

二、物理學改善人們的生活方式

三、物理學改變人們對世界的認識

第二節 什麼是物理學?

一、物理學研究的對象和範圍

二、時間和空間

三、物質結構及其運動規律

四、物質間的相互作用

第三節 物理學是自然科學的基礎

一、物理學在科學技術中的地位

二、物理學是知識經濟的基礎

三、物理學是科學的世界觀和方法論的基礎

第四節 物理學的分支學科

思考題與問答題(一)

第二章 對物體運動規律的思考——經典力學的建立

第一節 人類宇宙觀的發展

一、古代人類對天體運動的認識

二、從哥白尼到開普勒

三、伽利略與經典力學的誕生

第二節 經典力學對運動的描述：

一、描述質點運動的基本概念和基本物理量

二、運動疊加原理

三、拋體運動

四、曲線運動中的切向加速度和法向加速度

五、圓周運動

第三節 牛頓運動定律

一、牛頓及其成就

二、牛頓運動三定律

三、幾種常見的力

四、牛頓的科學思想方法

思考題與問答題(二)

第三章 守恆定律與對稱性

第一節 三大守恆定律

一、能量守恆定律——一切自然現象所遵循的規律

二、動量守恆定律人造衛星的發射

三、角動量守恆定律行星運行軌道

第二節 守恆定律與對稱性

一、對稱性與對稱操作

二、物理定律的對稱性

三、對稱性與守恆定律

四、守恆定律與對稱性在物理學中的地位與作用

第三節 對稱性破缺

一、對稱性的自發破缺

二、弱相互作用宇稱不守恆

思考題與問答題(三)

第四章 周期運動的基本形式——機械振動與機械波

第一節 簡諧運動及其描述

一、簡諧運動的基本特徵及其表達式

二、簡諧運動的能量

三、描述簡諧運動的基本物理量

第二節 阻尼振動受迫振動共振

一、阻尼振動

二、受迫振動 共振

第三節 機械波

一、機械波產生的條件

二、橫波與縱波

三、波傳播過程中的基本概念和基本物理量

第四節 平面簡諧波波的能量

一、平面簡諧波的表達式

二、波動表達式的物理意義

三、波在傳播過程中質元振動的相位差

四、波的能量 波的強度——能流密度

第五節 波的衍射、反射和折射

一、惠更斯原理

二、波的衍射

三、波的反射

四、波的折射

第六節 波的干涉

一、波的疊加原理

二、波的干涉 相干條件 相干波

三、相干波的干涉加強與減弱

第七節 多普勒效應

一、聲源不動、觀察者相對於媒質以速度運動

二、觀察者不動，聲源相對於介質以速度運動

思考題與問答題(四)

第五章“永動機”帶來的啟示——熱力學熵

第一節 蒸汽機帶來的學問——熱運動的基本規律

一、熱是什麼——熱運動說和熱質說

二、放之四海皆準——能量守恆

三、來自實踐——瓦特與蒸汽機

四、第二類永動機之夢的破滅——熱力學第二定律

第二節 宏觀不可逆性與熵的概念

一、宏觀不可逆性

二、熵概念的引入

三、對熵本質的認識

四、熵恆增===能貶值(能“質”的衰退)

第三節 妖精的啟示——熵與信息

一、熱力學概率與熵

二、麥克斯韋妖

三、熵與信息

第四節 熵概念的拓展

一、不可逆與自組織

二、熵與生命

三、熱寂說

四、熵與經濟和社會

五、地球系統——Gaia假設與自然觀

思考題與問答題(五)

第六章 電磁學理論簡介信息傳播

第一節 電磁現象的早期研究

一、人類對電和磁的認識

二、創造性的科學思維——引入磁感線與場的概念

三、靜電場與穩恆磁場

第二節 電磁感應

一、電磁感應現象的發現

二、亨利和楞次的貢獻

三、法拉第電磁感應定律

第三節 電磁波

一、一場偉大的變革

二、麥克斯韋方程組的建立

三、電磁場理論建立過程中的思想方法給人們帶來的啟示

四、預言電磁波 光的電磁理論

五、赫茲實驗

第四節 信息的載體——無線電波

一、無線電波的產生與傳播

二、無線電通訊

三、雷達、微波通訊和光纖通訊

思考題與問答題(六)

第七章 是波還是粒子?——光本性的研究

第一節 幾何光學簡介

一、光的直進定律

二、光的反射折射定律全反射

三、透 鏡

四、光的色散和吸收現象

第二節 光的波動理論的崛起

一、光的干涉

二、光的衍射

三、光的偏振

第三節 光的波粒二象性

一、光電效應 光的波動說遇到的困難

二、黑體輻射“能量子”概念的提出

三、愛因斯坦的“光量子”假設 光電效應方程

四、康普頓效應

五、光的波粒二象性

思考題與問答題(七)

第八章 時間與空間交融——相對論簡介

第一節 狹義相對論基礎

一、伽利略變換 絕對時空觀

二、狹義相對論原理 洛侖茲變換

三、狹義相對論力學的一些重要的結論

四、改變世界的方程——質能關係

五、核 能

第二節 廣義相對論簡介

一、廣義相對論產生的背景

二、光線在空中拐彎了

三、彎曲的時空

四、引力紅移 引力時間延緩

五、水星軌道近日點的進動

六、引力波

七、相對論遇到的挑戰

思考題與問答題(八)

第九章 微觀世界探秘——物質結構

第一節 開啟微觀世界研究的門戶——奇葩怒放的三大發現

一、X射線的發現

二、放射性的發現

三、電子的發現

四、盧瑟福的“原子核式結構”

第二節 原子核的奧秘

一、中子的發現

二、一種新的相互作用力——核力

三、核子結構

四、神秘的反物質

第三節 探索微觀世界奧秘的近代技術

一、電子顯微鏡

二、掃描隧道顯微鏡

第四節 神奇的同步輻射

一、同步輻射

二、我國的同步輻射事業

思考題與問答題(九)

第十章 量子風雲錄——量子物理基礎

第一節 玻爾的貢獻

一、玻爾模型的建立

二、玻爾模型的貢獻與困難

三、哥本哈根精神

第二節 德布羅意波

一、“獅身人面像”——實物粒粒子的波粒二象性

二、物質走向微小時行蹤的詭秘——不確定關係

三、物質波的提出

第三節 描寫物質波的波動方程及波函數的統計解釋

一、波函數及其統計意義

二、薛定諤方程

思考題與問答題(十)

第十一章 物理學家的思維方法

第一節 問題——物理學發現之源

一、從科學實踐與科學理論的矛盾中產生問題

二、從科學理論內部的矛盾中產生問題

第二節 極端思維——物理學家的重要創新思維

第三節 類比思維——物理學家創新的鑰匙

一、類比是提出假設的重要途徑

二、類比推理能有效激發科學家的想象

三、類比可導致技術上的發明創造

思考題與問答題(十一)

結束語 物理學的認識論和方法論

一、物理學的認識論

二、物理學的方法論

三、科學是柄雙刃劍

專題選讀I 宇宙的起源和演化

專題選讀Ⅱ 激光

專題選讀Ⅲ 超導技術及其應用