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Brosing：美国太平洋大学物理学教授，长期执教于太平洋大学，研究方向为核物理学、医学物理学。美国物理学教师联合会会员，物理学东北太平洋协会会员。 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》。 目錄： 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？ 內容試閱： 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。

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