本书针对的是一学期的概念性物理课程。全书共分 6 单元 21 章，内容包括力学、热力学、电磁学、光学、核物理学、近代物理学等，具体涉及运动的基本概念，落体运动和抛体运动，牛顿运动定律，圆周运动，行星和引力，能量和振动，冲量和动量，转动，流体，温度和热力学，热机和热力学第二定律，静电现象，电路，磁体和电磁学，波的生成，光波和颜色，光和成像，原子的结构，原子核和核能，相对论，日常现象深入研究等。本书的特点是在介绍物理学概念的同时，引入了可用这些概念来解释的日常现象，强调了物理学的实用性及其与日常生活的关联性，而不要求读者具备高深的数学知识。 全书以叙述性文体撰写，并用事先设定的问题将读者引入有关物理思想的对话中。因此，本书适合那些有兴趣了解物理世界的本质并希望解释日常物理现象的人们，也可作为大学预科学生的导论性物理学教材。

序 言 我们经常看到彩虹、滑冰运动员急速自转和潮涨潮落等日常现象。了解彩虹是怎样形成的、滑冰运动员为什么会急速自转和潮汐为什么会涨落，会使人得到满足，而这种满足感是培育科学素养的动力之一。本书试图让非科技人员也具有这种满足感。本书针对的是一学期的概念性物理课程，因此以叙述性文体撰写，并用事先设定的问题将读者引入有关物理思想的对话中。因此，本书适合那些有兴趣了解物理世界的本质并希望解释日常物理现象的人们。 本书的组织方式 除在第4版中重新调整了第15～17章的顺序外，后续版本基本上未对章节顺序进行调整。尽管这种章节顺序的安排符合传统做法，但我们还是做了一些变动。关于能量的一章（第6章）现在调整到了关于动量的一章（第7章）之前，因此在讨论碰撞时就可使用能量的概念。波动在第15章讨论，它安排在关于电学和磁学的内容之后、光学的内容（第16章和第17章）之前。关于流体的一章（第9章）安排在关于力学的各章之后、关于热力学的各章之前。前17章介绍经典物理学的主要思想，经过适当删节后适用于一个学期的课程。 全部21章适合于一学期的课程，如果要透彻、细致地介绍物理思想，那么本书也适合于两个学期的课程。即使是在一学期的课程中，许多教师也认为讨论原子现象的第18章和讨论原子核现象的第19章必不可少。因此，如果在一学期的课程中使用本书，那么这里建议削减其他章节的内容，以减轻学生的学习负担。 有些教师在授课时，喜欢将关于相对论的第20章放在关于力学的各章之后，或放在关于近代物理学的各章之前。尽管相对论与日常现象的关联并不紧密，但本书中包含它们的原因是学生对此很感兴趣。第21章介绍了现代物理学中的几个热门主题，如粒子物理学、宇宙学、半导体和超导电性，包含这些主题的目的是提升学生的学习兴趣。 我们并不希望在短时间内教授或学习太多的内容。我们已尽力使本书保持合理的篇幅，同时覆盖物理学导论书籍应包含的核心概念。要了解这些概念，需要有充分的讨论和思考时间。欲速则不达。如果试图很快学完本书，那么掌握的将只是词语和定义；如果能很好地理解所学的内容，那么少即是多。 概念性物理课程中的数学 对许多主修非科学专业的学生而言，物理学课程中关于数学的内容越少越好。尽管有人曾试图不用任何数学知识来讲授概念性物理课程，但这种做法错失了帮助学生树立信心来使用和处理简单定量关系的机会。 显然，数学是表示物理学中定量关系的有力工具。因此，我们可以在物理学中对数学的使用加以限制，让其只从属于要讨论的物理概念。本书第1版推出后，读者认为书中的数学公式太多，理解起来有困难。因此我们在再版的书中删除了大量的数学公式。由于多数读者认同这样的改动，因此在本书随后的各版中保持了这一特性。 本书的一个显著特点是逻辑性强。书中的每章都是在介绍基本概念后，才给出相应的数学公式，并用文字详细解释了个数学公式。为便于理解相关的概念，书中提供了许多简单的例子，这些例子仅需要学生掌握高中的代数知识。 本版的新内容 第8版做了几处重大的改动。在本书的改进过程中，我们仍然遵循此前的指导原则，即章数不能太多，并且整个内容的篇幅不能太长。许多图书会随用户和评论者的要求添加相关的主题，因此会变得“臃肿”不堪。我们在添加内容时非常审慎，总体而言有增有减，但篇幅保持不变。 日常现象专栏是帮助学生了解物理学与日常世界之间的关系的一条途径。我们改写了日常现象专栏19.2，它原来是关于切尔诺贝利核事故的，现在换成了日本福岛的核反应堆事故。 除这些特别的改动外，还更新了照片和插图。此外，还修改了书中的多处文字内容，以便读者更易于理解那些有难度的概念。 ? 强调了能量的概念。尽管本书是一本关于物理学基本概念的教程，但我们希望本书有助于讲授能量这一概念的教师。本书未来的版本仍将强调这一点。 ? 改进了版式和文字说明。尽管本书概念的清晰性受到了用户的称赞，但仍然具有改进的空间。用户指出了许多关于装帧和文字的改进之处，因此我们对此进行了改进。 每章的序言 每章的章首都有一幅源自日常经验的图片，我们以它为主题引入有关的物理概念。对许多学生而言，物理学很抽象，但日常现象和具体的例子降低了这种抽象性。“本章概述”列出了读者阅读该章后可望学到的内容，介绍了要讨论的概念及它们之间的关系，可让学生在学习时保持专注性和条理性。“本章大纲”包含了该章正文中各节的标题，并提出了一些问题，可指导学生需要具备哪些知识来理解该章的重要概念。 各章的大纲和小结为介绍的概念给出了清晰的框架。学习物理学的困难之一是，学生有时无法将各个概念关联起来。前后一致的框架是帮助学生将各个概念融合起来的强大工具。 其他行文特征 只要有可能，本书就会基于日常现象来引入物理概念。为实现这一目标，本书具有使读者有效研究日常现象的物理学的特点。不多的关键概念是理解物理学的基础，行文的方式强调了这一特点，因此读者不会迷失在定义和公式中。 ? 每节的结尾提供了加有灰底的一段内容，它们是对每章章末更一般性小结的补充。 ? 各节的标题常常写成疑问句的方式，以激发学生的好奇心。 ? 日常现象专栏将正文中讨论的物理概念与现实生活中的主题、社会问题和现代技术关联起来，强调了物理学的实用性及它与日常生活是如何关联的。第1章和最后两章各有一个日常现象专栏，其他各章中的每章则有两个日常现象专栏。 ? 例题出现在各章的正文中，仔细研究它们可以帮助学生更好地了解物理学中的解题方法。 ? “可以讨论的问题”提供了有关能量和环境等没有标准答案的问题，可以作为课堂讨论、完成作业之用。 ? 每章末尾的“小结”突出了该章的关键内容，并与章首序言中的重要概念相呼应。 ? 每章最后提供了“概念题”“练习题”“综合题”“实验与观测”，通过这些练习，读者可更好地了解基本概念。附录A中提供了各章部分习题的答案。

第1章 物理学是基础科学 1 1.1 能量是怎么回事？ 2 1.1.1 关于全球变暖的争论 2 1.1.2 能量是怎样被卷入的？ 3 1.1.3 物理学和能量 3 1.2 科学事业 4 1.2.1 科学和彩虹 4 1.2.2 什么是科学方法？ 5 1.2.3 应当如何介绍科学？ 6 1.2.4 可以讨论的问题 6 1.3 物理学的范围 7 1.3.1 如何定义物理学？ 8 1.3.2 物理学的主要分支有哪些？ 8 1.4 测量和数学在物理学中的作用 9 1.4.1 为什么测量这么重要？ 9 1.4.2 数学能帮什么忙？ 10 1.4.3 为什么使用公制单位？ 10 1.5 物理学和日常现象 11 1.5.1 为什么要研究日常现象？ 11 小结 12 关键术语 13 概念题 13 练习题 14 综合题 15 实验与观测 15 第1单元 牛 顿 革 命 第2章 运动的描述 18 2.1 平均速率和瞬时速率 19 2.1.1 平均速率的定义 19 2.1.2 速率的单位 19 2.1.3 瞬时速率 20 2.1.4 可以讨论的问题 21 2.2 速度 22 2.2.1 速率和速度的区别 22 2.2.2 矢量 23 2.2.3 瞬时速度的定义 23 2.3 加速度 23 2.3.1 平均加速度的定义 24 2.3.2 瞬时加速度的定义 25 2.3.3 加速度的方向 25 2.3.4 汽车速率不变时能做加速运动吗？ 25 2.4 运动的图形表示 26 2.4.1 一幅图形能告诉我们什么？ 26 2.4.2 速度图和加速度图 27 2.4.3 能根据速度图求走过的距离吗？ 28 2.5 匀加速运动 29 2.5.1 匀加速运动中速度怎样变化？ 30 2.5.2 走过的距离如何随时间变化？ 30 小结 31 关键术语 32 概念题 32 练习题 34 综合题 35 实验与观测 35 第3章 落体运动和抛体运动 37 3.1 重力引起的加速度 38 3.1.1 如何测量重力加速度？ 38 3.1.2 伽利略关于落体运动的观点与 亚里士多德的观点有何不同？ 40 3.2 落体追踪 40 3.2.1 速度如何随时间变化？ 41 3.2.2 小球在不同时间里下落多大的距离？ 41 3.2.3 下抛小球 42 3.3 向上抛球 44 3.3.1 小球的速度如何变化？ 44 3.3.2 小球能飞到多高？ 45 3.4 抛体运动 46 3.4.1 抛体的轨迹是什么样子？ 46 3.4.2 飞行时间由什么决定？ 47 3.5 打靶 48 3.5.1 步枪射出的子弹会下落吗？ 48 3.5.2 橄榄球的飞行 49 3.5.3 怎样才能达到最大的距离？ 49 小结 52 关键术语 52 概念题 52 练习题 54 综合题 55 实验与观测 55 第4章 牛顿运动定律：运动的解释 57 4.1 历史简述 58 4.1.1 亚里士多德关于运动的原因 有何看法？ 58 4.1.2 伽利略怎样挑战亚里士多德的看法？ 59 4.1.3 牛顿完成了什么业绩？ 59 4.2 牛顿第一运动定律和第二运动 定律 60 4.2.1 什么是牛顿第一运动定律？ 60 4.2.2 力和加速度有什么关系？ 61 4.2.3 力怎样相加？ 62 4.3 质量和重量 64 4.3.1 如何对质量进行比较？ 64 4.3.2 如何定义重量？ 64 4.3.3 为何重力加速度与质量无关？ 65 4.4 牛顿第三运动定律 65 4.4.1 第三运动定律怎样帮助我们 定义力？ 65 4.4.2 怎样用第三运动定律来认证力？ 66 4.4.3 骡子能够加速一辆小车吗？ 67 4.4.4 什么力使汽车加速？ 67 4.5 牛顿定律的应用 69 4.5.1 推沙发时涉及哪些力？ 69 4.5.2 跳伞运动员不开伞时会持续 加速吗？ 69 4.5.3 小球扔出后发生了什么事情？ 70 4.5.4 怎样分析连接在一起的物体的运动？ 71 小结 72 关键术语 72 概念题 73 练习题 75 综合题 75 实验与观测 76 第5章 圆周运动、行星和引力 77 5.1 向心加速度 78 5.1.1 什么是向心加速度？ 78 5.1.2 怎样求速度的改变量?v？ 79 5.1.3 向心加速度的大小有多大？ 79 5.1.4 什么力产生向心加速度？ 79 5.2 向心力 80 5.2.1 什么力帮助汽车顺利通过弯道？ 80 5.2.2 弯道修成内低外高会发生什么？ 82 5.2.3 坐摩天轮时遇到哪些力？ 83 5.3 行星运动 84 5.3.1 早期的天球模型是什么样的？ 84 5.3.2 哥白尼与托勒密的模型有何区别？ 85 5.3.3 开普勒行星运动定律 86 5.4 牛顿万有引力定律 88 5.4.1 牛顿有什么惊人发现？ 88 5.4.2 什么是牛顿万有引力定律？ 88 5.4.3 重量与引力定律怎样关联？ 89 5.5 月球和其他卫星 90 5.5.1 如何解释月相？ 90 5.5.2 月球服从开普勒定律吗？ 91 5.5.3 人造卫星的轨道 91 5.5.4 可以争论的问题 92 小结 93 关键术语 94 概念题 94 练习题 96 综合题 96 实验与观测 97 第6章 能量和振动 98 6.1 简单机械、功和功率 99 6.1.1 什么是简单机械？ 99 6.1.2 怎样定义功？ 100 6.1.3 任何力都做功吗？ 100 6.1.4 功和功率有什么关系？ 101 6.2 动能 101 6.2.1 如何定义动能？ 101 6.2.2 什么是负功？ 102 6.2.3 汽车的停车距离 102 6.3 势能 103 6.3.1 什么是重力势能？ 103 6.3.2 势能的实质是什么？ 103 6.3.3 什么是弹性势能？ 104 6.3.4 什么是保守力？ 105 6.4 能量守恒 105 6.4.1 摆在摆动时的能量如何变化？ 105 6.4.2 能量守恒是什么意思？ 105 6.4.3 为什么使用能量的概念？ 106 6.4.4 能量分析为何像计账似的？ 107 6.4.5 可以争论的问题 108 6.5 弹簧和简谐运动 110 6.5.1 拴在弹簧上的质块的振动 110 6.5.2 什么是周期和频率？ 111 6.5.3 任何回复力都产生简谐运动吗？ 111 小结 112 关键术语 113 概念题 113 练习题 115 综合题 116 实验与观测 117 第7章 动量和冲量 118 7.1 动量和冲量 119 7.1.1 小球弹跳时发生了什么？ 119 7.1.2 怎样分析如此快速的变化？ 119 7.1.3 什么是冲量和动量？ 120 7.1.4 如何应用冲量-动量原理？ 120 7.2 动量守恒 122 7.2.1 动量为何及何时守恒？ 123 7.2.2 动量守恒和碰撞 123 7.3 反冲 124 7.3.1 什么是反冲？ 124 7.3.2 猎枪的反冲 125 7.3.3 火箭怎样工作？ 125 7.4 弹性碰撞和非弹性碰撞 126 7.4.1 什么是完全非弹性碰撞？ 126 7.4.2 碰撞中能量守恒吗？ 126 7.4.3 台球弹跳时发生了什么？ 127 7.5 互成某个角度的碰撞 128 7.5.1 二维非弹性碰撞 128 7.5.2 二维弹性碰撞 130 7.5.3 可以讨论的问题 131 小结 131 关键术语 132 概念题 132 练习题 134 综合题 135 实验与观测 135 第8章 固体的转动 136 8.1 什么是转动？ 137 8.1.1 角位移和角速度 137 8.1.2 什么是角加速度？ 138 8.1.3 恒定角加速度 138 8.1.4 线速度和角速度有什么关系？ 139 8.2 转矩和杆秤 139 8.2.1 杆秤何时平衡？ 139 8.2.2 什么是转矩？ 140 8.2.3 多个转矩如何相加？ 141 8.2.4 什么是重心？ 141 8.3 转动惯量和牛顿第二运动 定律 142 8.3.1 什么是转动惯量？ 142 8.3.2 适用于转动的牛顿第二运动定律 143 8.3.3 求旋转木马的转动惯量 144 8.4 角动量守恒 145 8.4.1 什么是角动量？ 145 8.4.2 角动量何时守恒？ 145 8.4.3 滑冰运动员自转速率的变化 146 8.4.4 开普勒第二定律 147 8.5 骑自行车和其他惊人的绝技 148 8.5.1 角动量是矢量吗？ 148 8.5.2 角动量和自行车 149 8.5.3 转椅和陀螺 150 小结 152 关键术语 153 概念题 153 练习题 154 综合题 156 实验与观测 156 第2单元 流体的行为和热学 第9章 流体的行为 160 9.1 压强和帕斯卡原理 161 9.1.1 如何定义压强？ 161 9.1.2 什么是帕斯卡原理？ 162 9.1.3 水压机如何工作？ 162 9.2 气压和气体的行为 163 9.2.1 怎样测量气压？ 163 9.2.2 气压如何变化？ 164 9.2.3 空气柱的重量 165 9.2.4 气体的体积如何随压强改变？ 166 9.3 阿基米德原理 168 9.3.1 什么是阿基米德原理？ 168 9.3.2 浮力来源于什么？ 168 9.3.3 有哪些力作用在浮体上？ 169 9.3.4 为何钢船会浮在水面上？ 170 9.3.5 气球何时上浮？ 170 9.4 运动的流体 171 9.4.1 为什么流速会变？ 171 9.4.2 黏性如何影响流动？ 172 9.4.3 层流和湍流 173 9.5 伯努利原理 174 9.5.1 什么是伯努利原理？ 174 9.5.2 管道和软管中各处的压力如何 变化？ 174 9.5.3 气流和伯努利原理 175 9.5.4 商店门前的广告球为何会悬在 空中？ 175 小结 177 关键术语 178 概念题 178 练习题 179 综合题 179 实验与观测 180 第10章 温度和热量 181 10.1 温度及其测量 182 10.1.1 怎样测量温度？ 182 10.1.2 温标的发展 183 10.1.3 存在热力学零度吗？ 184 10.2 热量和比热 185 10.2.1 什么是比热？ 185 10.2.2 热量和温度有何区别？ 186 10.2.3 热量怎样参与熔化或凝固过程？ 186 10.3 焦耳实验和热力学第一定律 189 10.3.1 焦耳实验表明了什么？ 189 10.3.2 热力学第一定律 190 10.3.3 什么是内能？ 190 10.3.4 计算食物的热量 191 10.4 气体的行为与热力学第一定律 192 10.4.1 压缩气体时发生了什么事？ 192 10.4.2 内能与温度有什么关系？ 192 10.4.3 怎样保持气体的温度不变？ 193 10.4.4 热气球中的气体发生了什么？ 193 10.5 热流 194 10.5.1 热传导产生的热流 194 10.5.2 什么是对流？ 195 10.5.3 什么是辐射？辐射怎样传递能量？ 196 小结 198 关键术语 199 概念题 199 练习题 200 综合题 200 实验与观测 201 第11章 热机和热力学第二定律 202 11.1 热机 203 11.1.1 热机是干什么的？ 203 11.1.2 热机的效率 203 11.1.3 热力学第一定律关于热机告诉了 我们什么？ 204 11.2 热力学第二定律 206 11.2.1 什么是卡诺机？ 206 11.2.2 卡诺循环包含哪几步？ 207 11.2.3 卡诺机的效率是多少？ 207 11.2.4 热力学第二定律 208 11.3 制冷机、热泵和熵 209 11.3.1 制冷机和热泵是干什么的？ 209 11.3.2 热力学第二定律的克劳修斯表述 210 11.3.3 什么是熵？ 211 11.4 热电厂和能源 212 11.4.1 热电厂是如何工作的？ 212 11.4.2 化石燃料的替代物 213 11.4.3 高品位热量和低品位热量 214 11.4.4 可以讨论的问题 215 11.5 永动机和能量骗局 215 11.5.1 第一类永动机 215 11.5.2 第二类永动机 215 小结 217 关键术语 218 概念题 218 练习题 220 综合题 221 实验与观测 221 第3单元 电学和磁学 第12章 静电现象 224 12.1 电荷的作用 225 12.1.1 从木髓球实验能学到什么？ 225 12.1.2 什么是验电器？ 226 12.1.3 富兰克林的单流体模型 226 12.2 导体和绝缘体 227 12.2.1 绝缘体与导体有何不同？ 227 12.2.2 让导体感应起电 228 12.2.3 为何绝缘体被吸向带电物体？ 229 12.3 静电力：库仑定律 231 12.3.1 库仑是怎样测量静电力的？ 231 12.3.2 库仑的测量结果如何？ 232 12.3.3 库仑定律与万有引力定律的 比较 233 12.4 电场 233 12.4.1 求几个电荷施加的力 234 12.4.2 什么是电场？ 234 12.4.3 电场线是怎样使用的？ 235 12.5 电势 236 12.5.1 求电荷势能的改变量 236 12.5.2 什么是电势？ 237 12.5.3 电势和电场的关系 238 小结 240 关键术语 240 概念题 241 练习题 242 综合题 243 实验与观测 243 第13章 电路 245 学习提示 246 13.1 电路和电流 246 13.1.1 怎样使灯泡发光？ 246 13.1.2 什么是电流？ 247 13.1.3 什么限制了电流？ 249 13.1.4 与水流的类比 249 13.2 欧姆定律和电阻 250 13.2.1 电流对电压的依赖关系 250 13.2.2 什么是电池的电动势？ 251 13.2.3 电池没电了是怎么回事？ 252 13.3 串联电路和并联电路 252 13.3.1 什么是串联电路？ 252 13.3.2 什么是并联电路？ 253 13.3.3 安培计和伏特计的使用 255 13.4 电能和电功率 256 13.4.1 电路中发生了什么能量转换？ 256 13.4.2 电功率与电流和电压有何关系？ 256 13.4.3 怎样分配和使用电功率？ 257 13.5 交流电和家庭电路 259 13.5.1 交流电与直流电有何区别？ 259 13.5.2 什么是电流和电压的有效值？ 260 13.5.3 家庭电路如何布线？ 260 小结 261 关键术语 262 概念题 262 练习题 264 综合题 265 实验与观测 266 第14章 磁体和电磁学 267 14.1 磁体和磁力 268 14.1.1 什么是磁极？ 268 14.1.2 磁力和库仑定律 269 14.1.3 能将场线与磁体联系起来吗？ 269 14.1.4 地球是一个磁体吗？ 270 14.2 电流的磁效应 271 14.2.1 一个出乎意料的效应 271 14.2.2 载流导线所受到的磁力 272 14.2.3 运动电荷所受到的磁力 272 14.2.4 运动电荷上的磁力方向 273 14.3 电流回路的磁效应 273 14.3.1 电流回路的磁场 274 14.3.2 电流回路上作用有磁转矩吗？ 274 14.3.3 怎样制作一个电磁体？ 275 14.4 法拉第定律：电磁感应 277 14.4.1 法拉第的实验表明了什么？ 277 14.4.2 法拉第定律 278 14.4.3 楞次定律 279 14.4.4 什么是自感应？ 279 14.5 发电机和变压器 281 14.5.1 发电机是如何工作的？ 281 14.5.2 变压器有什么作用？ 282 14.5.3 变压器和功率分配 283 小结 284 关键术语 284 概念题 285 练习题 286 综合题 287 实验与观测 287 第4单元 波动和光学 第15章 波的生成 290 15.1 脉冲波和周期波 291 15.1.1 脉冲波在弹簧上怎样行进？ 291 15.1.2 波动的一些共同特征 291 15.1.3 可以讨论的问题 292 15.1.4 纵波和横波的区别 292 15.1.5 什么是周期波？ 292 15.2 绳索上的波 294 15.2.1 波的曲线图是什么样？ 294 15.2.2 绳索上的波速由什么决定？ 295 15.2.3 波的频率和波长由什么决定？ 296 15.3 干涉和驻波 297 15.3.1 绳索上的两个波如何合成？ 297 15.3.2 什么是驻波？ 298 15.3.3 琴弦上波的频率由什么决定？ 298 15.4 声波 300 15.4.1 声波的实质是什么？ 300 15.4.2 声速由什么决定？ 301 15.4.3 用饮料瓶生成音乐 303 15.5 音乐物理学 304 15.5.1 什么是谐波分析？ 304 15.5.2 音程是如何定义的？ 305 15.5.3 为何有些合成的乐音听起来 很和谐？ 306 小结 308 关键术语 308 概念题 309 练习题 310 综合题 310 实验与观测 311 第16章 光和颜色 312 16.1 电磁波 313 16.1.1 什么是电磁波？ 313 16.1.2 电磁波的速率是多少？ 314 16.1.3 存在多种不同的电磁波吗？ 315 16.1.4 可以争论的问题 316 16.2 波长和颜色 316 16.2.1 光是由不同颜色组成的吗？ 316 16.2.2 人眼如何分辨不同的颜色？ 317 16.2.3 为什么物体有不同的颜色？ 318 16.3 光波的干涉 320 16.3.1 杨氏双缝实验 321 16.3.2 条纹间距由什么决定？ 322 16.3.3 什么是薄膜干涉？ 322 16.4 衍射和光栅 325 16.4.1 单缝如何衍射光？ 325 16.4.2 光如何被其他形状的物体衍射？ 326 16.4.3 什么是衍射光栅？ 327 16.5 偏振光 328 16.5.1 什么是偏振光？ 328 16.5.2 怎样产生偏振光？ 328 16.5.3 为什么要用偏光太阳镜？ 329 16.5.4 什么是双折射？ 329 小结 330 关键术语 331 概念题 331 练习题 332 综合题 333 实验与观测 333 第17章 光和成像 335 17.1 反射和成像 336 17.1.1 光线与波前有什么关系？ 336 17.1.2 什么是反射定律？ 337 17.1.3 平面镜如何成像？ 337 17.2 光的折射 338 17.2.1 什么是折射定律？ 338 17.2.2 为何水下物体的位置要比实际 位置高？ 339 17.2.3 全内反射 340 17.2.4 棱镜如何使光线弯折？什么是 色散？ 341 17.3 透镜和成像 343 17.3.1 追踪穿过凸透镜的光线 343 17.3.2 像距和物距有什么关系？ 344 17.3.3 追踪通过凹透镜的光线 345 17.4 用曲面镜聚焦光束 346 17.4.1 凹面镜的光线追踪 346 17.4.2 物距和像距 347 17.4.3 凸面镜 348 17.5 眼镜、显微镜和望远镜 349 17.5.1 眼睛是如何工作的？ 349 17.5.2 眼镜矫正的是哪些问题？ 350 17.5.3 显微镜如何工作？ 350 17.5.4 望远镜是如何工作的？ 351 17.5.5 双筒镜和观剧镜 353 小结 354 关键术语 355 概念题 356 练习题 357 综合题 357 实验与观测 358 第5单元 原子和原子核 第18章 原子的结构 360 18.1 原子的存在：从化学中得到 的证据 361 18.1.1 化学研究揭示了原子的哪些 方面？ 361 18.1.2 质量在化学反应中守恒吗？ 362 18.1.3 原子量的概念是怎样产生的？ 362 18.1.4 可以讨论的问题 365 18.1.5 元素周期表是怎样发展的？ 365 18.2 阴极射线、电子和X射线 366 18.2.1 阴极射线是怎样产生的？ 367 18.2.2 阴极射线的组成 369 18.2.3 X射线是怎样被发现的？ 369 18.3 放射性和原子核的发现 371 18.3.1 放射性是怎样被发现的？ 371 18.3.2 放射性中包含多种辐射吗？ 371 18.3.3 原子核是怎样被发现的？ 372 18.4 原子光谱和玻尔原子模型 374 18.4.1 氢光谱的本质是什么？ 374 18.4.2 光能的量子化 375 18.4.3 玻尔原子模型有哪些特征？ 376 18.5 粒子波和量子力学 377 18.5.1 什么是德布罗意波？ 378 18.5.2 量子力学与玻尔模型有何不同？ 379 18.5.3 什么是海森伯不确定原理？ 379 18.5.4 量子力学如何解释周期表？ 380 小结 381 关键术语 382 概念题 382 练习题 383 综合题 383 实验与观测 384 第19章 原子核和核能 385 19.1 原子核的结构 386 19.1.1 质子是怎样被发现的？ 386 19.1.2 中子是怎样被发现的？ 387 19.1.3 什么是同位素？ 388 19.2 放射性衰变 390 19.2.1 ?衰变中发生了什么？ 390 19.2.2 ?衰变和衰变中会发生什么？ 391 19.2.3 如何描述衰变的快慢？ 392 19.2.4 为何放射性对人体健康有害？ 392 19.3 核反应和核裂变 393 19.3.1 什么是核反应？ 394 19.3.2 能量和质量如何参与核反应？ 394 19.3.3 核裂变是怎样被发现的？ 394 19.4 核反应堆 397 19.4.1 如何实现链式反应？ 397 19.4.2 为什么反应堆中会产生钚？ 398 19.4.3 现代反应堆有何设计特征？ 398 19.4.4 核动力的环境问题 399 19.4.5 可以讨论的问题 400 19.5 核武器和核聚变 401 19.5.1 什么是临界质量？ 401 19.5.2 钚弹是怎样设计的？ 402 19.5.3 什么是核聚变？ 403 19.5.4 能用受控的核聚变发电吗？ 404 小结 405 关键术语 405 概念题 406 练习题 407 综合题 407 实验与观测 408 第6单元 相对论及其他 第20章 相对论 410 20.1 经典物理学中的相对运动 411 20.1.1 速度如何相加？ 411 20.1.2 在二维空间速度如何相加？ 412 20.1.3 相对论 413 20.1.4 惯性参考系 413 20.2 光速和爱因斯坦的假设 414 20.2.1 什么是光以太？ 414 20.2.2 以太能够当普适参考系用吗？ 414 20.2.3 迈克尔孙-莫雷实验 415 20.2.4 爱因斯坦的狭义相对论假设 416 20.3 时间膨胀和长度收缩 417 20.3.1 不同观测者的时间测量 417 20.3.2 对不同观测者长度测量如何变化？ 419 20.4 牛顿运动定律和质能等价 422 20.4.1 牛顿第二定律要怎样修改？ 422 20.4.2 质能等价理论是如何提出的？ 422 20.4.3 如何解释静止能？ 423 20.5 广义相对论 423 20.5.1 什么是等效原理？ 424 20.5.2 光束在强引力场中会弯曲吗？ 425 20.5.3 广义相对论有哪些时空效应？ 426 20.5.4 什么是黑洞？ 427 小结 427 关键术语 428 概念题 428 练习题 429 综合题 430 实验与观测 430 第21章 日常现象深入研究 431 21.1 夸克和其他基本粒子 432 21.1.1 新粒子是怎样发现的？ 432 21.1.2 粒子园的成员 433 21.1.3 什么是夸克？ 433 21.1.4 有哪些基本作用力？ 434 21.2 宇宙学：向外窥视宇宙 435 21.2.1 宇宙在膨胀吗？ 435 21.2.2 追溯我们宇宙的开端 437 21.3 半导体和微电子学 438 21.3.1 什么是半导体？ 438 21.3.2 什么是晶体管？ 440 21.3.3 计算机和集成电路 440 21.4 超导体和其他新材料 442 21.4.1 什么是超导电性？ 442 21.4.2 什么是高温超导体？ 443 21.4.3 其他新材料 444 小结 446 关键术语 447 概念题 447 练习题 448 综合题 448 实验与观测 448 附录A 部分习题答案 449