物理学与生活 原书第8版 修订版PDF电子书下载

第1章 物理学是基础科学 1

1.1 能量是怎么回事？ 2

1.1.1 关于全球变暖的争论 2

1.1.2 能量是怎样被卷入的？ 3

1.1.3 物理学和能量 3

1.2 科学事业 4

1.2.1 科学和彩虹 4

1.2.2 什么是科学方法？ 5

1.2.3 应当如何介绍科学？ 6

1.2.4 可以讨论的问题 6

1.3 物理学的范围 7

1.3.1 如何定义物理学？ 8

1.3.2 物理学的主要分支有哪些？ 8

1.4 测量和数学在物理学中的作用 9

1.4.1 为什么测量这么重要？ 9

1.4.2 数学能帮什么忙？ 10

1.4.3 为什么使用公制单位？ 10

1.5 物理学和日常现象 11

1.5.1 为什么要研究日常现象？ 11

小结 12

关键术语 13

概念题 13

练习题 14

综合题 15

实验与观测 15

第1单元 牛顿革命 18

第2章 运动的描述 18

2.1 平均速率和瞬时速率 19

2.1.1 平均速率的定义 19

2.1.2 速率的单位 19

2.1.3 瞬时速率 20

2.1.4 可以讨论的问题 21

2.2 速度 22

2.2.1 速率和速度的区别 22

2.2.2 矢量 23

2.2.3 瞬时速度的定义 23

2.3 加速度 23

2.3.1 平均加速度的定义 24

2.3.2 瞬时加速度的定义 25

2.3.3 加速度的方向 25

2.3.4 汽车速率不变时能做加速运动吗？ 25

2.4 运动的图形表示 26

2.4.1 一幅图形能告诉我们什么？ 26

2.4.2 速度图和加速度图 27

2.4.3 能根据速度图求走过的距离吗？ 28

2.5 匀加速运动 29

2.5.1 匀加速运动中速度怎样变化？ 30

2.5.2 走过的距离如何随时间变化？ 30

小结 31

关键术语 32

概念题 32

练习题 34

综合题 35

实验与观测 35

第3章 落体运动和抛体运动 37

3.1 重力引起的加速度 38

3.1.1 如何测量重力加速度？ 38

3.1.2 伽利略关于落体运动的观点与亚里士多德的观点有何不同？ 40

3.2 落体追踪 40

3.2.1 速度如何随时间变化？ 41

3.2.2 小球在不同时间里下落多大的距离？ 41

3.2.3 下抛小球 42

3.3 向上抛球 44

3.3.1 小球的速度如何变化？ 44

3.3.2 小球能飞到多高？ 45

3.4 抛体运动 46

3.4.1 抛体的轨迹是什么样子？ 46

3.4.2 飞行时间由什么决定？ 47

3.5 打靶 48

3.5.1 步枪射出的子弹会下落吗？ 48

3.5.2 橄榄球的飞行 49

3.5.3 怎样才能达到最大的距离？ 49

小结 52

关键术语 52

概念题 52

练习题 54

综合题 55

实验与观测 55

第4章 牛顿运动定律：运动的解释 57

4.1 历史简述 58

4.1.1 亚里士多德关于运动的原因有何看法？ 58

4.1.2 伽利略怎样挑战亚里士多德的看法？ 59

4.1.3 牛顿完成了什么业绩？ 59

4.2 牛顿第一运动定律和第二运动定律 60

4.2.1 什么是牛顿第一运动定律？ 60

4.2.2 力和加速度有什么关系？ 61

4.2.3 力怎样相加？ 62

4.3 质量和重量 64

4.3.1 如何对质量进行比较？ 64

4.3.2 如何定义重量？ 64

4.3.3 为何重力加速度与质量无关？ 65

4.4 牛顿第三运动定律 65

4.4.1 第三运动定律怎样帮助我们定义力？ 65

4.4.2 怎样用第三运动定律来认证力？ 66

4.4.3 骡子能够加速一辆小车吗？ 67

4.4.4 什么力使汽车加速？ 67

4.5 牛顿定律的应用 69

4.5.1 推沙发时涉及哪些力？ 69

4.5.2 跳伞运动员不开伞时会持续加速吗？ 69

4.5.3 小球扔出后发生了什么事情？ 70

4.5.4 怎样分析连接在一起的物体的运动？ 71

小结 72

关键术语 72

概念题 73

练习题 75

综合题 75

实验与观测 76

第5章 圆周运动、行星和引力 77

5.1 向心加速度 78

5.1.1 什么是向心加速度？ 78

5.1.2 怎样求速度的改变量△v？ 79

5.1.3 向心加速度的大小有多大？ 79

5.1.4 什么力产生向心加速度？ 79

5.2 向心力 80

5.2.1 什么力帮助汽车顺利通过弯道？ 80

5.2.2 弯道修成内低外高会发生什么？ 82

5.2.3 坐摩天轮时遇到哪些力？ 83

5.3 行星运动 84

5.3.1 早期的天球模型是什么样的？ 84

5.3.2 哥白尼与托勒密的模型有何区别？ 85

5.3.3 开普勒行星运动定律 86

5.4 牛顿万有引力定律 88

5.4.1 牛顿有什么惊人发现？ 88

5.4.2 什么是牛顿万有引力定律？ 88

5.4.3 重量与引力定律怎样关联？ 89

5.5 月球和其他卫星 90

5.5.1 如何解释月相？ 90

5.5.2 月球服从开普勒定律吗？ 91

5.5.3 人造卫星的轨道 91

5.5.4 可以争论的问题 92

小结 93

关键术语 94

概念题 94

练习题 96

综合题 96

实验与观测 97

第6章 能量和振动 98

6.1 简单机械、功和功率 99

6.1.1 什么是简单机械？ 99

6.1.2 怎样定义功？ 100

6.1.3 任何力都做功吗？ 100

6.1.4 功和功率有什么关系？ 101

6.2 动能 101

6.2.1 如何定义动能？ 101

6.2.2 什么是负功？ 102

6.2.3 汽车的停车距离 102

6.3 势能 103

6.3.1 什么是重力势能？ 103

6.3.2 势能的实质是什么？ 103

6.3.3 什么是弹性势能？ 104

6.3.4 什么是保守力？ 105

6.4 能量守恒 105

6.4.1 摆在摆动时的能量如何变化？ 105

6.4.2 能量守恒是什么意思？ 105

6.4.3 为什么使用能量的概念？ 106

6.4.4 能量分析为何像计账似的？ 107

6.4.5 可以争论的问题 108

6.5 弹簧和简谐运动 110

6.5.1 拴在弹簧上的质块的振动 110

6.5.2 什么是周期和频率？ 111

6.5.3 任何回复力都产生简谐运动吗？ 111

小结 112

关键术语 113

概念题 113

练习题 115

综合题 116

实验与观测 117

第7章 动量和冲量 118

7.1 动量和冲量 119

7.1.1 小球弹跳时发生了什么？ 119

7.1.2 怎样分析如此快速的变化？ 119

7.1.3 什么是冲量和动量？ 120

7.1.4 如何应用冲量-动量原理？ 120

7.2 动量守恒 122

7.2.1 动量为何及何时守恒？ 123

7.2.2 动量守恒和碰撞 123

7.3 反冲 124

7.3.1 什么是反冲？ 124

7.3.2 猎枪的反冲 125

7.3.3 火箭怎样工作？ 125

7.4 弹性碰撞和非弹性碰撞 126

7.4.1 什么是完全非弹性碰撞？ 126

7.4.2 碰撞中能量守恒吗？ 126

7.4.3 台球弹跳时发生了什么？ 127

7.5 互成某个角度的碰撞 128

7.5.1 二维非弹性碰撞 128

7.5.2 二维弹性碰撞 130

7.5.3 可以讨论的问题 131

小结 131

关键术语 132

概念题 132

练习题 134

综合题 135

实验与观测 135

第8章 固体的转动 136

8.1 什么是转动？ 137

8.1.1 角位移和角速度 137

8.1.2 什么是角加速度？ 138

8.1.3 恒定角加速度 138

8.1.4 线速度和角速度有什么关系？ 139

8.2 转矩和杆秤 139

8.2.1 杆秤何时平衡？ 139

8.2.2 什么是转矩？ 140

8.2.3 多个转矩如何相加？ 141

8.2.4 什么是重心？ 141

8.3 转动惯量和牛顿第二运动定律 142

8.3.1 什么是转动惯量？ 142

8.3.2 适用于转动的牛顿第二运动定律 143

8.3.3 求旋转木马的转动惯量 144

8.4 角动量守恒 145

8.4.1 什么是角动量？ 145

8.4.2 角动量何时守恒？ 145

8.4.3 滑冰运动员自转速率的变化 146

8.4.4 开普勒第二定律 147

8.5 骑自行车和其他惊人的绝技 148

8.5.1 角动量是矢量吗？ 148

8.5.2 角动量和自行车 149

8.5.3 转椅和陀螺 150

小结 152

关键术语 153

概念题 153

练习题 154

综合题 156

实验与观测 156

第2单元 流体的行为和热学 160

第9章 流体的行为 160

9.1 压强和帕斯卡原理 161

9.1.1 如何定义压强？ 161

9.1.2 什么是帕斯卡原理？ 162

9.1.3 水压机如何工作？ 162

9.2 气压和气体的行为 163

9.2.1 怎样测量气压？ 163

9.2.2 气压如何变化？ 164

9.2.3 空气柱的重量 165

9.2.4 气体的体积如何随压强改变？ 166

9.3 阿基米德原理 168

9.3.1 什么是阿基米德原理？ 168

9.3.2 浮力来源于什么？ 168

9.3.3 有哪些力作用在浮体上？ 169

9.3.4 为何钢船会浮在水面上？ 170

9.3.5 气球何时上浮？ 170

9.4 运动的流体 171

9.4.1 为什么流速会变？ 171

9.4.2 黏性如何影响流动？ 172

9.4.3 层流和湍流 173

9.5 伯努利原理 174

9.5.1 什么是伯努利原理？ 174

9.5.2 管道和软管中各处的压力如何变化？ 174

9.5.3 气流和伯努利原理 175

9.5.4 商店门前的广告球为何会悬在空中？ 175

小结 177

关键术语 178

概念题 178

练习题 179

综合题 179

实验与观测 180

第10章 温度和热量 181

10.1 温度及其测量 182

10.1.1 怎样测量温度？ 182

10.1.2 温标的发展 183

10.1.3 存在热力学零度吗？ 184

10.2 热量和比热 185

10.2.1 什么是比热？ 185

10.2.2 热量和温度有何区别？ 186

10.2.3 热量怎样参与熔化或凝固过程？ 186

10.3 焦耳实验和热力学第一定律 189

10.3.1 焦耳实验表明了什么？ 189

10.3.2 热力学第一定律 190

10.3.3 什么是内能？ 190

10.3.4 计算食物的热量 191

10.4 气体的行为与热力学第一定律 192

10.4.1 压缩气体时发生了什么事？ 192

10.4.2 内能与温度有什么关系？ 192

10.4.3 怎样保持气体的温度不变？ 193

10.4.4 热气球中的气体发生了什么？ 193

10.5 热流 194

10.5.1 热传导产生的热流 194

10.5.2 什么是对流？ 195

10.5.3 什么是辐射？辐射怎样传递能量？ 196

小结 198

关键术语 199

概念题 199

练习题 200

综合题 200

实验与观测 201

第11章 热机和热力学第二定律 202

11.1 热机 203

11.1.1 热机是干什么的？ 203

11.1.2 热机的效率 203

11.1.3 热力学第一定律关于热机告诉了我们什么？ 204

11.2 热力学第二定律 206

11.2.1 什么是卡诺机？ 206

11.2.2 卡诺循环包含哪几步？ 207

11.2.3 卡诺机的效率是多少？ 207

11.2.4 热力学第二定律 208

11.3 制冷机、热泵和熵 209

11.3.1 制冷机和热泵是干什么的？ 209

11.3.2 热力学第二定律的克劳修斯表述 210

11.3.3 什么是熵？ 211

11.4 热电厂和能源 212

11.4.1 热电厂是如何工作的？ 212

11.4.2 化石燃料的替代物 213

11.4.3 高品位热量和低品位热量 214

11.4.4 可以讨论的问题 215

11.5 永动机和能量骗局 215

11.5.1 第一类永动机 215

11.5.2 第二类永动机 215

小结 217

关键术语 218

概念题 218

练习题 220

综合题 221

实验与观测 221

第3单元 电学和磁学 224

第12章 静电现象 224

12.1 电荷的作用 225

12.1.1 从木髓球实验能学到什么？ 225

12.1.2 什么是验电器？ 226

12.1.3 富兰克林的单流体模型 226

12.2 导体和绝缘体 227

12.2.1 绝缘体与导体有何不同？ 227

12.2.2 让导体感应起电 228

12.2.3 为何绝缘体被吸向带电物体？ 229

12.3 静电力：库仑定律 231

12.3.1 库仑是怎样测量静电力的？ 231

12.3.2 库仑的测量结果如何？ 232

12.3.3 库仑定律与万有引力定律的比较 233

12.4 电场 233

12.4.1 求几个电荷施加的力 234

12.4.2 什么是电场？ 234

12.4.3 电场线是怎样使用的？ 235

12.5 电势 236

12.5.1 求电荷势能的改变量 236

12.5.2 什么是电势？ 237

12.5.3 电势和电场的关系 238

小结 240

关键术语 240

概念题 241

练习题 242

综合题 243

实验与观测 243

第13章 电路 245

学习提示 246

13.1 电路和电流 246

13.1.1 怎样使灯泡发光？ 246

13.1.2 什么是电流？ 247

13.1.3 什么限制了电流？ 249

13.1.4 与水流的类比 249

13.2 欧姆定律和电阻 250

13.2.1 电流对电压的依赖关系 250

13.2.2 什么是电池的电动势？ 251

13.2.3 电池没电了是怎么回事？ 252

13.3 串联电路和并联电路 252

13.3.1 什么是串联电路？ 252

13.3.2 什么是并联电路？ 253

13.3.3 安培计和伏特计的使用 255

13.4 电能和电功率 256

13.4.1 电路中发生了什么能量转换？ 256

13.4.2 电功率与电流和电压有何关系？ 256

13.4.3 怎样分配和使用电功率？ 257

13.5 交流电和家庭电路 259

13.5.1 交流电与直流电有何区别？ 259

13.5.2 什么是电流和电压的有效值？ 260

13.5.3 家庭电路如何布线？ 260

小结 261

关键术语 262

概念题 262

练习题 264

综合题 265

实验与观测 266

第14章 磁体和电磁学 267

14.1 磁体和磁力 268

14.1.1 什么是磁极？ 268

14.1.2 磁力和库仑定律 269

14.1.3 能将场线与磁体联系起来吗？ 269

14.1.4 地球是一个磁体吗？ 270

14.2 电流的磁效应 271

14.2.1 一个出乎意料的效应 271

14.2.2 载流导线所受到的磁力 272

14.2.3 运动电荷所受到的磁力 272

14.2.4 运动电荷上的磁力方向 273

14.3 电流回路的磁效应 273

14.3.1 电流回路的磁场 274

14.3.2 电流回路上作用有磁转矩吗？ 274

14.3.3 怎样制作一个电磁体？ 275

14.4 法拉第定律：电磁感应 277

14.4.1 法拉第的实验表明了什么？ 277

14.4.2 法拉第定律 278

14.4.3 楞次定律 279

14.4.4 什么是自感应？ 279

14.5 发电机和变压器 281

14.5.1 发电机是如何工作的？ 281

14.5.2 变压器有什么作用？ 282

14.5.3 变压器和功率分配 283

小结 284

关键术语 284

概念题 285

练习题 286

综合题 287

实验与观测 287

第4单元 波动和光学 290

第15章 波的生成 290

15.1 脉冲波和周期波 291

15.1.1 脉冲波在弹簧上怎样行进？ 291

15.1.2 波动的一些共同特征 291

15.1.3 可以讨论的问题 292

15.1.4 纵波和横波的区别 292

15.1.5 什么是周期波？ 292

15.2 绳索上的波 294

15.2.1 波的曲线图是什么样？ 294

15.2.2 绳索上的波速由什么决定？ 295

15.2.3 波的频率和波长由什么决定？ 296

15.3 干涉和驻波 297

15.3.1 绳索上的两个波如何合成？ 297

15.3.2 什么是驻波？ 298

15.3.3 琴弦上波的频率由什么决定？ 298

15.4 声波 300

15.4.1 声波的实质是什么？ 300

15.4.2 声速由什么决定？ 301

15.4.3 用饮料瓶生成音乐 303

15.5 音乐物理学 304

15.5.1 什么是谐波分析？ 304

15.5.2 音程是如何定义的？ 305

15.5.3 为何有些合成的乐音听起来很和谐？ 306

小结 308

关键术语 308

概念题 309

练习题 310

综合题 310

实验与观测 311

第16章 光和颜色 312

16.1 电磁波 313

16.1.1 什么是电磁波？ 313

16.1.2 电磁波的速率是多少？ 314

16.1.3 存在多种不同的电磁波吗？ 315

16.1.4 可以争论的问题 316

16.2 波长和颜色 316

16.2.1 光是由不同颜色组成的吗？ 316

16.2.2 人眼如何分辨不同的颜色？ 317

16.2.3 为什么物体有不同的颜色？ 318

16.3 光波的干涉 320

16.3.1 杨氏双缝实验 321

16.3.2 条纹间距由什么决定？ 322

16.3.3 什么是薄膜干涉？ 322

16.4 衍射和光栅 325

16.4.1 单缝如何衍射光？ 325

16.4.2 光如何被其他形状的物体衍射？ 326

16.4.3 什么是衍射光栅？ 327

16.5 偏振光 328

16.5.1 什么是偏振光？ 328

16.5.2 怎样产生偏振光？ 328

16.5.3 为什么要用偏光太阳镜？ 329

16.5.4 什么是双折射？ 329

小结 330

关键术语 331

概念题 331

练习题 332

综合题 333

实验与观测 333

第17章 光和成像 335

17.1 反射和成像 336

17.1.1 光线与波前有什么关系？ 336

17.1.2 什么是反射定律？ 337

17.1.3 平面镜如何成像？ 337

17.2 光的折射 338

17.2.1 什么是折射定律？ 338

17.2.2 为何水下物体的位置要比实际位置高？ 339

17.2.3 全内反射 340

17.2.4 棱镜如何使光线弯折？什么是色散？ 341

17.3 透镜和成像 343

17.3.1 追踪穿过凸透镜的光线 343

17.3.2 像距和物距有什么关系？ 344

17.3.3 追踪通过凹透镜的光线 345

17.4 用曲面镜聚焦光束 346

17.4.1 凹面镜的光线追踪 346

17.4.2 物距和像距 347

17.4.3 凸面镜 348

17.5 眼镜、显微镜和望远镜 349

17.5.1 眼睛是如何工作的？ 349

17.5.2 眼镜矫正的是哪些问题？ 350

17.5.3 显微镜如何工作？ 350

17.5.4 望远镜是如何工作的？ 351

17.5.5 双筒镜和观剧镜 353

小结 354

关键术语 355

概念题 356

练习题 357

综合题 357

实验与观测 358

第5单元 原子和原子核 360

第18章 原子的结构 360

18.1 原子的存在：从化学中得到的证据 361

18.1.1 化学研究揭示了原子的哪些方面？ 361

18.1.2 质量在化学反应中守恒吗？ 362

18.1.3 原子量的概念是怎样产生的？ 362

18.1.4 可以讨论的问题 365

18.1.5 元素周期表是怎样发展的？ 365

18.2 阴极射线、电子和X射线 366

18.2.1 阴极射线是怎样产生的？ 367

18.2.2 阴极射线的组成 369

18.2.3 X射线是怎样被发现的？ 369

18.3 放射性和原子核的发现 371

18.3.1 放射性是怎样被发现的？ 371

18.3.2 放射性中包含多种辐射吗？ 371

18.3.3 原子核是怎样被发现的？ 372

18.4 原子光谱和玻尔原子模型 374

18.4.1 氢光谱的本质是什么？ 374

18.4.2 光能的量子化 375

18.4.3 玻尔原子模型有哪些特征？ 376

18.5 粒子波和量子力学 377

18.5.1 什么是德布罗意波？ 378

18.5.2 量子力学与玻尔模型有何不同？ 379

18.5.3 什么是海森伯不确定原理？ 379

18.5.4 量子力学如何解释周期表？ 380

小结 381

关键术语 382

概念题 382

练习题 383

综合题 383

实验与观测 384

第19章 原子核和核能 385

19.1 原子核的结构 386

19.1.1 质子是怎样被发现的？ 386

19.1.2 中子是怎样被发现的？ 387

19.1.3 什么是同位素？ 388

19.2 放射性衰变 390

19.2.1 α衰变中发生了什么？ 390

19.2.2 β衰变和衰变中会发生什么？ 391

19.2.3 如何描述衰变的快慢？ 392

19.2.4 为何放射性对人体健康有害？ 392

19.3 核反应和核裂变 393

19.3.1 什么是核反应？ 394

19.3.2 能量和质量如何参与核反应？ 394

19.3.3 核裂变是怎样被发现的？ 394

19.4 核反应堆 397

19.4.1 如何实现链式反应？ 397

19.4.2 为什么反应堆中会产生钚？ 398

19.4.3 现代反应堆有何设计特征？ 398

19.4.4 核动力的环境问题 399

19.4.5 可以讨论的问题 400

19.5 核武器和核聚变 401

19.5.1 什么是临界质量？ 401

19.5.2 钚弹是怎样设计的？ 402

19.5.3 什么是核聚变？ 403

19.5.4 能用受控的核聚变发电吗？ 404

小结 405

关键术语 405

概念题 406

练习题 407

综合题 407

实验与观测 408

第6单元 相对论及其他 410

第20章 相对论 410

20.1 经典物理学中的相对运动 411

20.1.1 速度如何相加？ 411

20.1.2 在二维空间速度如何相加？ 412

20.1.3 相对论 413

20.1.4 惯性参考系 413

20.2 光速和爱因斯坦的假设 414

20.2.1 什么是光以太？ 414

20.2.2 以太能够当普适参考系用吗？ 414

20.2.3 迈克尔孙-莫雷实验 415

20.2.4 爱因斯坦的狭义相对论假设 416

20.3 时间膨胀和长度收缩 417

20.3.1 不同观测者的时间测量 417

20.3.2 对不同观测者长度测量如何变化？ 419

20.4 牛顿运动定律和质能等价 422

20.4.1 牛顿第二定律要怎样修改？ 422

20.4.2 质能等价理论是如何提出的？ 422

20.4.3 如何解释静止能？ 423

20.5 广义相对论 423

20.5.1 什么是等效原理？ 424

20.5.2 光束在强引力场中会弯曲吗？ 425

20.5.3 广义相对论有哪些时空效应？ 426

20.5.4 什么是黑洞？ 427

小结 427

关键术语 428

概念题 428

练习题 429

综合题 430

实验与观测 430

第21章 日常现象深入研究 431

21.1 夸克和其他基本粒子 432

21.1.1 新粒子是怎样发现的？ 432

21.1.2 粒子园的成员 433

21.1.3 什么是夸克？ 433

21.1.4 有哪些基本作用力？ 434

21.2 宇宙学：向外窥视宇宙 435

21.2.1 宇宙在膨胀吗？ 435

21.2.2 追溯我们宇宙的开端 437

21.3 半导体和微电子学 438

21.3.1 什么是半导体？ 438

21.3.2 什么是晶体管？ 440

21.3.3 计算机和集成电路 440

21.4 超导体和其他新材料 442

21.4.1 什么是超导电性？ 442

21.4.2 什么是高温超导体？ 443

21.4.3 其他新材料 444

小结 446

关键术语 447

概念题 447

练习题 448

综合题 448

实验与观测 448

附录A 部分习题答案 449