文科物理教程

緒論1
第1章 力學(xué)概論5
1.1 牛頓和他的《原理》5
1.1.1 牛頓生平5
1.1.2 《原理》的基本內(nèi)容6
1.1.3 牛頓的自然觀和科學(xué)方法9
1.2 質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)10
1.2.1 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的描述10
1.2.2 牛頓運(yùn)動(dòng)定律13
1.2.3 機(jī)械能與機(jī)械能守恒定律15
1.2.4 動(dòng)量與動(dòng)量守恒定律17
1.3 剛體的運(yùn)動(dòng)19
1.3.1 剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)19
1.3.2 轉(zhuǎn)動(dòng)定律20
1.3.3 剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)的功能關(guān)系23
1.3.4 角動(dòng)量和角動(dòng)量守恒定律24
1.4 機(jī)械振動(dòng)與機(jī)械波27
1.4.1 簡(jiǎn)諧振動(dòng)27
1.4.2 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的能量30
1.4.3 簡(jiǎn)諧振動(dòng)的合成31
1.4.4 阻尼振動(dòng) 受迫振動(dòng) 共振32
1.4.5 機(jī)械波的一般概念32
1.4.6 平面簡(jiǎn)諧波33
1.4.7 波的衍射35
1.4.8 波的干涉35
1.4.9 多普勒效應(yīng)37
1.4.10 聲波39
1.5 宇宙的起源與演化40
1.5.1 宇宙學(xué)與宇宙學(xué)原理40
1.5.2 宇宙的起源——宇宙大爆炸40
1.5.3 哈勃定律44
1.5.4 宇宙的年齡45
1.5.5 地球的年齡46
1.5.6 太陽(yáng)的年齡46
1.5.7 銀河系的年齡47
1.5.8 天體運(yùn)動(dòng)中的混沌現(xiàn)象47
思考題與習(xí)題49
第2章 熱學(xué)概論52
2.1 熱現(xiàn)象的微觀理論52
2.1.1 氣體動(dòng)理論的幾個(gè)基本概念52
2.1.2 理想氣體壓強(qiáng)與溫度的微觀解釋54
2.1.3 能量均分定理 內(nèi)能56
2.2 麥克斯韋氣體速率分布律58
2.2.1 分子速率分布函數(shù)59
2.2.2 麥克斯韋氣體分子速率分布律59
2.2.3 三種統(tǒng)計(jì)速率60
2.2.4 氣體分子的碰撞理論61
2.2.5 大氣的組成62
2.3 經(jīng)典熱力學(xué)的形成和發(fā)展63
2.3.1 熱力學(xué)第一定律的建立64
2.3.2 熱力學(xué)第二定律的建立69
2.3.3 熱力學(xué)第三定律的建立72
2.4 熱力學(xué)定律及其應(yīng)用73
2.4.1 熱力學(xué)第一定律73
2.4.2 熱力學(xué)第二定律80
2.5 熵、信息和能量82
2.5.1 熵82
2.5.2 熵與信息84
2.5.3 熵與能量87
2.6 經(jīng)典力學(xué)、熱學(xué)與第一次技術(shù)革命88
2.6.1 經(jīng)典力學(xué)與科學(xué)革命88
2.6.2 經(jīng)典熱學(xué)與技術(shù)革命89
思考題與習(xí)題94
第3章 電磁學(xué)概論96
3.1 靜電場(chǎng)的概念與規(guī)律96
3.1.1 電荷及相關(guān)定律96
3.1.2 電場(chǎng)97
3.1.3 靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體和電介質(zhì)103
3.2 穩(wěn)恒磁場(chǎng)的概念與規(guī)律104
3.2.1 磁場(chǎng)與磁感應(yīng)強(qiáng)度104
3.2.2 畢奧?薩伐爾定律106
3.2.3 磁場(chǎng)高斯定理107
3.2.4 安培環(huán)路定理109
3.2.5 磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用111
3.2.6 載流導(dǎo)線在磁場(chǎng)中所受的力111
3.2.7 磁場(chǎng)中的磁介質(zhì)112
3.3 電磁感應(yīng)的概念與規(guī)律113
3.3.1 電磁感應(yīng)現(xiàn)象113
3.3.2 電磁感應(yīng)相關(guān)定律113
3.3.3 感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)114
3.3.4 自感和互感117
3.3.5 電磁感應(yīng)的應(yīng)用118
3.4 麥克斯韋與電磁場(chǎng)理論123
3.4.1 麥克斯韋簡(jiǎn)介123
3.4.2 位移電流與電磁場(chǎng)基本方程的積分形式126
3.4.3 麥克斯韋方程組128
3.5 經(jīng)典電磁理論與第二次技術(shù)革命129
3.5.1 第二次技術(shù)革命的科學(xué)理論支持129
3.5.2 經(jīng)典電磁理論與電動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)的發(fā)明129
3.5.3 新通信工具的發(fā)明與應(yīng)用131
3.5.4 靜電的應(yīng)用132
3.5.5 電磁場(chǎng)的應(yīng)用135
3.6 現(xiàn)代通信與信息社會(huì)137
3.6.1 電磁波138
3.6.2 無(wú)線電通信139
3.6.3 電磁屏蔽技術(shù)141
思考題與習(xí)題144
第4章 光學(xué)概論146
4.1 光的電磁理論與光的特性146
4.1.1 光的電磁理論146
4.1.2 光矢量147
4.1.3 光程147
4.2 光的干涉149
4.2.1 相干光的獲得149
4.2.2 雙縫干涉150
4.2.3 洛埃鏡實(shí)驗(yàn)152
4.2.4 薄膜干涉152
4.3 光的衍射156
4.3.1 光的衍射現(xiàn)象157
4.3.2 惠更斯?菲涅耳原理157
4.3.3 單縫夫瑯和費(fèi)衍射157
4.3.4 光柵衍射159
4.3.5 光學(xué)儀器的分辨本領(lǐng)162
4.4 光的偏振164
4.4.1 線偏振光與自然光164
4.4.2 馬呂斯定律165
4.4.3 布儒斯特定律166
4.5 光學(xué)的工程應(yīng)用167
4.5.1 光纖通信167
4.5.2 液晶技術(shù)168
4.5.3 光彈性效應(yīng)170
4.5.4 克爾效應(yīng)170
4.5.5 旋光效應(yīng)171
4.5.6 磁光效應(yīng)171
4.5.7 立體電影172
4.5.8 數(shù)碼照相機(jī)173
思考題與習(xí)題174
第5章 相對(duì)論基礎(chǔ)176
5.1 狹義相對(duì)論產(chǎn)生的歷史背景176
5.1.1 電磁理論在伽利略變換下的非協(xié)變性176
5.1.2 邁克耳孫?莫雷實(shí)驗(yàn)的零結(jié)果178
5.1.3 洛倫茲的理論179
5.1.4 龐加萊的卓見181
5.2 相對(duì)論的時(shí)空觀183
5.2.1 愛因斯坦小傳183
5.2.2 洛倫茲變換的導(dǎo)出185
5.2.3 速度的變換187
5.2.4 狹義相對(duì)論的時(shí)空觀188
5.2.5 相對(duì)論的幾何描述194
5.3 相對(duì)論動(dòng)力學(xué)197
5.3.1 相對(duì)論質(zhì)量197
5.3.2 質(zhì)能關(guān)系199
5.3.3 能量-動(dòng)量關(guān)系201
5.4 相對(duì)論的啟迪202
5.4.1 相對(duì)論對(duì)物理學(xué)的影響202
5.4.2 相對(duì)論對(duì)人類思維發(fā)展的影響203
5.4.3 相對(duì)論對(duì)哲學(xué)的影響204
思考題與習(xí)題205
第6章 量子論基礎(chǔ)207
6.1 黑體輻射與普朗克量子假設(shè)207
6.1.1 歷史背景207
6.1.2 黑體輻射208
6.1.3 普朗克公式211
6.1.4 黑體輻射應(yīng)用212
6.2 光電效應(yīng)及康普頓效應(yīng)213
6.2.1 光電效應(yīng)213
6.2.2 愛因斯坦光子假說214
6.2.3 康普頓效應(yīng)216
6.3 玻爾的氫原子理論217
6.3.1 氫原子光譜的實(shí)驗(yàn)規(guī)律 218
6.3.2 玻爾的氫原子理論219
6.3.3 玻爾理論對(duì)氫原子光譜的解釋221
6.4 物質(zhì)波與不確定關(guān)系223
6.4.1 德布羅意波223
6.4.2 德布羅意波的統(tǒng)計(jì)解釋224
6.4.3 不確定關(guān)系225
6.5 量子力學(xué)基礎(chǔ)225
6.5.1 微觀粒子狀態(tài)的描述226
6.5.2 波函數(shù)的物理意義226
6.5.3 薛定諤方程228
6.6 哥本哈根學(xué)派與EPR學(xué)派的爭(zhēng)論230
6.7 近代物理學(xué)與第三次技術(shù)革命235
6.7.1 近代物理學(xué)的建立和發(fā)展235
6.7.2 第三次技術(shù)革命237
6.7.3 近代物理學(xué)的實(shí)際應(yīng)用239
6.8 激光與紅外244
6.8.1 激光器的發(fā)明244
6.8.2 激光的原理246
6.8.3 激光的特性249
6.8.4 激光的應(yīng)用250
6.8.5 紅外技術(shù)252
6.9 固體能帶與半導(dǎo)體255
6.9.1 固體的能帶255
6.9.2 絕緣體、導(dǎo)體和半導(dǎo)體256
6.9.3 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理257
6.9.4 P-N結(jié)258
思考題與習(xí)題259
附錄A 歷屆諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)匯總261
附錄B 世界十大經(jīng)典物理實(shí)驗(yàn)269
附錄C 著名物理學(xué)家英語(yǔ)生平272
附錄D 部分習(xí)題參考答案279
參考文獻(xiàn)283