物理学与生活（原书第8版）

　　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。

　　秦克诚，北京大学物理学教授，长期从事物理学的研究与教学工作。从1998年开始，作者花了六年半时间写成了80万字科普作品《邮票上的物理学史》。

第1章 物理学是基础科学\t1
1．1 能量是怎么回事？\t2
1．1．1 全球变暖的争论\t2
1．1．2 能量是怎样卷入的？\t3
1．1．3 物理学和能量\t3
1．2 科学事业\t4
1．2．1 科学和彩虹\t4
1．2．2 什么是科学方法？\t5
1．2．3 应当如何介绍科学？\t6
1．2．4 可以讨论的问题\t6
1．3 物理学的范围\t7
1．3．1 物理学如何定义？\t8
1．3．2 物理学的主要分支有哪些？\t8
1．4 测量和数学在物理学中的作用\t9
1．4．1 为什么测量这么重要？\t9
1．4．2 数学能帮什么忙？\t10
1．4．3 为什么使用公制单位？\t10
1．5 物理学和日常现象\t11
1．5．1 为什么要研究日常现象？\t11
小结\t12
关键术语\t13
第1单元 牛 顿 革 命
第2章 运动的描述\t16
2．1 平均速率和瞬时速率\t17
2．1．1 平均速率的定义\t17
2．1．2 速率的单位\t17
2．1．3 瞬时速率\t18
2．1．4 可以讨论的问题\t19
2．2 速度\t20
2．2．1 速率和速度的区别\t20
2．2．2 矢量\t21
2．2．3 瞬时速度的定义\t21
2．3 加速度\t21
2．3．1 平均加速度的定义\t22
2．3．2 瞬时加速度的定义\t23
2．3．3 加速度的方向\t23
2．3．4 汽车速率不变时能作加速运动吗？\t23
2．4 运动的图形表示\t24
2．4．1 一幅图形能告诉我们什么？\t24
2．4．2 速度图和加速度图\t25
2．4．3 能从速度图求走过的距离吗？\t26
2．5 匀加速运动\t27
2．5．1 匀加速运动中速度怎样变化？\t28
2．5．2 走过的距离如何随时间变化？\t28
小结\t29
关键术语\t30
第3章 落体运动和抛体运动\t31
3．1 重力引起的加速度\t32
3．1．1 如何测量重力加速度？\t32
3．1．2 伽利略关于落体运动的想法与
亚里士多德的想法有何不同？\t34
3．2 落体追踪\t34
3．2．1 速度如何随时间变化？\t35
3．2．2 小球在不同时间里下落多大的距离？\t35
3．2．3 下扔小球\t36
3．3 向上扔球\t38
3．3．1 小球的速度如何变化？\t38
3．3．2 小球能飞到多高？\t39
3．4 抛体运动\t40
3．4．1 抛体的轨迹是什么样子？\t40
3．4．2 飞行时间由什么决定？\t41
3．5 打靶\t42
3．5．1 枪支射出的子弹会下落吗？\t42
3．5．2 橄榄球的飞行\t43
3．5．3 怎样能达到最大的距离？\t43
小结\t46
关键术语\t46
第4章 牛顿运动定律：运动的解释\t47
4．1 历史简述\t48
4．1．1 亚里士多德关于运动的原因有何
看法？\t48
4．1．2 伽利略怎样挑战亚里士多德的看法？\t49
4．1．3 牛顿完成了什么业绩？\t49
4．2 牛顿第一定律和第二定律\t51
4．2．1 什么是牛顿第一运动定律？\t51
4．2．2 力和加速度有什么关系？\t51
4．2．3 力怎样相加？\t52
4．3 质量和重量\t54
4．3．1 如何对质量进行比较？\t54
4．3．2 如何定义重量？\t54
4．3．3 为何重力加速度与质量无关？\t55
4．4 牛顿第三定律\t56
4．4．1 第三定律怎样帮助我们定义力？\t56
4．4．2 怎样用第三定律来证认力？\t56
4．4．3 一头骡子能够加速一辆小车吗？\t57
4．4．4 什么力使汽车加速？\t57
4．5 牛顿定律的应用\t59
4．5．1 推椅子时涉及哪些力？\t59
4．5．2 跳伞运动员不开伞时会持续加速吗？\t60
4．5．3 小球扔出后发生了什么事情？\t61
4．5．4 怎样分析连接在一起物体的运动？\t61
小结\t62
关键术语\t63
第5章 圆周运动、行星和引力\t64
5．1 向心加速度\t65
5．1．1 什么是向心加速度？\t65
5．1．2 怎样求速度的改变量?v？\t66
5．1．3 向心加速度的大小有多大？\t66
5．1．4 什么力产生向心加速度？\t66
5．2 向心力\t67
5．2．1 什么力帮助汽车顺利通过弯道？\t67
5．2．2 弯道修成内低外高会发生什么？\t69
5．2．3 坐摩天轮时遇到哪些力？\t70
5．3 行星运动\t71
5．3．1 早期的天界模型是什么样？\t71
5．3．2 哥白尼与托勒密的模型有何区别？\t72
5．3．3 开普勒行星运动定律\t73
5．4 牛顿万有引力定律\t75
5．4．1 牛顿有什么惊人发现？\t75
5．4．2 什么是牛顿万有引力定律？\t75
5．4．3 重量与引力定律怎样关联？\t76
5．4 月亮和其他卫星\t77
5．4．1 如何解释月相？\t77
5．4．2 月亮服从开普勒定律吗？\t78
5．4．3 人造卫星的轨道\t79
5．4．4 可以争论的问题\t79
小结\t80
关键术语\t81
第6章 能量和振动\t82
6．1 简单机械、功和功率\t83
6．1．1 什么是简单机械？\t83
6．1．2 功怎么定义？\t84
6．1．3 任何力都做功吗？\t84
6．1．4 功和功率有什么关系？\t85
6．2 动能\t85
6．2．1 如何定义动能？\t85
6．2．2 什么是负功？\t86
6．2．3 汽车的停车距离\t86
6．3 势能\t87
6．3．1 什么是重力势能？\t87
6．3．2 势能的实质是什么？\t87
6．3．3 什么是弹性势能？\t88
6．3．4 什么是保守力？\t89
6．4 能量守恒\t89
6．4．1 摆在摆动时的能量有何变化？\t89
6．4．2 能量守恒是什么意思？\t89
6．4．3 为什么使用能量的概念？\t90
6．4．4 能量分析为何像计账似的？\t91
6．4．5 可以争论的问题\t92
6．5 弹簧和简谐运动\t94
6．5．1 拴在弹簧上的质块的振动\t94
6．5．2 什么是周期和频率？\t95
6．5．3 任何回复力都产生简谐运动吗？\t95
小结\t96
关键术语\t97
第7章 动量和冲量\t98
7．1 动量和冲量\t99
7．1．1 小球弹跳时发生了什么事？\t99
7．1．2 怎样分析如此快速的变化？\t99
7．1．3 什么是冲量和动量？\t100
7．1．4 如何应用冲量-动量原理？\t100
7．2 动量守恒\t102
7．2．1 动量为何及何时守恒？\t103
7．2．2 动量守恒和碰撞\t103
7．3 反冲\t104
7．3．1 什么是反冲？\t104
7．3．2 猎枪的反冲\t105
7．3．3 火箭怎么工作？\t105
7．4 弹性碰撞和非弹性碰撞\t106
7．4．1 什么是完全非弹性碰撞？\t106
7．4．2 碰撞中能量守恒吗？\t106
7．4．3 台球弹跳时发生了什么事？\t107
7．5 互成一角度的碰撞\t108
7．5．1 二维非弹性碰撞\t108
7．5．2 二维弹性碰撞\t110
7．5．3 可以讨论的问题\t111
小结\t111
关键术语\t112
第8章 固体的转动\t113
8．1 什么是转动？\t114
8．1．1 角位移和角速度\t114
8．1．2 什么是角加速度？\t115
8．1．3 恒定角加速度\t115
8．1．4 线速度和角速度有什么关系？\t116
8．2 转矩和杆秤\t116
8．2．1 杆秤何时平衡？\t116
8．2．2 什么是转矩？\t117
8．2．3 多个转矩如何相加？\t118
8．2．4 什么重心？\t118
8．3 转动惯量和牛顿第二定律\t119
8．3．1 什么是转动惯量？\t119
8．3．2 适用于转动的牛顿第二定律\t120
8．3．3 求旋转木马的转动惯量\t121
8．4 角动量守恒\t122
8．4．1 什么是角动量？\t122
8．4．2 角动量何时守恒？\t122
8．4．3 滑冰运动员自转速率的变化\t123
8．4．4 开普勒第二定律\t124
8．5 骑自行车和其他惊人绝技\t125
8．5．1 角动量是矢量吗？\t125
8．5．2 角动量和自行车\t126
8．5．3 旋转凳和陀螺\t127
小结\t129
关键术语\t130
第2单元 流体的行为和热学
第9章 流体的行为\t132
9．1 压强和帕斯卡原理\t133
9．1．1 压强如何定义？\t133
9．1．2 什么是帕斯卡原理？\t134
9．1．3 水压机如何工作？\t134
9．2 气压和气体的行为\t135
9．2．1 怎样测量气压？\t135
9．2．2 气压如何变化？\t136
9．2．3 空气柱的重量\t137
9．2．4 气体的体积如何随压强改变？\t138
9．3 阿基米德原理\t140
9．3．1 什么是阿基米德原理？\t140
9．3．2 浮力来源于什么？\t140
9．3．3 有哪些力作用在浮体上？\t141
9．3．4 为何一艘钢船会浮在水面上？\t142
9．3．5 气球何时上浮？\t142
9．4 运动的流体\t143
9．4．1 为什么流速会变？\t143
9．4．2 黏性如何影响流动？\t144
9．4．3 层流和湍流\t145
9．5 伯努利原理\t146
9．5．1 什么是伯努利原理？\t146
9．5．2 管道和软管中各处压力如何变化？\t146
9．5．3 气流和伯努利原理\t147
9．5．4 商店前的广告球为何会悬在空中？\t147
小结\t149
关键术语\t150
第10章 温度和热量\t151
10．1 温度及其测量\t152
10．1．1 怎样测量温度？\t152
10．1．2 温标的发展\t153
10．1．3 有热力学零度吗？\t154
10．2 热量和比热\t155
10．2．1 什么是比热？\t155
10．2．2 热量和温度有何区别？\t156
10．2．3 热量怎样参与熔化或凝固过程？\t156
10．3 焦耳实验和热力学第一定律\t159
10．3．1 焦耳实验表明了什么？\t159
10．3．2 热力学第一定律\t160
10．3．3 什么是内能？\t160
10．3．4 计算食物的热量\t161
10．4 气体的行为与热力学
第一定律\t162
10．4．1 压缩气体时发生什么事？\t162
10．4．2 内能与温度有什么关系？\t162
10．4．3 怎样保持气体的温度不变？\t163
10．4．4 热气球中的气体发生了什么？\t163
10．5 热流\t164
10．5．1 热传导产生的热流\t164
10．5．2 什么是对流？\t165
10．5．3 什么是辐射，辐射怎样传递
能量？\t166
小结\t168
关键术语\t169
第11章 热机和热力学第二定律\t170
11．1 热机\t171
11．1．1 热机是干什么的？\t171
11．1．2 热机的效率\t171
11．1．3 热力学第一定律关于热机告诉
我们什么？\t172
11．2 热力学第二定律\t174
11．2．1 什么是卡诺机？\t174
11．2．2 卡诺循环包含哪几步？\t175
11．2．3 卡诺机的效率是多少？\t175
11．2．4 热力学第二定律\t176
11．3 制冷机、热泵和熵\t177
11．3．1 制冷机和热泵是干什么的？\t177
11．3．2 热力学第二定律的克劳修斯表述\t178
11．3．3 什么是熵？\t179
11．4 热电厂和能源\t180
11．4．1 热电厂是如何工作的？\t180
11．4．2 化石燃料的替代者\t181
11．4．3 高品位热量和低品位热量\t182
11．4．4 可以讨论的问题\t183
11．5 永动机和能量骗局\t183
11．5．1 第一类永动机\t183
11．5．2 第二类永动机\t183
小结\t185
关键术语\t186
第3单元 电学和磁学
第12章 静电现象\t188
12．1 电荷的作用\t189
12．1．1 从木髓球实验能学到什么？\t189
12．1．2 什么是验电器？\t190
12．1．3 富兰克林的单流体模型\t191
12．2 导体和绝缘体\t191
12．2．1 绝缘体与导体有何不同？\t191
12．2．2 用感应让导体起电\t192
12．2．3 为何绝缘体被吸向带电物体？\t193
12．3 静电力：库仑定律\t195
12．3．1 库仑是怎样测量静电力的？\t195
12．3．2 库仑的测量结果如何？\t196
12．3．3 库仑定律与万有引力定律的比较\t197
12．4 电场\t198
12．4．1 求几个电荷所施加的力\t198
12．4．2 什么是电场？\t198
12．4．3 电场线是怎样用的？\t199
12．5 电势\t200
12．5．1 求电荷势能的变化\t200
12．5．2 什么是电势？\t201
12．5．3 电势和电场的关系\t202
小结\t204
关键术语\t204
第13章 电路\t206
13．1 电路和电流\t207
13．1．1 怎样使灯泡发光？\t207
13．1．2 什么是电流？\t208
13．1．3 什么限制了电流？\t210
13．1．4 和水流的类比\t210
13．2 欧姆定律和电阻\t211
13．2．1 电流对电压的依赖关系\t211
13．2．2 什么是电池的电动势？\t212
13．2．3 电池没电了是怎么回事？\t213
13．3 串联电路和并联电路\t213
13．3．1 什么是串联电路？\t213
13．3．2 什么是并联电路？\t214
13．3．3 安培计和伏特计的使用\t216
13．4 电能和电功率\t217
13．4．1 电路中发生了什么能量转化？\t217
13．4．2 电功率与电流和电压有何关系？\t217
13．4．3 怎样分配和使用电功率？\t218
13．5 交流电和家用电路\t220
13．5．1 交流电与直流电有哪些区别？\t220
13．5．2 什么是电流和电压的有效值？\t221
13．5．3 家用电路如何布线？\t221
小结\t222
关键术语\t223
第14章 磁体和电磁学\t224
14．1 磁体和磁力\t225
14．1．1 什么是磁极？\t225
14．1．2 磁力和库仑定律\t226
14．1．3 能将场线与磁体联系起来吗？\t226
14．1．4 地球是一个磁体吗？\t227
14．2 电流的磁效应\t228
14．2．1 一个出乎意料的效应\t228
14．2．2 载流导线所受的磁力\t229
14．2．3 运动电荷所受的磁力\t229
14．2．4 运动电荷上的磁力方向\t230
14．3 电流回路的磁效应\t230
14．3．1 电流回路的磁场\t231
14．3．2 电流回路上作用有磁转矩吗？\t231
14．3．3 怎样制作一个电磁体？\t232
14．4 法拉第定律：电磁感应\t234
14．4．1 法拉第的实验表明了什么？\t234
14．4．2 法拉第定律\t235
14．4．3 楞次定律\t236
14．4．4 什么是自感应？\t236
14．5 发电机和变压器\t238
14．5．1 发电机是如何工作的？\t238
14．5．2 变压器是干什么用的？\t239
14．5．3 变压器和功率分配\t240
小结\t241
关键术语\t241
第4单元 波动和光学
第15章 波的生成\t244
15．1 脉冲波和周期波\t245
15．1．1 脉冲波在弹簧上怎样行进？\t245
15．1．2 波动的一些共同特征\t245
15．1．3 可以讨论的问题\t246
15．1．4 纵波和横波的区别\t246
15．1．5 什么是周期波？\t246
15．2 绳索上的波\t248
15．2．1 波的曲线图是什么样？\t248
15．2．2 绳索上的波速由什么决定？\t249
15．2．3 波的频率和波长由什么决定？\t250
15．3 干涉和驻波\t251
15．3．1 绳索上的两个波如何合并？\t251
15．3．2 什么是驻波？\t252
15．3．3 吉他弦上波的频率由什么决定？\t252
15．4 声波\t254
15．4．1 声波的实质是什么？\t254
15．4．2 声速由什么决定？\t255
15．4．3 用饮料瓶生成音乐\t257
15．5 音乐的物理学\t258
15．5．1 什么是谐波分析？\t258
15．5．2 音程是如何定义的？\t259
15．5．3 为何有些乐音组合声音和谐？\t261
小结\t262
关键术语\t262
第16章 光波和颜色\t264
16．1 电磁波\t265
16．1．1 什么是电磁波？\t265
16．1．2 电磁波的速率是多少？\t266
16．1．3 有多种不同的电磁波吗？\t267
16．1．4 可以争论的问题\t268
16．2 波长和颜色\t268
16．2．1 光是由不同的颜色组成的吗？\t268
16．2．2 眼睛如何分辨不同的颜色？\t269
16．2．3 为什么物体有不同的颜色？\t270
16．3 光波的干涉\t272
16．3．1 杨氏双缝实验\t273
16．3．2 条纹间距由什么决定？\t274
16．3．3 什么是薄膜干涉？\t274
16．4 衍射和光栅\t277
16．4．1 单缝如何衍射光？\t277
16．4．2 光如何被其他形状衍射？\t278
16．4．3 什么是衍射光栅？\t279
16．5 偏振光\t280
16．5．1 什么是偏振光？\t280
16．5．2 怎样产生偏振光？\t280
16．5．3 为什么要用偏光太阳镜？\t281
16．5．4 什么是双折射？\t281
小结\t282
关键术语\t283
第17章 光和成像\t284
17．1 反射和成像\t285
17．1．1 光线与波前有什么关系？\t285
17．1．2 什么是反射定律？\t286
17．1．3 平面镜如何成像？\t286
17．2 光的折射\t287
17．2．1 什么是折射定律？\t287
17．2．2 为何水下物体显得比实际位
置高？\t288
17．2．3 全内反射\t289
17．2．4 棱镜如何使光弯折？什么是
色散？\t290
17．3 透镜和成像\t292
17．3．1 追踪穿过正透镜的光线\t292
17．3．2 像距和物距有什么关系？\t293
17．3．3 追踪通过负透镜的光线\t294
17．4 用曲面镜聚焦光束\t295
17．4．1 用凹面镜的光线追踪\t295
17．4．2 物距和像距\t296
17．4．3 凸面镜\t297
17．5 眼镜、显微镜和望远镜\t298
17．5．1 眼睛是如何工作的？\t298
17．5．2 眼镜矫正的是哪些问题？\t299
17．5．3 显微镜如何工作？\t299
17．5．4 望远镜如何工作？\t300
17．5．5 双筒镜和观剧镜\t302
小结\t304
关键术语\t304
第5单元 原子和原子核
第18章 原子的结构\t308
18．1 原子的存在：从化学中
得到的证据\t309
18．1．1 化学研究揭示了原子的哪些
方面？\t309
18．1．2 质量在化学反应中守恒吗？\t310
18．1．3 原子量的概念是怎样产生的？\t310
18．1．4 可以争论的问题\t313
18．1．5 元素周期表是怎样发展的？\t313
18．2 阴极射线、电子和X射线\t314
18．2．1 阴极射线是怎样产生的？\t315
18．2．2 阴极射线的组成成分\t317
18．2．3 X射线是怎样发现的？\t317
18．3 放射性和原子核的发现\t319
18．3．1 放射性是怎样发现的？\t319
18．3．2 放射性中包含的辐射多于
一种吗？\t319
18．3．3 原子核是怎样发现的？\t320
18．4 原子光谱和玻尔原子模型\t322
18．4．1 氢光谱的本质是什么？\t322
18．4．2 光能的量子化\t323
18．4．3 玻尔模型有哪些特征？\t324
18．5 粒子波和量子力学\t325
18．5．1 什么是德布罗意波？\t326
18．5．2 量子力学与玻尔模型有何不同？\t327
18．5．3 什么是海森伯不确定原理？\t327
18．5．4 量子力学如何解释周期表？\t328
小结\t329
关键术语\t330
第19章 原子核和核能\t331
19．1 原子核的结构\t332
19．1．1 质子是怎样发现的？\t332
19．1．2 中子是怎样发现的？\t333
19．1．3 什么是同位素？\t334
19．2 放射性衰变\t336
19．2．1 ?衰变中发生了什么？\t336
19．2．2 ?衰变和衰变中会发生什么？\t337
19．2．3 如何描述衰变的快慢？\t338
19．2．4 为何放射性对人体健康有害？\t338
19．3 核反应和核裂变\t339
19．3．1 什么是核反应？\t340
19．3．2 能量和质量如何参与核反应？\t340
19．3．3 核裂变是怎样发现的？\t341
19．4 核反应堆\t343
19．4．1 如何实现链式反应？\t343
19．4．2 为什么反应堆中会产生钚？\t344
19．4．3 现代反应堆有何设计特征？\t344
19．4．4 核动力的环境问题\t345
19．4．5 可以讨论的问题\t346
19．5 核武器和核聚变\t347
19．5．1 什么是临界质量？\t347
19．5．2 钚弹是怎样设计的？\t348
19．5．3 什么是核聚变？\t349
19．5．4 能从受控聚变产出功率吗？\t350
小结\t351
关键术语\t352
第6单元 相对论及其他
第20章 相对论\t354
20．1 经典物理学中的相对运动\t355
20．1．1 速度如何相加？\t355
20．1．2 在二维空间速度如何相加？\t356
20．1．3 相对性原理\t357
20．1．4 惯性参考系\t357
20．2 光速和爱因斯坦的假设\t358
20．2．1 什么是光以太？\t358
20．2．2 以太能够当普适参考系用吗？\t358
20．2．3 迈克尔孙-莫雷实验\t359
20．2．4 爱因斯坦的狭义相对论假设\t360
20．3 时间膨胀和长度收缩\t361
20．3．1 不同观察者的时间测量\t361
20．3．2 对不同观察者长度测量如何
变化？\t363
20．4 牛顿定律和质能等价\t366
20．4．1 牛顿第二定律须怎样修改？\t366
20．4．2 质能等价观念是如何提出的？\t366
20．4．3 如何解释静止能？\t367
20．5 广义相对论\t367
20．5．1 什么是等价原理？\t368
20．5．2 光束在强引力场中会弯曲吗？\t369
20．5．3 广义相对论有哪些空时效应？\t370
20．5．4 什么是黑洞？\t371
小结\t371
关键术语\t372
第21章 日常现象深入研究\t373
21．1 夸克和其他基本粒子\t374
21．1．1 新粒子是怎样发现的？\t374
21．1．2 粒子园的成员\t375
21．1．3 什么是夸克？\t375
21．1．4 有哪些基本作用力？\t376
21．2 宇宙学：向外窥视宇宙\t377
21．2．1 宇宙在膨胀吗？\t377
21．2．2 追溯我们宇宙的开端\t379
21．3 半导体和微电子学\t380
21．3．1 什么是半导体？\t380
21．3．2 什么是晶体管？\t382
21．3．3 计算机和集成电路\t382
21．4 超导体和其他新材料\t384
21．4．1 什么是超导电性？\t384
21．4．2 什么是高温超导体？\t385
21．4．3 其他新材料\t386
小结\t388
关键术语\t389