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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”5

1-3试论东方哲学与西方哲学的异同8

一、哲学是什么？——东西方不同的“开局”8

二、从《易经》到老庄哲学和元气论12

三、西方哲学为何对近代科学起促进作用？15

1-4 文艺复兴和科学革命两种文化的分裂17

1-5 可持续发展呼唤东西方文化的融合21

1-6 21世纪需要科学文化与人文文化的融合23

附录1A谁最早发现美洲？24

思考题27

参考资料27

第二章 经典力学的建立和发展29

2-1坐标系位置矢量速度30

2-2从哥白尼到开普勒32

一、向地心说挑战——哥白尼创立日心说32

二、开普勒行星运动三定律34

2-3伽利略和近代力学的诞生37

一、坚持真理支持哥白尼学说37

二、斜面实验提出自由落体定律和惯性运动概念38

三、伽利略对科学方法的贡献41

2-4牛顿和经典力学的成熟41

一、牛顿简历41

二、牛顿运动三定律42

三、万有引力定律的创立过程43

四、牛顿的自然哲学思想50

五、站在巨人肩上的牛顿51

六、牛顿物理学的局限性52

2-5动量守恒定律机械能守恒定律52

一、动量力的冲量动量守恒定律53

二、机械运动的两种量度——动量和动能55

三、重力势能功机械能守恒定律56

四、进一步讨论几个问题57

2-6弹性和振动58

一、胡克定律和弹性势能58

二、振动的描述61

2-7角动量角动量守恒定律63

一、从开普勒第二定律引进角动量概念63

二、角动量守恒定律及其应用65

思考题66

习题66

参考资料68

第三章 从静电现象到电磁波69

3-1静电和静磁现象的研究70

一、静磁和静电现象的早期研究70

二、库仑定律72

三、从库仑定律的建立看类比方法的重要性75

3-2电流的产生及其磁效应76

一、从动物电研究到伏打电堆发明76

二、奥斯特发现电流磁效应77

三、安培对电流磁效应的深入研究79

3-3电磁感应定律82

一、电磁感应现象的发现82

二、创造性的科学思维——磁感线与场概念的引入84

三、带电粒子在电场和磁场中所受的力和场强的定义88

四、磁通量91

五、楞次定律92

六、法拉第电磁感应定律及其应用93

七、做一个“平凡的法拉第”96

3-4麦克斯韦电磁场理论的建立与电磁波的发现97

一、一场伟大的变革97

二、麦克斯韦方程组的建立98

三、预言电磁波实现第三次大综合100

思考题102

习题103

参考资料104

第四章 光的本性是什么？105

4-1光的微粒说106

一、牛顿对光的色散的研究106

二、牛顿的微粒说107

4-2光的波动说108

一、惠更斯的波动说108

二、光的反射109

三、光的折射110

四、光的全反射111

4-3光的干涉衍射偏振113

一、双缝干涉和薄膜干涉113

二、单缝衍射和单孔衍射仪器分辨率116

三、光的偏振119

4-4光的波粒二象性122

一、光电效应和爱因斯坦的“光子”假设122

二、康普顿效应126

4-5多普勒效应及其应用128

4-6玻尔公式光的共振吸收激光原理131

一、两能级原子与光的相互作用131

二、爱因斯坦关于受激辐射的预言和激光的发明132

三、激光冷却玻色-爱因斯坦凝聚134

4-7激波和切连科夫辐射134

附录4A光速的测量136

思考题138

习题138

参考资料138

第五章 打开微观世界研究大门的三大发现140

5-1X射线的发现141

一、阴极射线的发现及其本性的争论141

二、一种新射线的发现143

三、偶然中有必然144

四、X射线的本性和应用145

5-2放射性的发现145

一、贝可勒尔的一个惊人的意外发现145

二、贝可勒尔的“先验观念”和居里夫人的新的突破147

三、α、β和γ三种射线151

四、放射性衰变规律153

5-3电子的发现156

一、阴极射线本性之争宣告结束156

二、要敢于突破传统观念158

三、电子发现对现代科学和技术发展的深远意义158

附录5A卡文迪许实验室159

一、追求卓越不断开拓新的研究领域159

二、善于选择和培养优秀人才160

三、优良的传统和学风161

思考题161

习题161

参考资料162

第六章 物质观的革命——量子论163

6-1开创物理学新时代的“量子”概念的提出164

一、背景——两朵乌云164

二、观念的根本突破——“能量量子化”假设164

三、量子观念在“非难”中得到发展168

6-2第一个钻到原子中心的人——卢瑟福169

一、J.J.汤姆孙的原子模型169

二、α粒子探针的奇迹169

三、卢瑟福的“原子核式结构”模型的提出和遭遇171

四、卢瑟福的预言和“中子”的发现172

6-3和谐的乐章——玻尔模型173

一、行星模型的鉴赏家174

二、玻尔原子结构模型的基础174

三、玻尔模型175

四、玻尔模型的贡献与困难180

五、哥本哈根精神181

6-4德布罗意与物质波184

一、一个从文科转到理科的博士生184

二、物质波的提出185

三、电子波动性的实验验证187

6-5描写物质波动的方程及波函数的统计解释189

一、薛定谔波动方程189

二、波函数的统计解释薛定谔对生命科学的新贡献190

三、对量子力学作出重要贡献的其他物理学家191

四、一场在20世纪传为佳话的科学争论192

思考题196

习题196

参考资料196

第七章 热力学基础熵与概率统计规律性198

7-1热的本质热功当量199

一、从燃素到热质199

二、伦姆福的发现热的动力说199

三、焦耳实验热功当量的测定200

7-2温度热力学温标理想气体物态方程201

一、温度201

二、热力学温标与理想气体物态方程203

7-3相变相变潜热临界点和三相点204

7-4热力学第一定律及其应用208

一、等温膨胀过程中体系对外做功内能209

二、热力学第一定律210

三、气体的比定容热容和比定压热容210

四、卡诺循环与热机效率212

7-5热力学第二定律与熵的玻耳兹曼公式216

一、宏观不可逆性与洛施密特佯谬216

二、概率与熵玻耳兹曼公式217

三、热力学第二定律的各种表述221

7-6麦克斯韦分布和玻耳兹曼分布223

7-7信息与概率的关系——信息量的定义226

一、信息量定义与平均信息量226

二、概率相同的n个同类事件的平均信息量举例227

附录7A混沌230

附录7B关于全球气候变化研究的新进展236

思考题239

习题239

参考资料240

第八章 时空观的革命——相对论241

8-1光速不变性和同时性的相对性242

一、力学相对性原理和伽利略变换242

二、测量“以太风”的迈克耳孙-莫雷实验244

三、爱因斯坦的追光佯谬狭义相对论的两个基本原理246

四、由光速不变原理导出时间延缓248

8-2洛伦兹收缩洛伦兹变换速度相加定律250

一、由光速不变原理导出洛伦兹收缩250

二、洛伦兹变换252

三、速度相加定律254

8-3质能关系255

一、质-能等价关系的导出255

二、狭义相对论中的多普勒效应259

三、核的聚变和裂变太阳能260

8-4广义相对论简介263

一、等效原理和广义协变原理263

二、有引力场的空间-时间是弯曲的266

三、广义相对论的实验验证269

四、一位伟大的科学家和思想家272

附录8A关于天体物理学和宇宙学若干问题的对话273

思考题278

习题278

参考资料279

第九章 物理亦文化281

9-1现代物理学的认识论281

一、认识论的相对性原理282

二、什么实验最美？284

三、测量与信息287

四、物质结构观的演变290

9-2现代物理学的方法论294

一、模型方法的实质294

二、对称性在物理学中的地位295

9-3从相对真理到绝对真理人择原理298

附录9A人类社会的历史301

附录9B地球上生物的进化史304

思考题305

参考资料305

结束语人类从何处来？向何处去？307

附录 关于治学之道的若干思考312

参考资料317

习题答案318

附表320