物理定律的形成与发展PDF电子书下载

第一篇 力学 11

第一章 经典力学的奠基和牛顿三定律 15

§1 牛顿对力学的贡献 15

§2 牛顿第一定律的基础 16

一、亚里士多德及其运动观点 16

二、伽利略和斜面实验 19

三、伽利略的惯性原理 21

§3 牛顿总结出动力学第一定律 22

一、牛顿关于“惯性”的定义 22

三、定律的含义 23

二、牛顿第一定律 23

四、参照系与坐标系，惯性参照系 24

五、矢量、速度 26

§4 牛顿第二定律的基础 29

一、伽利略对自由落体运动的研究及加速度的提出 30

二、加速度 33

§5 牛顿总结出动力学第二定律 34

一、牛顿关于质量、动量、力的定义 34

二、牛顿第二定律 35

§6 作用与反作用，牛顿对力的性质的总结——牛顿提出第三定律 36

一、牛顿的发现——作用与反作用的客观事实及其实验验证 36

二、牛顿第三定律 39

§1 关于运动量度问题的争论 40

第二章 动量守恒定律与能量守恒定律 40

§2 动量守恒定律 41

一、关于碰撞问题的研究 41

二、动量定理 43

三、动量守恒定律 46

§3 能量守恒定律 47

一、活力守恒原理 47

二、功和机械能 48

三、机械能守恒 53

第三章 牛顿万有引力定律 55

一、开普勒行星运动三定律 56

§1 万有引力定律的奠基 56

二、引力思想的由来和发展 61

§2 牛顿万有引力定律的建立 65

一、牛顿提出万有引力定律的经过 65

二、万有引力定律 68

三、万有引力定律与开普勒三定律 70

§3 万有引力常数的实验测定 71

一、测量引力的尝试 72

二、引力常数的实验确定——卡文迪许实验 73

§4 万有引力定律的验证 77

一、万有引力定律的地月验证 77

二、利用引力理论发现新行星 78

三、“波德定律”及小行星的发现 80

§5 惯性质量和引力质量 81

第四章 伽利略相对性原理，非惯性参照系 85

§1 抛射体运动及其对日心说的支持 85

一、伽利略与抛射体运动 85

二、用抛射体运动支持哥白尼的日心说 87

§2 伽利略-牛顿相对性原理 88

一、伽利略的论述 88

二、伽利略-牛顿相对性原理 89

§3 伽利略坐标变换 90

§4 非惯性参照系与惯性力 93

第二篇 热学 96

一、伽利略温度计 98

§1 计温术的发展 98

第一章 热现象的早期状况与发展 98

二、伽利略温度计的改进 99

三、温度计的固定点 100

四、布利奥的水银温度计 100

五、牛顿的高温计 101

六、阿蒙顿的空气温度计 102

七、华伦海特温标 103

八、列奥米尔温标 104

九、摄尔修斯温标 105

十、开耳芬温标 106

§2 量热学的发展 107

§3 傅立叶热传导理论 111

§4 关于热的本性的学说 114

第二章 能量守恒和转化定律 124

§1 十八世纪工业的发展为能量守恒定律准备了广泛的物质基础 125

一、纺织业的发展 125

二、铁制品工业和煤炭工业的发展 125

§2 蒸汽技术的成就是能量守恒定律的基本物质前提之一 126

一、希龙的原始小涡轮 126

二、赛维里的机器 127

三、巴本的机器 128

四、纽科门的机器 128

五、瓦特的蒸汽机 129

六、富尔顿的轮船和斯蒂芬森的蒸汽机车 131

§3 能量的概念 133

一、意更斯的活力守恒定律 133

二、笛卡儿学派与莱布尼茨学派之争 135

三、功和能的概念 136

§4 自然界各种基本运动形式之间的普遍联系 137

一、热与机械运动 138

二、生物学方面 139

§5 能量守恒定律的建立 140

一、梅耶对能量守恒定律的发现 142

二、焦耳对能量守恒定律的实验研究 148

三、赫尔姆霍茨对能量守恒定律的研究 152

一、热力学第一定律是能量守恒定律在热力学上的表述 153

§6 能量守恒定律的表述 153

二、永动机不可能制成是能量守恒和转化定律的另一种等价的表述 154

第三章 热力学第二定律 156

§1 卡诺循环、卡诺定理 156

§2 热力学第二定律 160

§3 熵 161

§4 热力学第三定律 163

第三篇 电磁学 164

引言 164

第一章 静电场基本规律 166

§1 电学领域的先驱——富兰克林 166

一、库仑定律发现的历史 167

§2 库仑定律 167

二、库仑的实验 170

三、库仑定律的表达式 172

§3 静电场 173

一、电场强度 174

二、真空中点电荷的电场强度 174

三、匀强电场的电场强度 175

§4 高斯及高斯定理 175

一、高斯的生平 175

二、高斯定理的物理意义 176

§5 电位能、电位差、电位 177

一、把电位概念引进静电场 177

三、电位差 178

二、电位能 178

四、电位的定义 179

第二章 稳恒电流的基本定律 180

§1 电流的获得 180

一、伽伐尼发现“动物电” 180

二、伏打的发现 180

三、电流、电流强度 183

§2 欧姆与欧姆定律 183

一、欧姆及其导出欧姆定律的实验 183

二、电阻、欧姆定律的物理意义 187

§3 超导电性 188

§4 基尔霍夫扩展了欧姆的理论 189

二、基尔霍夫第二定律——基尔霍夫电压定律（KVL） 190

一、基尔霍夫第一定律——基尔霍夫电流定律（KCL） 190

§5 电流的热效应 191

一、楞次的工作 191

二、焦耳的发现 192

三、焦耳-楞次定律 192

§6 接触电位差 194

§7 温差电动势 195

一、塞贝克效应 195

二、珀耳帖效应 195

三、汤姆生效应 196

§1 磁学的进展 197

第三章 电流的磁场和磁性材料 197

§2 稳恒磁场中的B和H的物理意义 198

一、磁荷观点中的B和H 198

二、磁的电流观点中的B和H 200

三、特斯拉与B的国际单位制 202

§3 电流的磁效应 203

一、奥斯忒发现电产生磁 203

二、安培在奥斯忒实验的基础上揭示电与磁之间的关系——建立安培定律 205

三、毕奥-萨伐尔定律 210

§4 磁性材料 211

一、基本磁化曲线 212

二、磁滞回线 214

三、金属软磁性材料 215

四、软磁铁氧体材料 215

五、非晶态磁性材料 216

§5 洛伦兹与洛伦兹力 216

一、洛伦兹的贡献 216

二、洛伦兹力 217

§6 霍耳效应 218

第四章 电磁场学说及其实验基础 221

§1 经典电磁理论的奠基人——法拉第 221

一、法拉第的生平 221

二、法拉第的电磁感应实验 222

三、法拉第的“力线”观念 225

四、电磁感应定律 226

§2 判断感应电流方向的楞次定律 227

一、楞次及其对电磁学的贡献 227

二、楞次定律的描述及其意义 227

§3 麦克斯韦发展的电磁场理论 229

一、著名的物理学家麦克斯韦的生平 229

二、《电磁学通论》一书的意义 230

三、麦克斯韦的电磁场理论 230

四、电磁波 234

五、麦克斯韦的治学方法 234

一、电磁波的产生与检验 236

§4 赫兹的电磁波实验 236

二、电磁波的反射与折射 238

三、电磁波的偏振 240

第五章 电子的发现 243

§1 电子学说的发展 243

§2 汤姆生的实验证明 245

一、汤姆生其人 245

二、汤姆生关于阴极射线的实验 246

§3 油滴实验 248

一、汤森德的方法 248

二、威尔逊的水滴“云” 248

三、密立根的油滴实验 249

一、金属的导电性和导热性 253

§4 电子的性质 253

二、电子的跳跃产生光 254

三、磁起源于电子的运动 255

第四篇 光学 256

引言 256

第一章 几何光学的实验基础 259

§1 光的直线传播 259

一、针孔成像的实验 259

二、本影与半影的实验 260

四、古希腊对光的直线传播的描述 261

三、我国古代关于光的直线传播的记载 261

五、光的直线传播定律的现代表述 262

§2 折射定律的由来 262

一、托勒密是第一个研究折射现象的人 262

二、开普勒对折射规律的修正 263

三、斯涅耳对折射定律的贡献 263

四、笛卡儿完善了光的折射定律 264

五、费马对折射定律的发展 264

六、光的反射和折射定律的现代表述 265

§3 对三个实验定律的理解 266

一、三个实验定律的适用范围 266

二、光沿直线传播的条件 266

三、光的反射和折射定律中角的定义 267

四、折射定律中的两个难点 268

§4 光学仪器的诞生 270

一、世界上第一台显微镜 271

二、世界上第一架望远镜 272

三、世界上第一部照相机 274

四、世界上第一个分光镜 276

§5 光速的测定 278

一、概述 278

二、伽利略测定光速的方法 279

三、罗默光速测定法 280

四、菲索光速测定法 281

§1 概述 284

第二章 波动光学中的著名实验 284

§2 波动光学领域的最初三大发现 286

一、证明光的波动性的第一个发现 286

二、格里马及胡克关于光干涉的简单实验 286

三、波动光学第三个重大发现 287

§3 十七世纪波动说的代表人物 287

一、笛卡儿是光的波动说的鼻祖 287

二、胡克对波动说的贡献 288

三、惠更斯是波动光学的奠基人 289

§4 牛顿在光学领域里的功绩 290

一、牛顿发现光的色散现象 291

三、著名的牛顿环实验 293

二、牛顿是光的微粒说的代表 293

§5 光的波动说的创立人——托马斯·杨 296

一、托马斯·杨对牛顿环的解释 296

二、著名的杨氏实验及其意义 297

§6 菲涅耳对光的干涉和衍射的研究 300

一、菲涅耳对光的波动说的贡献 300

二、菲涅耳双棱镜实验 301

三、惠更斯-菲涅耳原理 303

四、菲涅耳衍射实验 304

五、夫琅和费衍射实验 305

二、光的相干条件 308

一、光的相干性 308

§7 有关光的干涉的基本规律 308

三、光的干涉的种类 309

四、光的干涉的应用 315

五、迈克尔孙干涉仪 319

§8 光的波动说的胜利 321

一、丹麦科学家巴尔多林研究双折射现象 321

二、法国科学家马吕斯的发现 322

三、杨氏和菲涅耳对光的偏振现象的研究 322

四、光的偏振与光的横波性 323

第三章 量子光学的形成 324

§1 黑体辐射和普朗克量子假说 324

一、黑体辐射 324

二、斯忒藩-玻耳兹曼定律 326

四、普朗克假说 327

三、维恩位移定律 327

§2 光电效应和爱因斯坦的光子理论 329

一、光电效应 329

二、光的波动说遇到了困难 331

三、爱因斯坦的光子理论 332

四、密立根实验 333

§3 康普顿效应和光的粒子性 334

一、康普顿实验 334

二、波动理论的困难 335

三、康普顿的解释 336

一、光压实验 337

§4 光压实验和光的物质性 337

二、光的物质性 338

§5 德布罗意波和波粒二象性 340

一、德布罗意假设 340

二、戴维森实验 341

三、汤姆生实验 342

第五篇 近代物理学 344

第一章 狭义相对论和广义相对论 344

§1 经典力学的局限 345

一、对牛顿力学的偏离 345

二、光的传播问题上的难题 347

§2 爱因斯坦狭义相对论的基本原理 349

一、爱因斯坦是怎样创立相对论的 350

二、狭义相对论的基本原理 353

§3 狭义相对论的推论 356

一、相对论的时空观 356

二、相对论动力学 363

§4 狭义相对论的实验验证 366

一、爱里实验 366

二、菲索对曳引系数的测定 370

三、迈克耳孙-莫雷实验 372

§5 狭义相对论的局限性及广义相对论 377

§1 激光 378

一、激光发展的简史 378

第二章 现代光学 378

二、激光器的诞生与发展 379

三、激光原理 385

四、激光的特性 390

五、激光的应用 392

§2 全息照相 394

一、全息照相的由来与发展 394

二、全息照相的摄制 397

三、全息照相的特点 399

四、全息照相的应用 401

§3 光导纤维 403

一、光导纤维的由来及分类 403

二、光导纤维的结构及原理 405

三、几种特殊的光导纤维 406

四、光导纤维的应用 407

第三章 原子物理学的发展 412

§1 X射线的发现 413

一、伦琴的实验 413

二、X射线的产生 414

三、X射线在物质结构研究中的一些重要实验 415

§2 放射性现象的发现 416

一、贝克勒耳的发现 416

二、居里夫妇的功绩 417

一、关于放射性现象的研究 418

§3 卢瑟福的贡献 418

二、卢瑟福的α粒子散射实验 420

三、原子的核式模型存在的矛盾 421

§4 普朗克及其在物理学上的贡献 422

一、瑞利-金斯定律 422

二、普朗克建立辐射定律的过程 423

三、普朗克的自我解剖 424

§5 玻尔的原子模型 425

一、玻尔原子模型建立的第一步 425

二、玻尔的第二步——引进“定态”的假设 425

三、从惠丁顿和尼科尔孙的工作中受到的启发 426

四、玻尔原子模型的完成 427

六、弗朗克-赫兹实验 428

五、玻尔理论的缺陷 428

§6 物质波的创立者——L．V．德布罗意 430

一、M．德布罗意的影响 431

二、L．V．德布罗意研究波粒二象性的起点 431

三、康普顿效应促使L．V．德布罗意确立了光的波粒二象性观念 432

四、布里渊的物理思想 432

五、L．V．德布罗意波 432

§7 矩阵力学的诞生 434

一、海森堡的杰出贡献 434

二、玻尔为说明海森堡的测不准关系而设计的思想实验 436

三、玻恩的工作 437

§8 波动力学的创立 438

一、波动力学的创立人——薛定谔 438

二、狄拉克对量子力学发展的贡献 439

第四章 固体物理学的发展 441

§1 晶体管的发明过程 442

§2 集成电路的发展 444

§3 超导体研究的进展 446

§4 固体物理学研究的主要方向 447

第五章 发展中的近代声学 450

§1 概述 450

二、量子声学 452

三、低温声学 452

§2 声学与物质结构的关系 452

一、分子声学 452

四、非线性声学 453

§3 声学与生命科学的关系 453

一、环境声学 453

二、生理声学和心理声学 454

三、医学声学和生物声学 455

四、语言声学 455

§4 声学与地球物理的关系 455

一、水声学 455

§5 声学与新技术的关系 456

一、超声检测和超声处理 456

二、地声学和大气声学 456

二、声表面波器件 457

三、声学和计算机的结合 458

第六章 计算物理学的形成与发展 459

§1 物理学与计算机——计算物理学的形成 459

§2 计算机的发展 461

一、电子计算机的雏型 461

二、五十年代和六十年代计算机的发展 462

三、微型机的诞生 464

四、八十年代计算机的发展 465

§3 微型机在物理学中的应用 466

一、实验数据的采集和处理 466

二、实验过程的控制 467

三、自动化仪器系统 467