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第一章 两种文化的历史演变1

1-1 源远流长的中华文明2

一、五千年光辉历史的回眸——夏商周断代工程2

二、中国四大发明对世界文明作出伟大贡献3

1-2 探讨我国科学在历史上逐渐落后的原因——“李约瑟难题”4

1-3 试论东方哲学与西方哲学的异同7

一、哲学是什么？——东西方不同的“开局”7

二、从《易经》到老庄哲学和元气论9

三、西方哲学为何对近代科学起促进作用？11

1-4 文艺复兴和科学革命 两种文化的分裂13

1-5 可持续发展呼唤东西方文化的融合16

1-6 21世纪需要科学文化与人文文化的融合17

附录1 谁最早发现美洲？18

思考题20

参考资料20

第二章 经典力学的建立和发展22

2-1 坐标系 位置矢量 速度22

2-2 从哥白尼到开普勒24

一、向地心说挑战——哥白尼创立日心说24

二、开普勒行星运动三定律25

2-3 伽利略和近代力学的诞生28

一、坚持真理 支持哥白尼学说28

二、斜面实验 提出自由落体定律和惯性运动概念29

三、伽利略对科学方法的贡献32

2-4 牛顿和经典力学的成熟32

一、牛顿简历32

二、牛顿运动三定律33

三、万有引力定律的创立过程34

四、牛顿的自然哲学思想39

五、站在巨人肩上的牛顿40

六、牛顿物理学的局限性41

2-5 动量守恒定律 机械能守恒定律41

一、动量 力的冲量 动量守恒定律41

二、机械运动的两种量度——动量和动能43

三、重力势能 功 机械能守恒定律44

四、进一步讨论几个问题45

2-6 振动与波46

一、胡克定律和弹性势能46

二、振动的描述48

三、波的描述50

2-7 角动量 角动量守恒定律51

一、从开普勒第二定律引进角动量概念51

二、角动量守恒定律及其应用52

思考题53

习题53

参考资料55

第三章 从静电现象到电磁波56

3-1 静电和静磁现象的研究57

一、静磁和静电现象的早期研究57

二、库仑定律58

三、从库仑定律的建立看类比方法的重要性61

3-2 电流的产生及其磁效应61

一、从动物电研究到伏打电堆发明61

二、奥斯特发现电流磁效应62

三、安培对电流磁效应的深入研究64

3-3 电磁感应定律66

一、电磁感应现象的发现66

二、创造性的科学思维——磁感线与场概念的引入68

三、带电粒子在电场和磁场中所受的力和场强的定义71

四、磁通量74

五、楞次定律75

六、法拉第电磁感应定律及其应用76

七、做一个“平凡的法拉第”77

3-4 麦克斯韦电磁场理论的建立与电磁波的发现78

一、一场伟大的变革78

二、麦克斯韦方程组的建立79

三、预言电磁波实现第三次大综合81

思考题83

习题83

参考资料84

第四章 光的本性是什么？85

4-1 光的微粒说86

一、牛顿对光的色散的研究86

二、牛顿的微粒说86

4-2 光的波动说87

一、惠更斯的波动说87

二、光的反射88

三、光的折射89

四、光的全反射90

4-3 光的干涉 衍射 偏振91

一、双缝干涉和薄膜干涉91

二、单缝衍射和单孔衍射 仪器分辨率94

三、光的偏振97

4-4 光的波粒二象性99

一、光电效应和爱因斯坦的“光子”假设99

二、康普顿效应102

4-5 多普勒效应和激波104

一、声波多普勒效应104

二、电磁波多普勒效应及雷达105

三、激波和切连科夫辐射106

4-6 光的共振吸收 激光原理和激光冷却107

一、两能级原子与光的相互作用107

二、爱因斯坦关于受激辐射的预言和激光的发明108

三、激光冷却 玻色-爱因斯坦凝聚109

附录4 光速的测量110

思考题111

习题112

参考资料112

第五章 热力学基础 熵与概率 统计规律性113

5-1 热的本质 热功当量113

一、从燃素到热质113

二、伦姆福的发现 热的动力说114

三、焦耳实验 热功当量的测定115

5-2 温度 热力学温标 理想气体物态方程116

一、温度116

二、热力学温标与理想气体物态方程117

5-3 相变 相变潜热 临界点和三相点118

5-4 热力学第一定律及其应用121

一、等温膨胀过程中体系对外做功内能121

二、热力学第一定律122

三、气体的比定容热容和比定压热容123

四、卡诺循环与热机效率124

5-5 卡诺定理 热力学第二定律与熵的玻耳兹曼公式128

一、卡诺定理128

二、热力学第二定律的几种主要表述129

三、熵熵增加原理131

四、宏观不可逆性与洛施密特佯谬132

五、概率与熵 玻耳兹曼公式133

5-6 麦克斯韦分布和玻耳兹曼分布136

一、麦克斯韦速度分布律136

二、玻耳兹曼分布138

5-7 信息与概率的关系——信息量的定义139

一、信息量定义与平均信息量139

二、概率相同的n个同类事件的平均信息量举例140

附录5A混沌143

附录5B 气候变化引发全球危机148

思考题151

习题151

参考资料152

第六章 打开微观世界研究大门的三大发现153

6-1 X射线的发现154

一、阴极射线的发现及其本性的争论154

二、一种新射线的发现155

三、偶然中有必然156

四、X射线的本性和应用157

6-2 放射性的发现157

一、贝可勒尔的一个惊人的意外发现157

二、贝可勒尔的“先验观念”和居里夫人的新的突破159

三、α、β和γ 三种射线161

四、放射性衰变规律163

6-3 电子的发现166

一、阴极射线本性之争宣告结束166

二、敢于突破传统观念167

三、电子发现对现代科学和技术发展的深远意义168

附录6卡文迪许实验室168

思考题170

习题170

参考资料170

第七章 物质观的革命——量子论171

7-1 开创物理学新时代的“量子”概念的提出171

一、背景——两朵乌云171

二、观念的根本突破——“能量量子化”假设172

三、量子观念在“非难”中得到发展175

7-2 第一个钻到原子中心的人——卢瑟福176

一、J.J.汤姆孙的原子模型176

二、α粒子探针的奇迹176

三、卢瑟福的“原子核式结构”模型的提出和遭遇177

四、卢瑟福的预言和“中子”的发现178

7-3 和谐的乐章——玻尔模型179

一、行星模型的鉴赏家180

二、玻尔原子结构模型的基础180

三、玻尔模型181

四、玻尔模型的贡献与困难185

五、玻尔研究所的倡建186

7-4 德布罗意与物质波186

一、一个从文科转到理科的博士生186

二、物质波的提出187

三、电子波动性的实验验证189

7-5 描写物质波动的方程及波函数的统计解释191

一、薛定谔波动方程191

二、波函数的统计解释 薛定谔对生命科学的新贡献192

三、对量子力学作出重要贡献的其他物理学家192

四、一场在20世纪传为佳话的科学争论193

附录7哥本哈根精神195

思考题196

习题197

参考资料197

第八章 时空观的革命——相对论199

8-1 光速不变性和同时性的相对性199

一、力学相对性原理和伽利略变换199

二、测量“以太风”的迈克耳孙-莫雷实验201

三、爱因斯坦的追光佯谬 狭义相对论的两个基本原理203

四、由光速不变原理导出时间延缓205

8-2 洛伦兹收缩 洛伦兹变换速度相加定律206

一、由光速不变原理导出洛伦兹收缩206

二、洛伦兹变换208

三、速度相加定律210

8-3 质能关系210

一、质-能等价关系的导出211

二、狭义相对论中的多普勒效应215

三、核的聚变和裂变 太阳能216

8-4 广义相对论简介218

一、等效原理和广义协变原理218

二、有引力场的空间-时间是弯曲的220

三、广义相对论的实验验证222

四、一位伟大的科学家和思想家225

附录8 关于天体物理学和宇宙学若干问题的对话226

思考题230

习题230

参考资料230

第九章 物理亦文化232

9-1 现代物理学的认识论232

一、认识论的相对性原理233

二、什么实验最美？234

三、测量与信息236

四、物质结构观的演变239

9-2 观代物理学的方法论242

一、模型方法的实质242

二、对称性在物理学中的地位243

9-3 从相对真理到绝对真理人择原理246

附录9 人类社会历史所引发的思考248

思考题250

参考资料251

结束语 人类从何处来？向何处去？252

参考资料256

［附篇］ 关于治学之道的若干思考257

参考资料262

习题答案263

附表265