物理与文化 物理思想与人文精神的融合PDF电子书下载

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