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第一章 导论1

第一节 什么是科学2

一、科学及科学方法2

二、科学与伪科学、文化、艺术及宗教5

第二节 什么是物理学7

一、物理学的概念7

二、物理学的分支8

第三节 物理学中的科学思想及人文精神9

一、物理学中的科学思想9

二、物理学中的人文精神11

第四节 物理学决定人类的未来12

一、什么是人类12

二、科技文明中人类的未来13

复习思考题15

第二章 如何描述运动17

第一节 亚里士多德论运动18

一、对运动常识性的看法18

二、亚里士多德物理学的局限性19

第二节 惯性定律20

一、中世纪的认识20

二、笛卡儿的认识20

三、惯性定律的概述21

第三节 描述运动的物理量22

一、位置22

二、速度25

三、加速度28

第四节 落体运动和抛体运动30

一、落体运动30

二、抛体运动33

复习思考题35

第三章 如何解释运动37

第一节 力使物体产生加速度38

一、什么是力38

二、常见的力39

三、力产生加速度47

第二节 牛顿第二定律49

一、合力的作用49

二、牛顿第二定律概述51

第三节 牛顿第三定律51

一、作用力与反作用力51

二、牛顿第三定律概述52

第四节 牛顿定律的应用54

一、在现代科技中的应用54

二、牛顿定律中的人文思想57

复习思考题59

第四章 牛顿世界观61

第一节 牛顿统一论62

一、苹果和月亮的思考62

二、牛顿统一论概述64

第二节 引力：宇宙的起源65

一、引力：太阳系演化的驱动力65

二、引力：质量更大的恒星死亡的诱因67

第三节 牛顿的机械宇宙观69

一、牛顿世界观69

二、机械世界观69

第四节 牛顿物理学的局限性70

一、适用范围的局限性70

二、时空观的局限性71

复习思考题75

第五章 动量和能量76

第一节 动量和角动量77

一、动量和动量守恒77

二、角动量和角动量守恒81

第二节 功84

一、做功85

二、功率86

第三节 能量86

一、能量概述86

二、能量守恒89

第四节 未来的能量选择91

一、能量效率91

二、能量的来源92

三、未来的能量选择概述93

复习思考题97

第六章 热现象及热力学基本定律99

第一节 温度和热量100

一、温度100

二、热量103

三、热传递105

第二节 热力学第一定律108

一、内能108

二、热力学第一定律概述109

第三节 热力学第二定律113

一、热机113

二、热力学第二定律概述117

第四节 熵120

一、熵的物理定义120

二、熵的人文启示124

复习思考题125

第七章 光和电磁学127

第一节 波128

一、波的产生128

二、波的特征量129

三、多普勒效应130

第二节 光132

一、光的波动性132

二、光的偏振134

三、光的本性135

第三节 电学138

一、电荷138

二、电流140

三、电场142

第四节 磁学143

一、磁场143

二、电磁感应144

三、麦克斯韦的电磁场理论145

四、电磁波谱147

第五节 原子和原子核149

一、原子模型149

二、原子核与放射性151

复习思考题154

第八章 相对论和现代时空观156

第一节 狭义相对论157

一、运动的相对性157

二、狭义相对论的基本假设159

三、狭义相对论的时空观160

四、质能等价165

第二节 广义相对论166

一、等效原理167

二、引力和时空169

三、相对论与政治及艺术174

第三节 窥视宇宙178

一、宇宙的起源178

二、宇宙暴胀180

三、暗物质180

四、暗能量181

第四节 探寻地外生命182

一、地球上生命出现的条件182

二、其他行星出现生命的可能性183

复习思考题185

第九章 量子观念187

第一节 早期量子论188

一、普朗克能量子假设188

二、光的量子化191

三、光的波粒二象性193

第二节 物质的量子奥秘194

一、德布罗意波：实物的波动性194

二、物质波的实验验证196

三、物质波的统计解释196

第三节 量子力学198

一、量子力学概述198

二、不确定关系203

三、量子非局域性205

四、量子世界观207

第四节 量子场209

一、量子场论209

二、量子电动力学210

三、反物质212

复习思考题214

第十章 物理与人类未来216

第一节 计算机的未来217

一、摩尔定律的结束217

二、虚拟现实217

三、心力控制计算机219

第二节 人工智能的未来221

一、无处不在的机器人221

二、人工智能与工业4.0223

三、人工智能的未来概述224

第三节 大数据与社会的未来228

一、大数据规划城市228

二、大数据帮助公共健康229

三、大数据与私人数据安全230

第四节 地球的未来231

一、核武器231

二、时空旅行233

三、地球的危险235

第五节 人类的未来236

一、医学的未来236

二、财富的未来238

三、人类的未来概述239

复习思考题242

参考文献244