文科物理 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 1

一、五千年光辉历史的回眸——夏商周断代工程 1

二、中国四大发明对世界文明作出伟大贡献 2

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 11

三、西方哲学为何对近代科学起促进作用？ 14

1-4 文艺复兴和科学革命 两种文化的分裂 16

1-5 可持续发展呼唤东西方文化的融合 20

1-6 21世纪的科学需要文理相通 22

附录1A 谁最早发现美洲？ 23

思考题 25

参考资料 26

第二章 经典力学的建立和发展 28

2-1 坐标系 位置矢量 速度 29

2-2 从哥白尼到开普勒 31

一、向地心说挑战——哥白尼创立日心说 31

二、开普勒行星运动三定律 32

2-3 伽利略和近代力学的诞生 35

一、坚持真理 支持哥白尼学说 35

二、提出落体定律和惯性运动概念 36

三、对科学方法的贡献 39

2-4 牛顿和经典力学的成熟 39

一、牛顿简历 39

二、牛顿力学三定律 40

三、万有引力定律的创立过程 41

四、牛顿的自然哲学思想 47

五、站在巨人肩上的牛顿 49

六、牛顿物理学的局限性 49

2-5 动量守恒定律 机械能守恒定律 50

一、动量 力的冲量 动量守恒定律 50

二、机械运动的两种量度——动量和动能 52

三、重力势能 功 机械能守恒定律 53

四、进一步讨论几个问题 54

2-6 弹性和振动 55

一、胡克定律和弹性势能 55

二、振动的描述 58

2-7 角动量 角动量守恒定律 60

一、角动量 60

二、角动量守恒定律 62

三、轨道形状 63

附录2A 刚体的转动惯量 角动量 转动能 64

附录2B 摩擦力 66

附录2C 航天技术的新进展 火星和土星的探测 68

思考题 70

习题 70

参考资料 73

第三章 从静电现象到电磁波 74

3-1 静电和静磁现象的研究 75

一、静磁和静电现象的早期研究 75

二、库仑定律 77

三、从库仑定律的建立看类比方法的重要性 80

3-2 电流的产生及其磁效应 80

一、从动物电研究到伏打电堆发明 80

二、奥斯特发现电流磁效应 81

三、安培对电流磁效应的深入研究 83

3-3 电磁感应定律 86

一、电磁感应现象的发现 86

二、创造性的科学思维——磁感线与场概念的引入 88

三、带电粒子在电场和磁场中所受的力和场强的定义 91

四、磁通量 94

五、楞次定律 96

六、法拉第电磁感应定律 97

七、做一个“平凡的法拉第” 100

3-4 麦克斯韦电磁场理论的建立与电磁波的发现 101

一、一场伟大的变革 101

二、麦克斯韦方程组的建立 102

三、预言电磁波实现第三次大综合 104

思考题 106

习题 107

参考资料 108

第四章 光的本性是什么？ 109

4-1 光的微粒说 110

一、牛顿对光的色散的研究 110

二、牛顿的微粒说 111

4-2 光的波动说 112

一、惠更斯的波动说 112

二、光的反射 113

三、光的折射 114

四、光的全反射 115

4-3 光的干涉 衍射 偏振 117

一、双缝干涉和薄膜干涉 117

二、单缝衍射和单孔衍射 仪器分辨率 120

三、光的偏振 123

4-4 光的波粒二象性 126

一、光电效应和爱因斯坦的“光子”假设 126

二、康普顿效应 130

4-5 多普勒效应 132

4-6 玻尔公式 光的共振吸收 激光原理 134

一、两能级原子与光的相互作用 134

二、爱因斯坦关于受激辐射的预言和激光的发明 135

三、激光冷却 玻色-爱因斯坦凝聚 137

4-7 激波和切连科夫辐射 138

附录4A 光速的测量 139

思考题 141

习题 141

参考资料 142

第五章 打开微观世界研究大门的三大发现 143

5-1 X射线的发现 144

一、阴极射线的发现及其本性的争论 144

二、一种新射线的发现 146

三、偶然中有必然 147

四、X射线的本性和应用 148

5-2 放射性的发现 148

一、贝克勒尔的一个惊人的意外发现 148

二、贝克勒尔的“先验观念”和居里夫人的新的突破 150

三、α、β和γ三种射线 153

四、放射性衰变规律 156

五、放射性发现的社会影响和广泛应用 158

5-3 电子的发现 159

一、阴极射线本性之争宣告结束 159

二、要敢于突破传统观念 161

三、电子发现对现代科学和技术发展的深远意义 161

附录5A 卡文迪许实验室 162

一、追求卓越不断开拓新的研究领域 162

二、善于选择和培养优秀人才 163

三、优良的传统和学风 163

思考题 164

习题 164

参考资料 164

第六章 物质观的革命——量子论 166

6-1 开创物理学新时代的“量子”概念的提出 167

一、背景 167

二、观念的根本突破 167

三、量子观念在“非难”中得到发展 170

6-2 第一个钻到原子中心的人——卢瑟福 171

一、J.J.汤姆孙的原子模型 171

二、d粒子探针的奇迹 171

三、卢瑟福的“原子核式结构”模型的提出和遭遇 173

四、卢瑟福预言核内存在“中子” 174

6-3 和谐的乐章——玻尔模型 176

一、行星模型的鉴赏家 176

二、玻尔原子结构模型的基础 176

三、玻尔模型 177

四、玻尔模型的贡献与困难 182

五、哥本哈根精神 183

6-4 德布罗意与物质波 186

一、背景知识 186

二、物质波的提出 187

三、电子波性的实验验证 189

6-5 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 192

三、对量子力学作出重要贡献的其他物理学家 193

四、一场在20世纪传为佳话的科学争论 194

思考题 197

习题 197

参考资料 198

第七章 统计规律性 混沌 熵与信息 200

7-1 力学中的机械决定论 200

7-2 混沌 202

7-3 宏观不可逆性与熵的概念 209

一、时间箭头与洛喜密特佯谬 209

二、概率与熵 211

7-4 麦克斯韦分布和玻尔兹曼分布 214

7-5 物态变化 相变潜热和热力学第一定律 217

7-6 从比热容看物质结构 221

7-7 信息与概率的关系——信息量的定义 230

附录7A 全球暖化会引发气候突变吗？ 234

附录7B 地磁异常预兆着磁极反转吗？ 238

思考题 240

习题 240

参考资料 241

第八章 时空观的革命——相对论 242

8-1 光速不变性和同时性的相对性 243

一、力学相对性原理和伽利略变换 243

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

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 251

三、速度相加定律 254

8-3 质量随速度而增大 质能关系 254

一、质-能等价关系的导出 255

二、狭义相对论中的多普勒效应 258

三、核的聚变和裂变 太阳能 原子能 260

8-4 广义相对论简介 262

一、等效原理和广义协变原理 262

二、有引力场的空间-时间是弯曲的 264

三、光在引力场中的红移 267

四、光线或无线电波在经过引力场时的偏折 267

五、水星轨道近日点的进动 268

六、双星的引力辐射 270

思考题 270

习题 270

参考资料 271

第九章 天体物理学的新发展（简介） 273

9-1 夜晚的天空为什么是黑暗的？ 274

9-2 宇宙大爆炸理论 哈勃红移 宇宙微波背景辐射及其他 277

9-3 白矮星和中子星 281

9-4 宇宙中的X射线源 283

9-5 γ射线暴 286

9-6 黑洞 288

一、黑洞及其视界 288

二、小黑洞——恒星演化的一种结局 289

三、大黑洞——星系和类星体有联系吗？ 290

9-7 暗物质与暗能量之谜 293

一、天体距离和哈勃常数的测定 293

二、宇宙年龄与膨胀是加速还是减速有关 294

三、宇宙膨胀平坦性与物质密度的关系 295

四、暗物质存在的证据和迷惑 296

五、宇宙膨胀正在加速宇宙常数和暗能量之谜 297

六、反引力——一种新的猜测 299

思考题 300

参考资料 300

第十章 物理亦文化 302

10-1 现代物理学的认识论 302

一、认识论的相对性原理 303

二、什么实验最美？ 305

三、测量与信息 308

四、物质结构观的演变 311

10-2 现代物理学的方法论 314

一、模型方法的实质 315

二、对称性在物理学中的地位 316

10-3 从相对真理到绝对真理 319

附录10A 人类社会的历史 321

附录10B 地球上生物的进化史 324

思考题 325

参考资料 326

结束语 人类从何处来？向何处去？ 327

附录 关于治学之道的若干思考 332

参考资料 337

习题答案 338

附表 340

表1 物理常数和天文常数表 340

表2 一些稳定核素的丰度及原子质量 342

表3 一些放射性核素的衰变类型和半衰期 343