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” 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 12
三、西方哲学为何对近代科学起促进作用？ 15
1-4 文艺复兴和科学革命两种文化的分裂 17
1-5 可持续发展呼唤东西方文化的融合 21
1-6 21世纪需要科学文化与人文文化的融合 23
附录1A谁最早发现美洲？ 24
思考题 27
参考资料 27
第二章 经典力学的建立和发展 29
2-1坐标系位置矢量速度 30
2-2从哥白尼到开普勒 32
一、向地心说挑战——哥白尼创立日心说 32
二、开普勒行星运动三定律 34
2-3伽利略和近代力学的诞生 37
一、坚持真理支持哥白尼学说 37
二、斜面实验提出自由落体定律和惯性运动概念 38
三、伽利略对科学方法的贡献 41
2-4牛顿和经典力学的成熟 41
一、牛顿简历 41
二、牛顿运动三定律 42
三、万有引力定律的创立过程 43
四、牛顿的自然哲学思想 50
五、站在巨人肩上的牛顿 51
六、牛顿物理学的局限性 52
2-5动量守恒定律机械能守恒定律 52
一、动量力的冲量动量守恒定律 53
二、机械运动的两种量度——动量和动能 55
三、重力势能功机械能守恒定律 56
四、进一步讨论几个问题 57
2-6弹性和振动 58
一、胡克定律和弹性势能 58
二、振动的描述 61
2-7角动量角动量守恒定律 63
一、从开普勒第二定律引进角动量概念 63
二、角动量守恒定律及其应用 65
思考题 66
习题 66
参考资料 68
第三章 从静电现象到电磁波 69
3-1静电和静磁现象的研究 70
一、静磁和静电现象的早期研究 70
二、库仑定律 72
三、从库仑定律的建立看类比方法的重要性 75
3-2电流的产生及其磁效应 76
一、从动物电研究到伏打电堆发明 76
二、奥斯特发现电流磁效应 77
三、安培对电流磁效应的深入研究 79
3-3电磁感应定律 82
一、电磁感应现象的发现 82
二、创造性的科学思维——磁感线与场概念的引入 84
三、带电粒子在电场和磁场中所受的力和场强的定义 88
四、磁通量 91
五、楞次定律 92
六、法拉第电磁感应定律及其应用 93
七、做一个“平凡的法拉第” 96
3-4麦克斯韦电磁场理论的建立与电磁波的发现 97
一、一场伟大的变革 97
二、麦克斯韦方程组的建立 98
三、预言电磁波实现第三次大综合 100
思考题 102
习题 103
参考资料 104
第四章 光的本性是什么？ 105
4-1光的微粒说 106
一、牛顿对光的色散的研究 106
二、牛顿的微粒说 107
4-2光的波动说 108
一、惠更斯的波动说 108
二、光的反射 109
三、光的折射 110
四、光的全反射 111
4-3光的干涉衍射偏振 113
一、双缝干涉和薄膜干涉 113
二、单缝衍射和单孔衍射仪器分辨率 116
三、光的偏振 119
4-4光的波粒二象性 122
一、光电效应和爱因斯坦的“光子”假设 122
二、康普顿效应 126
4-5多普勒效应及其应用 128
4-6玻尔公式光的共振吸收激光原理 131
一、两能级原子与光的相互作用 131
二、爱因斯坦关于受激辐射的预言和激光的发明 132
三、激光冷却玻色-爱因斯坦凝聚 134
4-7激波和切连科夫辐射 134
附录4A光速的测量 136
思考题 138
习题 138
参考资料 138
第五章 打开微观世界研究大门的三大发现 140
5-1X射线的发现 141
一、阴极射线的发现及其本性的争论 141
二、一种新射线的发现 143
三、偶然中有必然 144
四、X射线的本性和应用 145
5-2放射性的发现 145
一、贝可勒尔的一个惊人的意外发现 145
二、贝可勒尔的“先验观念”和居里夫人的新的突破 147
三、α、β和γ三种射线 151
四、放射性衰变规律 153
5-3电子的发现 156
一、阴极射线本性之争宣告结束 156
二、要敢于突破传统观念 158
三、电子发现对现代科学和技术发展的深远意义 158
附录5A卡文迪许实验室 159
一、追求卓越不断开拓新的研究领域 159
二、善于选择和培养优秀人才 160
三、优良的传统和学风 161
思考题 161
习题 161
参考资料 162
第六章 物质观的革命——量子论 163
6-1开创物理学新时代的“量子”概念的提出 164
一、背景——两朵乌云 164
二、观念的根本突破——“能量量子化”假设 164
三、量子观念在“非难”中得到发展 168
6-2第一个钻到原子中心的人——卢瑟福 169
一、J.J.汤姆孙的原子模型 169
二、α粒子探针的奇迹 169
三、卢瑟福的“原子核式结构”模型的提出和遭遇 171
四、卢瑟福的预言和“中子”的发现 172
6-3和谐的乐章——玻尔模型 173
一、行星模型的鉴赏家 174
二、玻尔原子结构模型的基础 174
三、玻尔模型 175
四、玻尔模型的贡献与困难 180
五、哥本哈根精神 181
6-4德布罗意与物质波 184
一、一个从文科转到理科的博士生 184
二、物质波的提出 185
三、电子波动性的实验验证 187
6-5描写物质波动的方程及波函数的统计解释 189
一、薛定谔波动方程 189
二、波函数的统计解释薛定谔对生命科学的新贡献 190
三、对量子力学作出重要贡献的其他物理学家 191
四、一场在20世纪传为佳话的科学争论 192
思考题 196
习题 196
参考资料 196
第七章 热力学基础熵与概率统计规律性 198
7-1热的本质热功当量 199
一、从燃素到热质 199
二、伦姆福的发现热的动力说 199
三、焦耳实验热功当量的测定 200
7-2温度热力学温标理想气体物态方程 201
一、温度 201
二、热力学温标与理想气体物态方程 203
7-3相变相变潜热临界点和三相点 204
7-4热力学第一定律及其应用 208
一、等温膨胀过程中体系对外做功内能 209
二、热力学第一定律 210
三、气体的比定容热容和比定压热容 210
四、卡诺循环与热机效率 212
7-5热力学第二定律与熵的玻耳兹曼公式 216
一、宏观不可逆性与洛施密特佯谬 216
二、概率与熵玻耳兹曼公式 217
三、热力学第二定律的各种表述 221
7-6麦克斯韦分布和玻耳兹曼分布 223
7-7信息与概率的关系——信息量的定义 226
一、信息量定义与平均信息量 226
二、概率相同的n个同类事件的平均信息量举例 227
附录7A混沌 230
附录7B关于全球气候变化研究的新进展 236
思考题 239
习题 239
参考资料 240
第八章 时空观的革命——相对论 241
8-1光速不变性和同时性的相对性 242
一、力学相对性原理和伽利略变换 242
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
四、由光速不变原理导出时间延缓 248
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 252
三、速度相加定律 254
8-3质能关系 255
一、质-能等价关系的导出 255
二、狭义相对论中的多普勒效应 259
三、核的聚变和裂变太阳能 260
8-4广义相对论简介 263
一、等效原理和广义协变原理 263
二、有引力场的空间-时间是弯曲的 266
三、广义相对论的实验验证 269
四、一位伟大的科学家和思想家 272
附录8A关于天体物理学和宇宙学若干问题的对话 273
思考题 278
习题 278
参考资料 279
第九章 物理亦文化 281
9-1现代物理学的认识论 281
一、认识论的相对性原理 282
二、什么实验最美？ 284
三、测量与信息 287
四、物质结构观的演变 290
9-2现代物理学的方法论 294
一、模型方法的实质 294
二、对称性在物理学中的地位 295
9-3从相对真理到绝对真理人择原理 298
附录9A人类社会的历史 301
附录9B地球上生物的进化史 304
思考题 305
参考资料 305
结束语人类从何处来？向何处去？ 307
附录 关于治学之道的若干思考 312
参考资料 317
习题答案 318
附表 320