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” 4
1-3 试论东方哲学与西方哲学的异同 7
一、哲学是什么？——东西方不同的“开局” 7
二、从《易经》到老庄哲学和元气论 9
三、西方哲学为何对近代科学起促进作用？ 11
1-4 文艺复兴和科学革命 两种文化的分裂 13
1-5 可持续发展呼唤东西方文化的融合 16
1-6 21世纪需要科学文化与人文文化的融合 17
附录1 谁最早发现美洲？ 18
思考题 20
参考资料 20
第二章 经典力学的建立和发展 22
2-1 坐标系 位置矢量 速度 22
2-2 从哥白尼到开普勒 24
一、向地心说挑战——哥白尼创立日心说 24
二、开普勒行星运动三定律 25
2-3 伽利略和近代力学的诞生 28
一、坚持真理 支持哥白尼学说 28
二、斜面实验 提出自由落体定律和惯性运动概念 29
三、伽利略对科学方法的贡献 32
2-4 牛顿和经典力学的成熟 32
一、牛顿简历 32
二、牛顿运动三定律 33
三、万有引力定律的创立过程 34
四、牛顿的自然哲学思想 39
五、站在巨人肩上的牛顿 40
六、牛顿物理学的局限性 41
2-5 动量守恒定律 机械能守恒定律 41
一、动量 力的冲量 动量守恒定律 41
二、机械运动的两种量度——动量和动能 43
三、重力势能 功 机械能守恒定律 44
四、进一步讨论几个问题 45
2-6 振动与波 46
一、胡克定律和弹性势能 46
二、振动的描述 48
三、波的描述 50
2-7 角动量 角动量守恒定律 51
一、从开普勒第二定律引进角动量概念 51
二、角动量守恒定律及其应用 52
思考题 53
习题 53
参考资料 55
第三章 从静电现象到电磁波 56
3-1 静电和静磁现象的研究 57
一、静磁和静电现象的早期研究 57
二、库仑定律 58
三、从库仑定律的建立看类比方法的重要性 61
3-2 电流的产生及其磁效应 61
一、从动物电研究到伏打电堆发明 61
二、奥斯特发现电流磁效应 62
三、安培对电流磁效应的深入研究 64
3-3 电磁感应定律 66
一、电磁感应现象的发现 66
二、创造性的科学思维——磁感线与场概念的引入 68
三、带电粒子在电场和磁场中所受的力和场强的定义 71
四、磁通量 74
五、楞次定律 75
六、法拉第电磁感应定律及其应用 76
七、做一个“平凡的法拉第” 77
3-4 麦克斯韦电磁场理论的建立与电磁波的发现 78
一、一场伟大的变革 78
二、麦克斯韦方程组的建立 79
三、预言电磁波实现第三次大综合 81
思考题 83
习题 83
参考资料 84
第四章 光的本性是什么？ 85
4-1 光的微粒说 86
一、牛顿对光的色散的研究 86
二、牛顿的微粒说 86
4-2 光的波动说 87
一、惠更斯的波动说 87
二、光的反射 88
三、光的折射 89
四、光的全反射 90
4-3 光的干涉 衍射 偏振 91
一、双缝干涉和薄膜干涉 91
二、单缝衍射和单孔衍射 仪器分辨率 94
三、光的偏振 97
4-4 光的波粒二象性 99
一、光电效应和爱因斯坦的“光子”假设 99
二、康普顿效应 102
4-5 多普勒效应和激波 104
一、声波多普勒效应 104
二、电磁波多普勒效应及雷达 105
三、激波和切连科夫辐射 106
4-6 光的共振吸收 激光原理和激光冷却 107
一、两能级原子与光的相互作用 107
二、爱因斯坦关于受激辐射的预言和激光的发明 108
三、激光冷却 玻色-爱因斯坦凝聚 109
附录4 光速的测量 110
思考题 111
习题 112
参考资料 112
第五章 热力学基础 熵与概率 统计规律性 113
5-1 热的本质 热功当量 113
一、从燃素到热质 113
二、伦姆福的发现 热的动力说 114
三、焦耳实验 热功当量的测定 115
5-2 温度 热力学温标 理想气体物态方程 116
一、温度 116
二、热力学温标与理想气体物态方程 117
5-3 相变 相变潜热 临界点和三相点 118
5-4 热力学第一定律及其应用 121
一、等温膨胀过程中体系对外做功内能 121
二、热力学第一定律 122
三、气体的比定容热容和比定压热容 123
四、卡诺循环与热机效率 124
5-5 卡诺定理 热力学第二定律与熵的玻耳兹曼公式 128
一、卡诺定理 128
二、热力学第二定律的几种主要表述 129
三、熵熵增加原理 131
四、宏观不可逆性与洛施密特佯谬 132
五、概率与熵 玻耳兹曼公式 133
5-6 麦克斯韦分布和玻耳兹曼分布 136
一、麦克斯韦速度分布律 136
二、玻耳兹曼分布 138
5-7 信息与概率的关系——信息量的定义 139
一、信息量定义与平均信息量 139
二、概率相同的n个同类事件的平均信息量举例 140
附录5A混沌 143
附录5B 气候变化引发全球危机 148
思考题 151
习题 151
参考资料 152
第六章 打开微观世界研究大门的三大发现 153
6-1 X射线的发现 154
一、阴极射线的发现及其本性的争论 154
二、一种新射线的发现 155
三、偶然中有必然 156
四、X射线的本性和应用 157
6-2 放射性的发现 157
一、贝可勒尔的一个惊人的意外发现 157
二、贝可勒尔的“先验观念”和居里夫人的新的突破 159
三、α、β和γ 三种射线 161
四、放射性衰变规律 163
6-3 电子的发现 166
一、阴极射线本性之争宣告结束 166
二、敢于突破传统观念 167
三、电子发现对现代科学和技术发展的深远意义 168
附录6卡文迪许实验室 168
思考题 170
习题 170
参考资料 170
第七章 物质观的革命——量子论 171
7-1 开创物理学新时代的“量子”概念的提出 171
一、背景——两朵乌云 171
二、观念的根本突破——“能量量子化”假设 172
三、量子观念在“非难”中得到发展 175
7-2 第一个钻到原子中心的人——卢瑟福 176
一、J.J.汤姆孙的原子模型 176
二、α粒子探针的奇迹 176
三、卢瑟福的“原子核式结构”模型的提出和遭遇 177
四、卢瑟福的预言和“中子”的发现 178
7-3 和谐的乐章——玻尔模型 179
一、行星模型的鉴赏家 180
二、玻尔原子结构模型的基础 180
三、玻尔模型 181
四、玻尔模型的贡献与困难 185
五、玻尔研究所的倡建 186
7-4 德布罗意与物质波 186
一、一个从文科转到理科的博士生 186
二、物质波的提出 187
三、电子波动性的实验验证 189
7-5 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 薛定谔对生命科学的新贡献 192
三、对量子力学作出重要贡献的其他物理学家 192
四、一场在20世纪传为佳话的科学争论 193
附录7哥本哈根精神 195
思考题 196
习题 197
参考资料 197
第八章 时空观的革命——相对论 199
8-1 光速不变性和同时性的相对性 199
一、力学相对性原理和伽利略变换 199
二、测量“以太风”的迈克耳孙-莫雷实验 201
三、爱因斯坦的追光佯谬 狭义相对论的两个基本原理 203
四、由光速不变原理导出时间延缓 205
8-2 洛伦兹收缩 洛伦兹变换速度相加定律 206
一、由光速不变原理导出洛伦兹收缩 206
二、洛伦兹变换 208
三、速度相加定律 210
8-3 质能关系 210
一、质-能等价关系的导出 211
二、狭义相对论中的多普勒效应 215
三、核的聚变和裂变 太阳能 216
8-4 广义相对论简介 218
一、等效原理和广义协变原理 218
二、有引力场的空间-时间是弯曲的 220
三、广义相对论的实验验证 222
四、一位伟大的科学家和思想家 225
附录8 关于天体物理学和宇宙学若干问题的对话 226
思考题 230
习题 230
参考资料 230
第九章 物理亦文化 232
9-1 现代物理学的认识论 232
一、认识论的相对性原理 233
二、什么实验最美？ 234
三、测量与信息 236
四、物质结构观的演变 239
9-2 观代物理学的方法论 242
一、模型方法的实质 242
二、对称性在物理学中的地位 243
9-3 从相对真理到绝对真理人择原理 246
附录9 人类社会历史所引发的思考 248
思考题 250
参考资料 251
结束语 人类从何处来？向何处去？ 252
参考资料 256
［附篇］ 关于治学之道的若干思考 257
参考资料 262
习题答案 263
附表 265