改變世界的物理學（第三版）

第一章 導 論
§1．1世界為什么變化這么快
§1.2從自然哲學到物理學
一、中國古代的世界圖景和哲學觀
二、古代西方哲學觀和物理知識
三、古代阿拉伯的物理知識
四、歐洲中世紀的科學為何發(fā)展緩慢
§1.3經(jīng)典物理學產(chǎn)生的條件和建立過程
一、文藝復興
二、天文學的突破
三、伽利略和近代力學的誕生
四、笛卡兒、惠更斯和牛頓
§1.4 19世紀物理學的成就和危機
一、電磁現(xiàn)象的研究
二、從法拉第到麥克斯韋
三、熱力學與統(tǒng)計物理的建立和發(fā)展
四、經(jīng)典物理學的“危機”，兩朵烏云和三大發(fā)現(xiàn)
§1．5 20世紀物理學的發(fā)展及其特點
一、向微觀世界和宇宙空間進軍
二、向新事物和“復雜性”進軍
三、物理學與高新技術(shù)
§1．6物理學的社會教育和思想文化功能
一、科學的雙重功能
二、物理學是“求真”的
三、物理學是“至善”的
四、物理學是“美”的
參考資料
第二章 航天與力學
§2．1萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)
一、牛頓生平
二、月亮為什么不掉下來
三、萬有引力定律的建立
四、海王星的發(fā)現(xiàn)
§2．2宇宙速度與動量及機械能守恒
一、火箭推進原理與動量守恒定律
二、機械能守恒定律
三、三個宇宙速度
四、多級火箭
§2．3衛(wèi)星運動與角動量守恒
一、人造地球衛(wèi)星是怎樣發(fā)射的
二、橢圓軌道與角動量守恒定律
三、失重現(xiàn)象及其解釋
§2．4航天技術(shù)的發(fā)展
一、通信衛(wèi)星
二、氣象衛(wèi)星
三、地球資源衛(wèi)星和海洋衛(wèi)星
四、科學探測衛(wèi)星
五、導航衛(wèi)星
六、深空探測
七、載人航天
附錄2．A火箭推進與齊奧爾科夫斯基公式
附錄2．B人造地球衛(wèi)星等航天器的返回
習題
參考資料
第三章 無處不在的波
§3．1 振動
一、一個彈簧振子的振動
二、振動的描述
三、電(偶極)振子模型
§3．2聲波
一、聲波
二、波的描述、超聲和次聲
三、聲壓、聲強級和噪聲
四、超聲的特性及應(yīng)用
五、次聲的特性及應(yīng)用
§3．3電磁波概述
一、電磁波發(fā)現(xiàn)的歷史
二、電磁波譜及其產(chǎn)生
三、電磁波--橫波
§3．4光的反射、折射和全反射
一、惠更斯原理
二、鏡面反射
三、兩種媒質(zhì)界面上光的折射和反射
四、全反射
§3．5光的干涉、衍射和偏振
一、光的干涉
二、光的衍射和分辨本領(lǐng)
三、全息照相
四、有趣的偏振光
§3．6無線電波和微波
一、無線電波的傳播
二、無線電廣播、電視和傳真
三、頻帶寬度、載波頻率和頻道數(shù)目的關(guān)系
四、微波通信和微波能利用
§3．7多普勒效應(yīng)及其應(yīng)用
一、雷達、多普勒效應(yīng)
二、超聲多普勒技術(shù)的醫(yī)學應(yīng)用
§3．8光的波粒二重性
一、黑體輻射和“量子”概念的提出
二、光電效應(yīng)和“光量子”的提出
三、光的波粒二重性
四、康普頓效應(yīng)和正負電子對的產(chǎn)生
附錄3．A．紅外線與紫外線
習題
參考資料
第四章微觀世界及其探索
§4．1 揭開研究微觀世界序幕的三大發(fā)現(xiàn)
一、X射線的發(fā)現(xiàn)
二、放射性的發(fā)現(xiàn)
三、電子的發(fā)現(xiàn)
§4．2原子結(jié)構(gòu)
一、盧瑟福散射和原子核的發(fā)現(xiàn)
二、玻爾模型
三、電子的波粒二重性
四、粒子運動的測不準關(guān)系
§4．3 X射線與原子結(jié)構(gòu)
一、X射線的產(chǎn)生和X射線譜
二、X射線的應(yīng)用
§4。4原子核的結(jié)構(gòu)
一、中子的發(fā)現(xiàn)
二、一種新的相互作用力--核力
三、核能來源
四、α，β和γ放射性衰變
五、核子結(jié)構(gòu)
六、神秘的反物質(zhì)
*§4．5探索微觀世界奧秘的近代技術(shù)
一、電子顯微鏡
二、質(zhì)子激發(fā)X射線熒光分析(PIXE)
三、中子活化分析
四、掃描隧道顯微鏡(STM)
五、原子力顯微鏡(AFM)
附錄4．A分子能級和光譜、固體的光譜
習題
參考資料
第五章 光彩奪目的新光源
§5．1激光產(chǎn)生原理與激光器結(jié)構(gòu)
一、激光產(chǎn)生原理
二、激光簡史和我國的激光技術(shù)
三、激光器的結(jié)構(gòu)
四、激光器的種類
§5．2激光的特性及應(yīng)用
一、激光的主要特性
二、激光應(yīng)用簡介
§5．3，神奇的同步輻射光
一、同步輻射的發(fā)現(xiàn)
二、同步輻射的特性
三、同步輻射裝置
四、同步輻射應(yīng)用簡介
習題
參考資料
笫六章．物理學與材料科學和信息技術(shù)
§6．1、物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識
一、元素是構(gòu)成材料的最小單位
二、分子的鍵型和構(gòu)形
三、晶體的結(jié)合類型和結(jié)構(gòu)
四、c晶體特性
五、非晶凝聚態(tài)物質(zhì)
§6．2半導體
一、什么是半導體
二、本征半導體和雜質(zhì)半導體
三、半導體硅材料
四、半導體材料的應(yīng)用簡介
§6．3超導材料
一、超導體的基本特性
二、常規(guī)超導與高溫超導
三、超導應(yīng)用簡介
§6．4納米材料與C60結(jié)構(gòu)
一、納米材料
二、納米加工與原子操縱
三、舉世矚目的C60和碳納米材料
§6．5先進陶瓷與新型金屬
一、先進陶瓷
二、新型金屬
§6．6信息的獲取
一、傳感器技術(shù)
二、遙感技術(shù)及其分類
三、不同波段的三類遙感及其應(yīng)用
§6．7信息的傳輸和處理
一、移動通信手段的發(fā)展
二、電子郵件
三、衛(wèi)星通信
四、光纖通信
五、數(shù)字通信技術(shù)
六、多媒體技術(shù)
七、信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用
參考資料
第七章物理學是能源科學的基礎(chǔ)
§7．1能源概況
一、能源及其分類
二、物理學與能源科學
三、能源與環(huán)境
四、能源危機
§7．2能源利用和開發(fā)
一、熱能及其到機械能的轉(zhuǎn)換
二、電能
三、機械能
四、太陽能
五、干凈的氫能
§7．3裂變反應(yīng)堆--核電站
一、裂變發(fā)現(xiàn)及裂變能的釋放
二、鏈式反應(yīng)的可能性及可控性
三、可控鏈式反應(yīng)的實現(xiàn)
四、核電站簡介
五、核電的優(yōu)勢及發(fā)展概況
六、新一代核電站的研究開發(fā)
*§7．4可控熱核聚變反應(yīng)
一、如何實現(xiàn)自持的聚變反應(yīng)
二、太陽中的熱核聚變反應(yīng)--引力約束
三、磁約束裝置
四、慣性約束核聚變--激光核聚變
附錄7．A空氣質(zhì)量監(jiān)測和空氣污染指數(shù)
習題
參考資料
第八章 物理學與現(xiàn)代醫(yī)學新技術(shù)和生命科學
§8．1 放射性藥物在診斷和治療中的應(yīng)用
一、放射性的基本規(guī)律
二、短壽命核素的生產(chǎn)和保存
三、放射性藥物用于診斷
四、放射性藥物用于治療
§8．2激光在醫(yī)學上的應(yīng)用
一、激光的生物效應(yīng)_
二、激光刀用于切割(氣化)或燒灼治療
三、激光纖維內(nèi)窺鏡
四、低功率激光的醫(yī)學應(yīng)用
*§8．3神奇的粒子手術(shù)刀
一、γ刀
二、醫(yī)用電子直線加速器
*§8．4 CT技術(shù)和磁共振成像技術(shù)
一、從X射線攝影到XCT和ECT
二、磁共振成像
*§8．5物理學在生命科學發(fā)展中的作用
一、對生命現(xiàn)象認識的發(fā)展
二、從細胞水平看生命
三、從分子水平看生命(DNA簡介)
四、信使RNA分子和遺傳密碼
五、sTM和AFM技術(shù)在生命科學中的應(yīng)用
附錄8．A生物體是-個開放的具有自組織性的耗散結(jié)構(gòu)
附錄8．B基因工程簡介
習題
參考資料
第九章 相對論和宇宙
§9．1 陌生的高速世界
一、愛因斯坦的“追光實驗”
二、時間(同時性)的相對性
三、高速旅行可以長壽嗎
四、高速運動的物體會縮短嗎
五、光速能夠超越嗎
§9．2相對論動力學，質(zhì)能關(guān)系式
一、質(zhì)量隨速度而變化
二、改變世界的方程--質(zhì)能關(guān)系式
*§9．3廣義相對論簡介
一、光線在太陽旁的偏折和空時彎曲
二：雙星的引力輻射
*§9．4宇宙學大意
一、可觀測宇宙的概貌
二、宇宙在膨脹--哈勃紅移
三、早期宇宙的遺跡一3開微波背景輻射
四、宇宙年齡的估計
五、大爆炸宇宙學(宇宙學的標準模型)
*§9．5恒星的誕生、演化及其歸宿
一、星際物質(zhì)和恒星的誕生
二、恒星的演化及其歸宿
三、從“天關(guān)客星”到脈沖星的發(fā)現(xiàn)
四、黑洞
*§9.6太陽系和地球的起源與演化
一、太陽系概貌
二、太陽系的起源和演化
三、地球的起源和演化
四、做人是幸運的
習題
參考資料
第十章從20世紀物理學看世界
§10．1物理學的方法論
一、模型方法為什么靈
二、科學假說的重要作用
三、類比方法在科學發(fā)現(xiàn)和理論構(gòu)建中的重要性
四、“統(tǒng)一性”是物理學的執(zhí)著追求
五、向“邊緣’’開拓，向“極限”挑戰(zhàn)，從“交叉”處找突破口
六、物理學研究中個人與集體的關(guān)系
§10．2物理學的認識論
一、認識論的相對性原理
二、認識始于變革
三、從相對真理到絕對真理
四、對科學家失誤的認識
五、科學技術(shù)是一把“雙刃劍”
六、既是演員，又是觀眾
參考資料
結(jié)束語--21世紀人類面臨的氣候危機
物理常數(shù)和天文常數(shù)表
習題答案