改变世界的物理学 第2版PDF电子书下载

第一章 导论 1

1.1世界为什么变化这么快 2

1.2从自然哲学到物理学 4

一、中国古代的世界图景和哲学观 4

二、古代西方哲学观和物理知识 5

三、古代阿拉伯的物理知识 6

四、欧洲中世纪的科学为何发展缓慢 6

1.3经典物理学产生的条件和建立过程 7

一、文艺复兴 7

二、天文学的突破 8

三、伽利略和近代力学的诞生 9

四、笛卡儿、惠更斯和牛顿 9

1.419世纪物理学的成就和危机 10

一、电磁现象的研究 10

二、从法拉第到麦克斯韦 11

三、热力学与统计物理的建立和发展 11

四、经典物理学的“危机”，两朵乌云和三大发现 12

1.520世纪物理学的发展及其特点 12

一、向微观世界和宇宙空间进军 12

二、向新事物和“复杂性”进军 13

三、物理学与高新技术 14

1.6物理学的社会教育和思想文化功能 16

一、科学的双重功能 16

二、物理学是“求真”的 17

三、物理学是“至善”的 17

四、物理学是“美”的 18

参考资料 20

第二章 航天与力学 22

一、牛顿生平 23

2.1万有引力定律的发现 23

二、月亮为什么不掉下来 24

三、万有引力定律的建立 26

四、海王星的发现 27

2.2宇宙速度与动量及机械能守恒 29

一、火箭推进原理与动量守恒定律 29

二、机械能守恒定律 32

三、三个宇宙速度 34

四、多级火箭 37

2.3卫星运动与角动量守恒 39

一、人造地球卫星是怎样发射的 41

二、椭圆轨道与角动量守恒定律 43

三、失重现象及其解释 46

2.4人造地球卫星的应用 48

一、通信卫星 48

二、气象卫星 49

三、地球资源卫星 51

四、科学探测卫星 52

五、太空实验 53

附录2.A火箭推进与齐奥尔科夫斯基公式 54

附录2.B人造地球卫星等航天器的返回 57

习题 59

参考资料 59

第三章 无处不在的波 61

3.1振动 61

一、一个弹簧振子的振动 61

二、振动的描述 63

三、电（偶极）振子模型 64

一、声波——纵波 65

二、波的描述 65

3.2声波 65

三、声压、声强级和噪声 67

3.3电磁波概述 68

一、电磁波发现的历史 68

二、电磁波谱 73

三、无线电波的产生 74

四、电磁波——横波 77

3.4光的反射、折射和全反射 77

一、惠更斯原理 77

二、镜面反射 77

三、两种媒质界面上光的折射和反射 78

四、全反射 81

3.5光的干涉、衍射和偏振 82

一、光的干涉 82

二、光的衍射和分辨本领 86

三、全息照相 88

四、有趣的偏振光 90

3.6无线电波、广播和电视 92

一、无线电波的传播 92

二、无线电广播 96

三、传真和电视 98

四、频带宽度、载波频率和频道数目的关系 99

3.7微波、雷达及其应用 100

一、微波通信 100

二、雷达、多普勒效应 100

三、微波能的利用 102

习题 104

参考资料 104

第四章 奇妙的有色和无色世界——光与物质的相互作用 105

4.1光的量子性 105

一、光电效应 105

二、康普顿效应 109

三、电子对效应 111

四、三种效应的相对重要性 112

五、光的“波粒二重性” 113

4.2量子能级间的跃迁和辐射谱 114

一、原子的定态和量子能级 114

二、能级间跃迁的玻尔公式 115

三、原子、分子和固体的光谱概述 116

4.3颜色从哪里来 119

一、光的三原色 119

二、色视觉 120

三、光与原子相互作用的振子模型 122

四、天空为什么是蓝色的 124

五、云为何是白色的 126

六、物质的颜色和光的吸收 127

4.4红外线与紫外线 128

一、红外线的产生和吸收 128

二、红外线的探测及其应用 131

三、紫外线的性质、应用及其防护 133

附录4.A黑体辐射 136

参考资料 139

习题 139

第五章 微观世界及其探索 141

5.1揭开研究微观世界序幕的三大发现 142

一、X射线的发现 142

二、放射性的发现 144

三、电子的发现 147

5.2原子结构 150

一、卢瑟福散射和原子核的发现 150

二、玻尔模型 153

三、电子的波粒二重性 160

四、粒子运动的测不准关系 163

5.3X射线与原子结构 164

一、X射线的产生和X射线谱 164

二、X射线的应用 168

5.4原子核的结构 169

一、中子的发现 169

二、一种新的相互作用力——核力 173

三、核能来源 174

四、α，β和γ放射性衰变 178

五、核子结构 181

六、神秘的反物质 183

5.5探索微观世界奥秘的近代技术 184

一、电子显微镜 185

二、质子激发X射线荧光分析（PIXE） 189

三、中子活化分析 191

四、高能电子散射和粒子对撞机 192

五、扫描隧道显微镜（STM） 194

六、原子力显微镜 198

习题 200

参考资料 201

第六章 光彩夺目的新光源 203

6.1激光产生原理与激光器结构 204

一、激光产生原理 204

二、激光简史和我国的激光技术 207

三、激光器的结构 208

四、激光器的种类 211

6.2激光的特性及应用 213

一、激光的主要特性 213

二、激光应用简介 214

一、同步辐射的发现 219

6.3同步辐射光源的发现和特性 219

二、中国科学家的贡献 221

三、同步辐射的特性 222

6.4同步辐射装置和应用简介 225

一、同步辐射光源的组成部分 225

二、同步辐射装置的发展 227

三、同步辐射应用简介 228

习题 236

参考资料 237

第七章 物理学与材料科学 238

7.1物质结构的基础知识 238

二、分子的键型和构形 239

一、元素是构成材料的最小单位 239

三、晶体的结合类型和结构 242

四、晶体特性 244

五、非晶凝聚态物质 245

7.2半导体 247

一、什么是半导体 247

二、本征半导体和杂质半导体 250

三、半导体硅材料 251

四、半导体材料的应用简介 252

一、超导体的基本特性 256

7.3超导材料 256

二、常规超导与高温超导 259

三、超导应用简介 260

7.4新型磁功能材料 261

一、电子自旋 261

二、什么是巨磁电阻效应 262

三、产生巨磁电阻的基本原理 263

四、巨磁电阻效应的应用 264

7.5纳米材料与C60结构 265

一、纳米材料 265

二、纳米加工与原子操纵 267

三、举世瞩目的C60 270

7.6先进陶瓷与新型金属 271

一、先进陶瓷 271

二、新型金属 273

参考资料 273

第八章 信息技术 275

8.1信息和信息技术 275

一、信息的重要作用 275

8.2信息的获取 276

二、信息技术发展的三个时期 276

一、传感器技术 277

二、遥感技术及其分类 279

三、不同波段的三类遥感及其应用 281

8.3信息的传输 283

一、移动通信手段的发展 284

二、电子邮件 284

三、卫星通信 284

四、光纤通信 285

五、数字通信技术 286

一、信息的处理 287

8.4信息的处理和应用 287

二、信息技术的广泛应用 290

参考资料 291

第九章 物理学是能源科学的基础 292

9.1能源概况 292

一、能源及其分类 292

二、物理学与能源科学 293

三、能源与环境 294

四、能源危机 296

9.2能源利用和开发 296

一、热能及其到机械能的转换 297

二、电能 300

三、机械能 300

四、太阳能 302

五、干争的氢能 304

9.3裂变反应堆——核电站 305

一、裂变发现及裂变能的释放 305

二、链式反应的可能性及可控性 308

三、可控链式反应的实现 308

四、核电站简介 311

五、核电的优势及发展概况 314

六、新一代核电站的研究开发 315

9.4可控热核聚变反应 316

一、如何实现自持的聚变反应 317

二、太阳中的热核聚变反应——引力约束 318

三、磁约束装置 320

四、惯性约束核聚变——激光核聚变 321

附录9.A空气质量监测与空气污染指数 322

习题 323

参考资料 324

第十章 医学中的物理学 325

10.1生物电磁效应在诊断和治疗中的作用 326

一、生物电的发现 326

二、人体生物电的由来 326

三、心肌细胞的电兴奋和人工心脏起搏 327

四、生物磁现象 328

五、磁场与人体健康 328

10.2超声在医学上的应用 329

一、超声波的产生和接收 329

二、超声波的特性 330

三、超声诊断 331

四、利用超声多普勒技术测量血流速度 332

五、超声治疗 333

10.3放射性药物在诊断和治疗中的应用 333

一、放射性的基本规律 334

二、短寿命核素的生产和保存 338

三、放射性药物用于诊断 339

四、放射性药物用于治疗 339

10.4激光在医学上的应用 340

一、激光的生物效应 340

二、激光刀用于切割（气化）或烧灼治疗 341

四、低功率激光的医学应用 342

三、激光纤维内窥镜 342

10.5神奇的粒子手术刀 343

一、γ刀 343

二、医用电子直线加速器 345

10.6CT技术和磁共振成像技术 345

一、从X射线摄影到XCT和ECT 345

二、磁共振成像 348

习题 353

参考资料 354

第十一章生命科学与物理学 355

一、对生命现象认识的发展 356

11.1什么是生命 356

二、从细胞水平看生命 359

三、从分子水平看生命（DNA简介） 361

四、蛋白质 364

五、STM和AFM技术在生命科学中的应用 364

11.2生命源于遗传信息 366

一、信使RNA分子和遗传密码 367

二、DNA芯片 368

三、基因工程及其应用，克隆技术 369

附录11.A生物体是一个开放的具有自组织性的耗散结构 370

附录11.B细胞的大小 373

参考资料 374

第十二章相对论和宇宙 376

12.1陌生的高速世界 377

一、爱因斯坦的“追光实验” 377

二、时间（同时性）的相对性 378

三、高速旅行可以长寿吗 380

四、高速运动的物体会缩短吗 381

五、光速能够超越吗 383

一、质量随速度而变化 384

12.2相对论动力学，质能关系 384

二、改变世界的方程——质能关系式 385

12.3广义相对论简介 388

一、光线在太阳旁的偏折和空时弯曲 388

二、双星的引力辐射 389

12.4宇宙学大意 390

一、可观测宇宙的概貌 390

二、宇宙在膨胀——哈勃红移 393

三、早期宇宙的遗迹——3开微波背景辐射 395

四、宇宙年龄的估计 396

五、大爆炸宇宙学（宇宙学的标准模型） 397

12.5恒星的诞生、演化及其归宿 400

一、星际物质和恒星的诞生 400

二、恒星的演化及其归宿 402

三、从“天关客星”到脉冲星的发现 403

四、黑洞 404

12.6太阳系和地球的起源与演化 406

一、太阳系概貌 406

二、太阳系的起源和演化 407

三、地球的起源和演化 407

四、做人是幸运的 409

参考资料 410

习题 410

第十三章从20世纪物理学看世界 412

13.1物理学的方法论 412

一、模型方法为什么灵 412

二、科学假说的重要作用 413

三、类比方法在科学发现和理论构建中的重要性 415

四、“统一性”是物理学的执着追求 416

五、向“边缘”开拓，向“极限”挑战，从“交叉”处找突破口 417

一、认识论的相对性原理 418

六、物理学研究中个人与集体的关系 418

13.2物理学的认识论 418

二、认识始于变革 419

三、从相对真理到绝对真理 421

四、对科学家失误的认识 422

五、科学技术是一把“双刃剑” 423

六、既是演员，又是观众 423

参考资料 423

物理常数和天文常数表 425

习题答案 428