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第1章 原子的运动 1

§ 1-1 引言 1

§ 1-2 物质是原子构成的 2

§ 1-3 原子过程 5

§ 1-4 化学反应 7

第2章 基本物理 11

§ 2-1 引言 11

§ 2-2 1920年以前的物理学 13

§ 2-3 量子物理学 16

§ 2-4 原子核与粒子 18

第3章 物理学与其他科学的关系 22

§ 3-1 引言 22

§ 3-2 化学 22

§ 3-3 生物学 23

§ 3-4 天文学 28

§ 3-5 地质学 29

§ 3-6 心理学 30

§ 3-7 情况何以会如此 31

第4章 能量守恒 33

§ 4-1 什么是能量 33

§ 4-2 重力势能 34

§ 4-3 动能 38

§ 4-4 能量的其他形式 39

第5章 时间与距离 42

§ 5-1 运动 42

§ 5-2 时间 42

§ 5-3 短的时间 43

§ 5-4 长的时间 45

§ 5-5 时间的单位和标准 47

§ 5-6 长的距离 47

§ 5-7 短的距离 50

第6章 概率 54

§ 6-1 机会和可能性 54

§ 6-2 涨落 56

§ 6-3 无规行走 59

§ 6-4 概率分布 62

§ 6-5 不确定性原理 64

第7章 万有引力理论 67

§ 7-1 行星运动 67

§ 7-2 开普勒定律 67

§ 7-3 动力学的发展 68

§ 7-4 牛顿引力定律 69

§ 7-5 万有引力 72

§ 7-6 卡文迪什实验 76

§ 7-7 什么是引力 77

§ 7-8 引力与相对论 79

第8章 运动 80

§ 8-1 运动的描述 80

§ 8-2 速率 82

§ 8-3 速率作为导数 85

§ 8-4 距离作为积分 86

§ 8-5 加速度 88

第9章 牛顿的动力学定律 91

§ 9-1 动量和力 91

§ 9-2 速率与速度 92

§ 9-3 速度、加速度以及力的分量 93

§ 9-4 什么是力 94

§ 9-5 动力学方程的含义 95

§ 9-6 方程的数值解 95

§ 9-7 行星运动 97

第10章 动量守恒 102

§ 10-1 牛顿第三定律 102

§ 10-2 动量守恒 103

§ 10-3 动量是守恒的 105

§ 10-4 动量和能量 108

§ 10-5 相对论性动量 110

第11章 矢量 112

§ 11-1 物理学中的对称性 112

§ 11-2 平移 113

§ 11-3 转动 114

§ 11-4 矢量 117

§ 11-5 矢量代数 118

§ 11-6 牛顿定律的矢量表示法 120

§ 11-7 矢量的标积 121

第12章 力的特性 124

§ 12-1 什么是力 124

§ 12-2 摩擦力 126

§ 12-3 分子力 129

§ 12-4 基本力、场 130

§ 12-5 赝力 133

§ 12-6 核力 135

第13章 功与势能（上） 136

§ 13-1 落体的能量 136

§ 13-2 万有引力所做的功 139

§ 13-3 能量的求和 142

§ 13-4 巨大物体的引力场 143

第14章 功与势能（下） 146

§ 14-1 功 146

§ 14-2 约束运动 147

§ 14-3 保守力 148

§ 14-4 非保守力 151

§ 14-5 势与场 152

第15章 狭义相对论 156

§ 15-1 相对性原理 156

§ 15-2 洛伦兹变换 158

§ 15-3 迈克耳逊莫雷实验 159

§ 15-4 时间的变换 161

§ 15-5 洛伦兹收缩 163

§ 15-6 同时性 163

§ 15-7 四维矢量 164

§ 15-8 相对论动力学 165

§ 15-9 质能相当性 166

第16章 相对论中的能量与动量 168

§ 16-1 相对论与哲学家 168

§ 16-2 孪生子佯谬 170

§ 16-3 速度的变换 171

§ 16-4 相对论性质量 173

§ 16-5 相对论性能量 176

第17章 时空 178

§ 17-1 时空几何学 178

§ 17-2 时空间隔 180

§ 17-3 过去，现在和将来 181

§ 17-4 四维矢量的进一步讨论 182

§ 17-5 四维矢量代数 184

第18章 二维空间中的转动 187

§ 18-1 质心 187

§ 18-2 刚体的转动 189

§ 18-3 角动量 191

§ 18-4 角动量守恒 193

第19章 质心、转动惯量 195

§ 19-1 质心的性质 195

§ 19-2 质心位置的确定 198

§ 19-3 转动惯量的求法 199

§ 19-4 转动动能 201

第20章 空间转动 204

§ 20-1 三维空间中的转矩 204

§ 20-2 用叉积表示的转动方程式 208

§ 20-3 回转仪 209

§ 20-4 固体的角动量 211

第21章 谐振子 213

§ 21-1 线性微分方程 213

§ 21-2 谐振子 213

§ 21-3 简谐运动和圆周运动 216

§ 21-4 初始条件 217

§ 21-5 受迫振动 218

第22章 代数学 220

§ 22-1 加法和乘法 220

§ 22-2 逆运算 221

§ 22-3 抽象和推广 222

§ 22-4 无理数的近似计算 223

§ 22-5 复数 226

§ 22-6 虚指数 229

第23章 共振 231

§ 23-1 复数和简谐运动 231

§ 23-2 有阻尼的受迫振子 233

§ 23-3 电共振 235

§ 23-4 自然界中的共振现象 237

第24章 瞬变态 242

§ 24-1 振子的能量 242

§ 24-2 阻尼振动 244

§ 24-3 电瞬变态 246

第25章 线性系统及其综述 249

§ 25-1 线性微分方程 249

§ 25-2 解的叠加 250

§ 25-3 线性系统中的振动 253

§ 25-4 物理学中的类比 255

§ 25-5 串联和并联阻抗 257

第26章 光学：最短时间原理 259

§ 26-1 光 259

§ 26-2 反射与折射 260

§ 26-3 费马最短时间原理 261

§ 26-4 费马原理的应用 263

§ 26-5 费马原理的更精确表述 267

§ 26-6 最短时间原理是怎样起作用的 268

第27章 几何光学 269

§ 27-1 引言 269

§ 27-2 球面的焦距 269

§ 27-3 透镜的焦距 272

§ 27-4 放大率 274

§ 27-5 透镜组 275

§ 27-6 像差 276

§ 27-7 分辨本领 276

第28章 电磁辐射 278

§ 28-1 电磁学 278

§ 28-2 辐射 280

§ 28-3 偶极辐射子 282

§ 28-4 干涉 283

第29章 干涉 285

§ 29-1 电磁波 285

§ 29-2 辐射的能量 286

§ 29-3 正弦波 287

§ 29-4 两个偶极辐射子 288

§ 29-5 干涉的数学 290

第30章 衍射 294

§ 30-1 n个相同振子的合振幅 294

§ 30-2 衍射光栅 296

§ 30-3 光栅的分辨本领 299

§ 30-4 抛物形天线 300

§ 30-5 彩色薄膜、晶体 301

§ 30-6 不透明屏的衍射 302

§ 30-7 振荡电荷组成的平面所产生的场 304

第31章 折射率的起源 307

§ 31-1 折射率 307

§ 31-2 物质引起的场 310

§ 31-3 色散 312

§ 31-4 吸收 314

§ 31-5 电波所携带的能量 315

§ 31-6 屏的衍射 316

第32章 辐射阻尼、光的散射 318

§ 32-1 辐射电阻 318

§ 32-2 能量辐射率 319

§ 32-3 辐射阻尼 320

§ 32-4 独立的辐射源 322

§ 32-5 光的散射 323

第33章 偏振 327

§ 33-1 光的电矢量 327

§ 33-2 散射光的偏振性 328

§ 33-3 双折射 329

§ 33-4 起偏振器 331

§ 33-5 旋光性 332

§ 33-6 反射光的强度 332

§ 33-7 反常折射 334

第34章 辐射中的相对论性效应 337

§ 34-1 运动辐射源 337

§ 34-2 求“表观”运动 338

§ 34-3 同步辐射 340

§ 34-4 宇宙中的同步辐射 342

§ 34-5 轫致辐射 343

§ 34-6 多普勒效应 343

§ 34-7 四元矢量 345

§ 34-8 光行差 347

§ 34-9 光的动量 347

第35章 色视觉 349

§ 35-1 人眼 349

§ 35-2 颜色依赖于光的强度 350

§ 35-3 色感觉的测量 352

§ 35-4 色品图 355

§ 35-5 色视觉的机制 356

§ 35-6 色视觉的生理化学 358

第36章 视觉的机制 361

§ 36-1 颜色的感觉 361

§ 36-2 眼睛的生理学 363

§ 36-3 视杆细胞 366

§ 36-4 （昆虫的）复眼 367

§ 36-5 其他的眼睛 370

§ 36-6 视觉的神经学 371

第37章 量子行为 376

§ 37-1 原子力学 376

§ 37-2 子弹实验 377

§ 37-3 波的实验 378

§ 37-4 电子的实验 380

§ 37-5 电子波的干涉 381

§ 37-6 追踪电子 382

§ 37-7 量子力学的基本原理 385

§ 37-8 不确定性原理 386

第38章 波动观点与粒子观点的关系 388

§ 38-1 概率波幅 388

§ 38-2 位置与动量的测量 389

§ 38-3 晶体衍射 392

§ 38-4 原子的大小 393

§ 38-5 能级 395

§ 38-6 哲学含义 396

第39章 气体分子动理论 399

§ 39-1 物质的性质 399

§ 39-2 气体的压强 400

§ 39-3 辐射的压缩性 404

§ 39-4 温度和动能 405

§ 39-5 理想气体定律 408

第40章 统计力学原理 411

§ 40-1 大气的指数变化律 411

§ 40-2 玻尔兹曼定律 412

§ 40-3 液体的蒸发 413

§ 40-4 分子的速率分布 415

§ 40-5 气体比热 418

§ 40-6 经典物理的失败 419

第41章 布朗运动 422

§ 41-1 能量均分 422

§ 41-2 辐射的热平衡 424

§ 41-3 能量均分与量子振子 428

§ 41-4 无规行走 430

第42章 分子动理论的应用 433

§ 42-1 蒸发 433

§ 42-2 热离子发射 436

§ 42-3 热电离 437

§ 42-4 化学动力学 439

§ 42-5 爱因斯坦辐射律 440

第43章 扩散 444

§ 43-1 分子间的碰撞 444

§ 43-2 平均自由程 446

§ 43-3 漂移速率 447

§ 43-4 离子电导率 449

§ 43-5 分子扩散 450

§ 43-6 热导率 453

第44章 热力学定律 455

§ 44-1 热机、第一定律 455

§ 44-2 第二定律 457

§ 44-3 可逆机 458

§ 44-4 理想热机的效率 461

§ 44-5 热力学温度 463

§ 44-6 熵 465

第45章 热力学示例 469

§ 45-1 内能 469

§ 45-2 应用 472

§ 45-3 克劳修斯克拉珀龙方程 475

第46章 棘轮和掣爪 479

§ 46-1 棘轮是怎样工作的 479

§ 46-2 作为热机的棘轮 480

§ 46-3 力学中的可逆性 482

§ 46-4 不可逆性 483

§ 46-5 序与熵 485

第47章 声、波动方程 488

§ 47-1 波 488

§ 47-2 声的传播 490

§ 47-3 波动方程 491

§ 47-4 波动方程的解 493

§ 47-5 声速 494

第48章 拍 496

§ 48-1 两列波的相加 496

§ 48-2 拍符和调制 498

§ 48-3 旁频带 499

§ 48-4 定域波列 501

§ 48-5 粒子的概率幅 503

§ 48-6 三维空间的波 504

§ 48-7 简正模式 505

第49章 波模 507

§ 49-1 波的反射 507

§ 49-2 具有固有频率的约束波 508

§ 49-3 二维波模 510

§ 49-4 耦合摆 513

§ 49-5 线性系统 514

第50章 谐波 516

§ 50-1 乐音 516

§ 50-2 傅里叶级数 517

§ 50-3 音色与谐和 518

§ 50-4 傅里叶系数 520

§ 50-5 能量定理 523

§ 50-6 非线性响应 524

第51章 波 527

§ 51-1 舷波 527

§ 51-2 冲击波 528

§ 51-3 固体中的波 531

§ 51-4 表面波 534

第52章 物理定律的对称性 538

§ 52-1 对称操作 538

§ 52-2 空间与时间的对称性 538

§ 52-3 对称性与守恒定律 541

§ 52-4 镜面反射 541

§ 52-5 极矢量与轴矢量 544

§ 52-6 哪一只是右手 545

§ 52-7 宇称不守恒 546

§ 52-8 反物质 547

§ 52-9 对称破缺 549

索引 550

附录 557

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有一位诗人曾经说过：“整个宇宙就存在于一杯葡萄酒中。”我们大概永远不可能知道他是在什么含义上这样说的，因为诗人的写作并不是为了被理解。但是真实的情况是，当我们十分接近地观察一杯葡萄酒时，我们可以见到整个宇宙。这里出现了一些物理学的现象：弯弯的液面，它的蒸发取决于天气和风；玻璃上的反射；而在我们的想象中又添加了原子。玻璃是地球上的岩石的净化产物，在它的成分中我们可以发现地球的年龄和星体演化的秘密。葡萄酒中所包含的种种化学制品的奇特排列是怎么样的？他们是如何产生的？这里有酵素、酶、基质以及他们的生成物。于是在葡萄酒中就发现了伟大的概括：整个生命就是发酵。任何研究葡萄酒的化学的人也必然会像L.Pasteur所做过的那样发现许多疾病的原因。红葡萄酒是多么的鲜艳！让它深深地留在人们的美好记忆中去吧！如果我们微不足道的有限智力为了某种方便将这杯葡萄酒——这个宇宙——分为几个部分：物理学，生物学，地质学，天文学，心理学等等，那么要记住，大自然并不知道这一切的，所以让我们把所有这些仍旧归并在一起，并且不要忘记这杯酒最终是干什么用的。让它最后再给我们一次快乐吧！喝掉它，然后把它完全忘掉！

所有的物体都是由原子构成的一这些原子是一些小小的粒子，它们一直不停地运动着，当彼此略微离开时相互吸引，当彼此过于挤紧时又互相排斥。只要稍微想一下，你就会发现，在这一句话中包含了大量的有关这个世界的信息。

男生知不知道星星为什么会发光，对女生来说一点也不重要。知音难寻，然而这个世界不就是如此吗？

这样的哲学家总是有的，他们在我们周围喋喋不休地企图告诉我们一点什么东西，但是，实际上他们从未理解过这类问题的细致和深刻之处。

按照我们的观点，从数学不是一门自然科学这个意义上来说，它不是一门科学。它的正确性不是用实验来检验的。……如果说某件事不是科学，这并不意味着其中有什么错误的地方，这只是意味着它不是科学而已。

大自然整体的每一部分始终只不过是对于整个真理—或者说，对于我们至今所了解的整个真理—的逼近。

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