文科物理教程

《文科物理教程》介紹物理學中力學、熱學、電磁學、光學、相對論和量子論的基本概念和基本規律，注重挖掘隱藏在這些物理概念背後的物理思想、歷史進程、社會影響和科技應用。除了基本概念和規律之外，還介紹牛頓和他的《自然哲學的數學原理》，宇宙的起源與演化，混沌概念，麥克斯韋速率分佈律與統計概念，熵、信息和能量，經典力學、熱學與第一次技術革命，經典電磁理論與第二次技術革命，現代通信與信息社會，光學的工程應用，狹義相對論產生的歷史背景，狹義相對論的啟迪，哥本哈根學派與EPR學派的爭論近代物理與第三次技術革命等內容。

緒論1

第1章 力學概論5

1.1 牛頓和他的《原理》5

1.1.1 牛頓生平5

1.1.2 《原理》的基本內容6

1.1.3 牛頓的自然觀和科學方法9

1.2 質點的運動10

1.2.1 質點運動的描述10

1.2.2 牛頓運動定律13

1.2.3 機械能與機械能守恆定律15

1.2.4 動量與動量守恆定律17

1.3 剛體的運動19

1.3.1 剛體的轉動19

1.3.2 轉動定律20

1.3.3 剛體繞定軸轉動的功能關係23

1.3.4 角動量和角動量守恆定律24

1.4 機械振動與機械波27

1.4.1 簡諧振動27

1.4.2 簡諧振動的能量30

1.4.3 簡諧振動的合成31

1.4.4 阻尼振動 受迫振動 共振32

1.4.5 機械波的一般概念32

1.4.6 平面簡諧波33

1.4.7 波的衍射35

1.4.8 波的干涉35

1.4.9 多普勒效應37

1.4.10 聲波39

1.5 宇宙的起源與演化40

1.5.1 宇宙學與宇宙學原理40

1.5.2 宇宙的起源——宇宙大爆炸40

1.5.3 哈勃定律44

1.5.4 宇宙的年齡45

1.5.5 地球的年齡46

1.5.6 太陽的年齡46

1.5.7 銀河系的年齡47

1.5.8 天體運動中的混沌現象47

思考題與習題49

第2章 熱學概論52

2.1 熱現象的微觀理論52

2.1.1 氣體動理論的幾個基本概念52

2.1.2 理想氣體壓強與溫度的微觀解釋54

2.1.3 能量均分定理 內能56

2.2 麥克斯韋氣體速率分佈律58

2.2.1 分子速率分佈函數59

2.2.2 麥克斯韋氣體分子速率分佈律59

2.2.3 三種統計速率60

2.2.4 氣體分子的碰撞理論61

2.2.5 大氣的組成62

2.3 經典熱力學的形成和發展63

2.3.1 熱力學第一定律的建立64

2.3.2 熱力學第二定律的建立69

2.3.3 熱力學第三定律的建立72

2.4 熱力學定律及其應用73

2.4.1 熱力學第一定律73

2.4.2 熱力學第二定律80

2.5 熵、信息和能量82

2.5.1 熵82

2.5.2 熵與信息84

2.5.3 熵與能量87

2.6 經典力學、熱學與第一次技術革命88

2.6.1 經典力學與科學革命88

2.6.2 經典熱學與技術革命89

思考題與習題94

第3章 電磁學概論96

3.1 靜電場的概念與規律96

3.1.1 電荷及相關定律96

3.1.2 電場97

3.1.3 靜電場中的導體和電介質103

3.2 穩恆磁場的概念與規律104

3.2.1 磁場與磁感應強度104

3.2.2 畢奧？薩伐爾定律106

3.2.3 磁場高斯定理107

3.2.4 安培環路定理109

3.2.5 磁場對運動電荷的作用111

3.2.6 載流導線在磁場中所受的力111

3.2.7 磁場中的磁介質112

3.3 電磁感應的概念與規律113

3.3.1 電磁感應現象113

3.3.2 電磁感應相關定律113

3.3.3 感應電動勢114

3.3.4 自感和互感117

3.3.5 電磁感應的應用118

3.4 麥克斯韋與電磁場理論123

3.4.1 麥克斯韋簡介123

3.4.2 位移電流與電磁場基本方程的積分形式126

3.4.3 麥克斯韋方程組128

3.5 經典電磁理論與第二次技術革命129

3.5.1 第二次技術革命的科學理論支持129

3.5.2 經典電磁理論與電動機、發電機的發明129

3.5.3 新通信工具的發明與應用131

3.5.4 靜電的應用132

3.5.5 電磁場的應用135

3.6 現代通信與信息社會137

3.6.1 電磁波138

3.6.2 無線電通信139

3.6.3 電磁屏蔽技術141

思考題與習題144

第4章 光學概論146

4.1 光的電磁理論與光的特性146

4.1.1 光的電磁理論146

4.1.2 光矢量147

4.1.3 光程147

4.2 光的干涉149

4.2.1 相干光的獲得149

4.2.2 雙縫干涉150

4.2.3 洛埃鏡實驗152

4.2.4 薄膜干涉152

4.3 光的衍射156

4.3.1 光的衍射現象157

4.3.2 惠更斯？菲涅耳原理157

4.3.3 單縫夫琅和費衍射157

4.3.4 光柵衍射159

4.3.5 光學儀器的分辨本領162

4.4 光的偏振164

4.4.1 線偏振光與自然光164

4.4.2 馬呂斯定律165

4.4.3 布儒斯特定律166

4.5 光學的工程應用167

4.5.1 光纖通信167

4.5.2 液晶技術168

4.5.3 光彈性效應170

4.5.4 克爾效應170

4.5.5 旋光效應171

4.5.6 磁光效應171

4.5.7 立體電影172

4.5.8 數碼照相機173

思考題與習題174

第5章 相對論基礎176

5.1 狹義相對論產生的歷史背景176

5.1.1 電磁理論在伽利略變換下的非協變性176

5.1.2 邁克耳孫？莫雷實驗的零結果178

5.1.3 洛倫茲的理論179

5.1.4 龐加萊的卓見181

5.2 相對論的時空觀183

5.2.1 愛因斯坦小傳183

5.2.2 洛倫茲變換的導出185

5.2.3 速度的變換187

5.2.4 狹義相對論的時空觀188

5.2.5 相對論的幾何描述194

5.3 相對論動力學197

5.3.1 相對論質量197

5.3.2 質能關係199

5.3.3 能量-動量關係201

5.4 相對論的啟迪202

5.4.1 相對論對物理學的影響202

5.4.2 相對論對人類思維發展的影響203

5.4.3 相對論對哲學的影響204

思考題與習題205

第6章 量子論基礎207

6.1 黑體輻射與普朗克量子假設207

6.1.1 歷史背景207

6.1.2 黑體輻射208

6.1.3 普朗克公式211

6.1.4 黑體輻射應用212

6.2 光電效應及康普頓效應213

6.2.1 光電效應213

6.2.2 愛因斯坦光子假說214

6.2.3 康普頓效應216

6.3 玻爾的氫原子理論217

6.3.1 氫原子光譜的實驗規律 218

6.3.2 玻爾的氫原子理論219

6.3.3 玻爾理論對氫原子光譜的解釋221

6.4 物質波與不確定關係223

6.4.1 德布羅意波223

6.4.2 德布羅意波的統計解釋224

6.4.3 不確定關係225

6.5 量子力學基礎225

6.5.1 微觀粒子狀態的描述226

6.5.2 波函數的物理意義226

6.5.3 薛定諤方程228

6.6 哥本哈根學派與EPR學派的爭論230

6.7 近代物理學與第三次技術革命235

6.7.1 近代物理學的建立和發展235

6.7.2 第三次技術革命237

6.7.3 近代物理學的實際應用239

6.8 激光與紅外244

6.8.1 激光器的發明244

6.8.2 激光的原理246

6.8.3 激光的特性249

6.8.4 激光的應用250

6.8.5 紅外技術252

6.9 固體能帶與半導體255

6.9.1 固體的能帶255

6.9.2 絕緣體、導體和半導體256

6.9.3 半導體的導電機理257

6.9.4 P-N結258

思考題與習題259

附錄A 歷屆諾貝爾物理學獎匯總261

附錄B 世界十大經典物理實驗269

附錄C 著名物理學家英語生平272

附錄D 部分習題參考答案279

參考文獻283