本書適用于基礎物理概念性課程。全書共分21章，內容包括力學、熱力學、電學和磁學、光學、核物理學、近代物理學等，具體涉及運動的描述，落體運動和拋體運動，牛頓運動定律，圓周運動、行星和引力，能量和振動，動量和沖量，轉動，流體的行為，溫度和熱量，熱機和熱力學第二定律，靜電現象，電路，磁體和電磁學，波的形成，光波和顏色，光和成像，原子的結構，原子核和核能，相對論，現代物理簡介等。本書的特點是在介紹物理學概念的同時，引入可用這些概念來解釋的日常現象，強調物理學的實用性及其與日常生活的關聯性，而不要求讀者具備高深的數學知識。全書以敘述性文體撰寫，并且用預先設定的問題將讀者引入有關物理思想的對話。全書所涉知識領域廣闊，呈現知識的方式別有新意，解釋物理現象深刻透徹。
W. Thomas Griffith，美國俄勒岡州太平洋大學杰出大學榮譽教授，美國物理教師協會會員，美國西北地區大學物理協會會員；曾任太平洋大學物理系主任、自然科學部主席、臨時招生辦公室主任等；在太平洋大學從教36年后退休，退休后偶爾會帶著吉他出現在學校的物理課；愛好廣泛，包括徒步旅行、騎自行車、唱歌和參加音樂喜劇等。
羅一雄，1959年出生，退休中學教師。畢業于福建師范大學物理系和英語系。長期從事高中物理和英語教學工作，任中學副校長，兼任教師進修學校物理教研員，高級職稱。有多篇教育教學論文、詩歌發表于省內刊物。
第1章 物理學：一門基礎科學 1
1.1 能源是什么？ 2
1.1.1 能源和全球變暖的爭論 3
1.1.2 物理學和能量 3
1.2 科學和科學方法 4
1.2.1 科學和彩虹 4
1.2.2 什么是科學方法？ 5
1.2.3 應該如何呈現科學？ 6
日常現象專欄1.1 咖啡壺故障 6
1.2.4 問題討論 7
1.3 物理學的研究范疇 7
1.3.1 如何定義物理學？ 7
1.3.2 物理學的主要分支有哪些？ 8
1.4 測量和數學在物理學中的作用 9
1.4.1 為什么測量這么重要？ 9
1.4.2 數學能提供什么幫助？ 10
1.4.3 為什么使用公制單位？ 10
1.5 物理學和日常現象 11
1.5.1 為什么要研究日常現象？ 11
日常現象專欄1.2 按比例調整原料
用量 11
小結 13
關鍵術語 13
概念題 14
練習題 15
綜合題 15
家庭實驗與觀察 16
第1單元 牛頓革命 17
第2章 運動的描述 18
2.1 平均速率和瞬時速率 19
2.1.1 平均速率的定義 20
2.1.2 速率的單位 20
2.1.3 瞬時速率 21
2.1.4 問題討論 22
日常現象專欄2.1 交通流量的變化 22
2.2 速度 23
2.2.1 速率和速度的區別 23
2.2.2 矢量 23
2.2.3 怎樣定義瞬時速度？ 24
2.3 加速度 24
2.3.1 怎樣定義平均加速度？ 24
2.3.2 怎樣定義瞬時加速度？ 25
2.3.3 加速度的方向 25
2.3.4 汽車速率不變時能做加速
運動嗎？ 26
2.4 運動的圖像表示 27
2.4.1 圖像能告訴我們什么？ 27
2.4.2 速度圖像和加速度圖像 28
2.4.3 能根據速度圖像求行駛距離嗎？ 29
日常現象專欄2.2 百米賽跑 29
2.5 勻加速運動 30
2.5.1 勻加速運動中的速度怎樣變化？ 30
2.5.2 行駛距離如何隨時間變化？ 31
小結 32
關鍵術語 33
概念題 33
練習題 35
綜合題 36
家庭實驗與觀察 36
第3章 落體運動和拋體運動 37
3.1 重力引起的加速度 39
3.1.1 如何測量重力加速度？ 39
3.1.2 伽利略和亞里士多德關于落體運動的觀點有何不同？ 41
3.2 追蹤自由落體 41
3.2.1 速度如何隨時間變化？ 41
3.2.2 小球在不同時段下落多大的距離？ 42
3.2.3 下拋小球 43
日常現象專欄3.1 反應時間 44
3.3 再進一步：豎直上拋 45
3.3.1 小球的速度如何變化？ 45
3.3.2 小球能飛多高？ 46
3.4 平拋運動 47
3.4.1 拋體的軌跡是什么樣的？ 47
3.4.2 飛行時間由什么決定？ 48
3.5 斜拋和打靶 49
3.5.1 步槍射出的子彈會下落嗎？ 49
3.5.2 橄欖球的飛行 50
3.5.3 怎樣才能達到最大的距離？ 50
日常現象專欄3.2 籃球投籃 51
小結 52
關鍵術語 53
概念題 53
練習題 55
綜合題 55
家庭實驗與觀察 56
第4章 牛頓運動定律：運動的解釋 57
4.1 歷史一瞥 59
4.1.1 亞里士多德怎樣看運動的成因？ 59
4.1.2 伽利略如何挑戰亞里士多德的
觀點？ 59
4.1.3 牛頓經典力學理論的成就 60
4.2 牛頓第一和第二運動定律 61
4.2.1 什么是牛頓第一運動定律？ 61
4.2.2 力和加速度有什么關系？ 62
日常現象專欄4.1 桌布戲法 62
4.2.3 力是怎樣相加合成的？ 63
4.3 質量和重量 64
4.3.1 如何比較質量的大小？ 64
4.3.2 如何定義重量？ 65
4.3.3 為何重力加速度與質量無關？ 65
4.4 牛頓第三運動定律 66
4.4.1 第三運動定律怎樣幫助我們
定義力？ 66
4.4.2 如何用第三運動定律分析所
受的力？ 66
日常現象專欄4.2 乘坐電梯 67
4.4.3 騾子能夠加速馬車嗎？ 68
4.4.4 什么力使汽車加速？ 68
4.5 牛頓運動定律的應用 69
4.5.1 推沙發時涉及哪些力？ 69
4.5.2 跳傘運動員不開傘時會持續
加速嗎？ 70
4.5.3 小球扔出后會發生什么？ 71
4.5.4 如何分析連接體的運動？ 71
小結 73
關鍵術語 73
概念題 74
練習題 75
綜合題 76
家庭實驗與觀察 77
第5章 圓周運動、行星和引力 78
5.1 向心加速度 79
5.1.1 什么是向心加速度？ 79
5.1.2 怎樣求速度的變化量Δv？ 80
5.1.3 如何計算向心加速度的大小？ 81
5.1.4 什么力產生向心加速度？ 81
5.2 向心力 82
5.2.1 什么力幫助汽車順利通過彎道？ 82
日常現象專欄5.1 安全帶，安全氣囊，事故動力學 83
5.2.2 彎道路面傾斜時情況會怎樣？ 84
5.2.3 坐摩天輪時會遇到哪些力？ 85
5.3 行星運動 85
5.3.1 早期的天空模型是怎樣的？ 85
5.3.2 哥白尼與托勒密的模型有何區別？ 87
5.3.3 開普勒行星運動定律 88
5.4 牛頓萬有引力定律 89
5.4.1 牛頓的突破是什么？ 90
5.4.2 什么是牛頓萬有引力定律？ 90
5.4.3 重量與萬有引力定律有什么
關系？ 91
5.5 月球和其他衛星 92
5.5.1 如何解釋月相？ 92
5.5.2 月球圍繞地球運動的軌道服從開普勒定律嗎？ 93
日常現象專欄5.2 潮汐的解釋 94
5.5.3 人造衛星的軌道 95
5.5.4 問題討論 96
小結 96
關鍵術語 96
概念題 97
練習題 98
綜合題 99
家庭實驗與觀察 99
第6章 能量和振動 101
6.1 簡單機械、功和功率 102
6.1.1 什么是簡單機械？ 103
6.1.2 怎樣定義功？ 103
6.1.3 任何力都做功嗎？ 104
6.1.4 功和功率有什么關系？ 104
6.2 動能 105
6.2.1 如何定義動能？ 105
6.2.2 什么是負功？ 106
6.2.3 汽車的停車距離 106
6.3 勢能 107
6.3.1 什么是重力勢能？ 107
6.3.2 勢能的實質是什么？ 107
6.3.3 什么是彈性勢能？ 108
6.3.4 什么是保守力？ 109
6.4 能量守恒 109
6.4.1 擺在擺動時的能量如何變化？ 109
6.4.2 能量守恒是什么意思？ 109
6.4.3 為什么使用能量的概念？ 110
6.4.4 能量分析為何像計賬？ 111
6.4.5 問題討論 112
6.5 彈簧和簡諧運動 112
日常現象專欄6.1 節能 112
日常現象專欄6.2 能量和撐桿跳高 113
6.5.1 系在彈簧末端的物塊的振動 114
6.5.2 什么是周期和頻率？ 115
6.5.3 任何回復力都產生簡諧
運動嗎？ 115
小結 116
關鍵術語 117
概念題 117
練習題 119
綜合題 120
家庭實驗與觀察 121
第7章 動量和沖量 122
7.1 動量和沖量 123
7.1.1 網球彈跳時會發生什么？ 123
7.1.2 怎樣分析快速變化的運動？ 124
7.1.3 什么是沖量和動量？ 124
7.1.4 如何應用動量定理？ 125
日常現象專欄7.1 扔雞蛋游戲 126
7.2 動量守恒定律 127
7.2.1 動量在什么條件下守恒？ 127
7.2.2 動量守恒和碰撞 128
7.3 反沖 129
7.3.1 什么是反沖？ 129
7.3.2 霰彈槍的反沖 130
7.3.3 火箭是如何工作的？ 130
7.4 彈性碰撞和非彈性碰撞 131
7.4.1 什么是完全非彈性碰撞？ 131
7.4.2 碰撞過程中能量守恒嗎？ 132
7.4.3 臺球碰撞時會發生什么？ 132
7.5 成角度碰撞 133
7.5.1 二維完全非彈性碰撞 133
日常現象專欄7.2 汽車事故調查 134
7.5.2 二維彈性碰撞 135
7.5.3 問題討論 136
小結 136
關鍵術語 136
概念題 137
練習題 138
綜合題 139
家庭實驗與觀察 140
第8章 轉動 141
8.1 什么是轉動？ 142
8.1.1 什么是角位移和角速度？ 143
8.1.2 什么是角加速度？ 144
8.1.3 什么是勻角加速轉動？ 144
8.1.4 線速度和角速度有什么關系？ 145
8.2 力矩和平衡 145
8.2.1 天平什么時候平衡？ 145
8.2.2 什么是力矩？ 146
8.2.3 多個力矩如何相加？ 147
8.2.4 什么是重心？ 147
8.3 轉動慣量和牛頓第二運動定律 148
8.3.1 什么是轉動慣量？ 148
8.3.2 適用于轉動的牛頓第二運動
定律 149
8.3.3 如何求旋轉木馬的轉動慣量？ 150
8.4 角動量守恒 151
8.4.1 什么是角動量？ 151
8.4.2 角動量何時守恒？ 151
8.4.3 滑冰運動員角速度的變化 151
8.4.4 從角動量守恒看開普勒第二
定律 153
日常現象專欄8.1 溜溜球，溜起來！ 153
8.5 騎自行車和其他技藝 154
8.5.1 角動量是矢量嗎？ 154
8.5.2 角動量和自行車 155
8.5.3 轉椅和陀螺 156
日常現象專欄8.2 自行車變速裝置 156
小結 157
關鍵術語 158
概念題 158
練習題 160
綜合題 161
家庭實驗與觀察 161
第2單元 流體的行為和熱學 163
第9章 流體的行為 164
9.1 壓強和帕斯卡定律 165
9.1.1 如何定義壓強？ 166
9.1.2 什么是帕斯卡定律？ 166
9.1.3 液壓千斤頂是如何工作的？ 167
9.2 大氣壓和氣體的行為 168
9.2.1 怎樣測量氣壓？ 168
9.2.2 大氣壓如何變化？ 169
9.2.3 空氣柱的重量 169
9.2.4 氣體體積如何隨壓強變化？ 170
日常現象專欄9.1 測量血壓 171
9.3 阿基米德定律 172
9.3.1 什么是阿基米德定律？ 172
9.3.2 浮力的來源是什么？ 173
9.3.3 決定物體浮沉的三種情況 174
9.3.4 為何鋼船能浮在水面上？ 174
9.3.5 氣球何時上浮？ 175
9.4 運動的流體 175
9.4.1 為什么流速會變化？ 175
9.4.2 黏度如何影響流體的流動？ 176
9.4.3 層流和湍流 177
9.5 伯努利原理 178
9.5.1 什么是伯努利原理？ 178
9.5.2 管道和軟管中的壓強如何
變化？ 178
9.5.3 氣流和伯努利原理 179
9.5.4 廣告中的小球為何會懸浮在
空中？ 179
日常現象專欄9.2 弧線球 180
小結 181
關鍵術語 181
概念題 182
練習題 183
綜合題 183
家庭實驗與觀察 184
第10章 溫度和熱量 185
10.1 溫度及其測量 186
10.1.1 怎樣測量溫度？ 187
10.1.2 溫標是如何演進的？ 187
10.1.3 存在熱力學零度嗎？ 188
10.2 熱量和比熱容 189
10.2.1 什么是比熱容？ 189
10.2.2 熱量和溫度有何區別？ 190
10.2.3 熔化和凝固過程如何涉及
熱量？ 191
日常現象專欄10.1 暖手包 192
10.3 焦耳實驗和熱力學第一定律 193
10.3.1 焦耳實驗說明了什么？ 193
10.3.2 熱力學第一定律 194
10.3.3 什么是內能？ 194
10.3.4 計算食物的熱量 195
10.4 氣體的行為和第一定律 195
10.4.1 壓縮氣體時發生了什么？ 195
10.4.2 內能與溫度有什么關系？ 196
10.4.3 如何保持氣體的溫度不變？ 197
10.4.4 熱氣球中的氣體 197
10.5 熱流 198
10.5.1 熱傳導產生的熱流 198
10.5.2 什么是對流？ 199
10.5.3 什么是輻射？輻射如何傳遞
能量？ 199
日常現象專欄10.2 太陽能集熱器和溫室
效應 200
小結 201
關鍵術語 202
概念題 202
練習題 203
綜合題 203
家庭實驗與觀察 204
第11章 熱機和熱力學第二定律 205
11.1 熱機 206
11.1.1 熱機是干什么的？ 206
11.1.2 熱機的效率 207
11.1.3 熱力學第一定律告訴了我們
什么？ 208
日常現象專欄11.1 混合動力汽車 209
11.2 熱力學第二定律 210
11.2.1 什么是卡諾熱機？ 210
11.2.2 卡諾循環包含哪些過程？ 210
11.2.3 卡諾熱機的效率是多少？ 211
11.2.4 熱力學第二定律 211
11.3 冰箱、熱泵和熵 212
11.3.1 冰箱和熱泵是干什么的？ 212
11.3.2 熱力學第二定律的克勞修斯
表述 214
11.3.3 什么是熵？ 214
11.4 熱電廠和能源 215
11.4.1 熱電廠是如何工作的？ 215
11.4.2 化石燃料的替代物 216
11.4.3 高品位熱量和低品位熱量 217
11.4.4 問題討論 218
11.5 永動機和能量騙局 218
11.5.1 第一類永動機 218
11.5.2 第二類永動機 219
日常現象專欄11.2 用池塘發電 220
小結 220
關鍵術語 221
概念題 221
練習題 223
綜合題 223
家庭實驗與觀察 224
第3單元 電學和磁學 225
第12章 靜電現象 226
12.1 電荷的作用 227
12.1.1 木髓球實驗告訴了我們什么？ 227
12.1.2 什么是驗電器？ 228
12.1.3 富蘭克林的單流體模型 229
12.2 導體和絕緣體 230
12.2.1 絕緣體與導體有何不同？ 230
12.2.2 導體的感應起電 231
12.2.3 為何絕緣體會被帶電物體
吸引？ 232
日常現象專欄12.1 清除煙霧 232
12.3 靜電力：庫侖定律 233
12.3.1 庫侖是怎樣測量靜電力的？ 234
12.3.2 庫侖的測量結果如何？ 234
12.3.3 庫侖定律與萬有引力定律的
比較 235
12.4 電場 236
12.4.1 求幾個電荷施加的力 236
12.4.2 什么是電場？ 236
12.4.3 如何使用電場線來描述電場？ 237
12.5 電勢 238
12.5.1 求電勢能的變化量 238
12.5.2 什么是電勢？ 239
12.5.3 電勢和電場的關系 240
日常現象專欄12.2 閃電 241
小結 242
關鍵術語 243
概念題 243
練習題 244
綜合題 245
家庭實驗與觀察 245
第13章 電路 247
13.1 電路和電流 248
13.1.1 如何點亮燈泡？ 248
13.1.2 什么是電流？ 249
13.1.3 是什么限制了電流？ 250
日常現象專欄13.1 神經細胞中的電
脈沖 250
13.1.4 電流與水流的類比 252
13.2 歐姆定律和電阻 252
13.2.1 電流對電壓的依賴關系 253
13.2.2 什么是電池的電動勢？ 253
13.2.3 電池沒電了會發生什么？ 254
13.3 串聯電路和并聯電路 254
13.3.1 什么是串聯電路？ 254
13.3.2 什么是并聯電路？ 256
13.3.3 如何使用電流表和電壓表？ 257
13.4 電能和電功率 258
13.4.1 電路中的能量是如何轉換的？ 258
13.4.2 電功率與電流、電壓有何
關系？ 258
13.4.3 如何分配和使用電功率？ 259
日常現象專欄13.2 烤面包機中隱藏的
開關 260
13.5 交流電和家庭電路 261
13.5.1 交流電與直流電有什么區別？ 261
13.5.2 什么是電流和電壓的有效值？ 262
13.5.3 家庭電路如何布線？ 262
小結 264
關鍵術語 264
概念題 265
練習題 266
綜合題 267
家庭實驗與觀察 268
第14章 磁體和電磁學 269
14.1 磁體和磁力 270
14.1.1 什么是磁極？ 271
14.1.2 磁力和庫侖定律 271
14.1.3 場線與磁體能聯系起來嗎？ 272
14.1.4 地球是磁體嗎？ 272
14.2 電流的磁效應 273
14.2.1 一個出乎意料的效應 273
14.2.2 通電導線上的磁力 274
14.2.3 運動電荷上的磁力 275
14.2.4 運動電荷上的磁力方向 275
14.3 電流環路的磁效應 276
14.3.1 電流環路的磁場 276
14.3.2 電流環路上的磁力矩 277
14.3.3 如何制作電磁鐵？ 278
14.4 法拉第定律：電磁感應 279
14.4.1 法拉第的實驗說明了什么？ 279
日常現象專欄14.1 直流電動機 279
14.4.2 法拉第定律 280
14.4.3 楞次定律 281
日常現象專欄14.2 紅綠燈附近的車輛
傳感器 282
14.4.4 什么是自感應？ 282
14.5 發電機和變壓器 283
14.5.1 發電機是如何工作的？ 283
14.5.2 變壓器有什么作用？ 284
14.5.3 變壓器和功率分配 285
小結 286
關鍵術語 286
概念題 287
練習題 288
綜合題 289
實驗與觀測 289
第4單元 波動和光學 290
第15章 波的形成 291
15.1 脈沖波和周期波 292
15.1.1 脈沖波如何沿彈簧行進？ 292
15.1.2 波動的一般特點 293
日常現象專欄15.1 波浪發電 293
15.1.3 問題討論 294
15.1.4 縱波和橫波的區別 294
15.1.5 什么是周期波？ 295
15.2 繩索上的波 295
15.2.1 波的圖像是什么樣的？ 296
15.2.2 繩索上波的速度由什么決定？ 297
15.2.3 波的頻率和波長由什么決定？ 297
15.3 干涉和駐波 298
15.3.1 繩索上的兩列波如何疊加？ 298
15.3.2 什么是駐波？ 299
15.3.3 弦上的波的頻率由什么決定？ 300
15.4 聲波 301
15.4.1 聲波的實質是什么？ 301
15.4.2 聲波的速度由什么決定？ 302
日常現象專欄15.2 行駛汽車的喇叭聲和
多普勒效應 303
15.4.3 用飲料瓶吹出樂音 303
15.5 音樂物理學 304
15.5.1 什么是諧波分析？ 305
15.5.2 如何定義音程？ 306
15.5.3 為何有些音符組合聽起來很
和諧？ 307
小結 308
關鍵術語 309
概念題 309
練習題 310
綜合題 311
家庭實驗與觀察 312
第16章 光和顏色 313
16.1 電磁波 314
16.1.1 什么是電磁波？ 314
16.1.2 電磁波的速率是多少？ 316
16.1.3 存在多種不同的電磁波嗎？ 316
16.1.4 問題討論 317
16.2 波長和顏色 318
16.2.1 光由不同的顏色組成嗎？ 318
16.2.2 人眼是如何分辨不同顏色的？ 318
16.2.3 為什么物體有不同的顏色？ 319
日常現象專欄16.1 為什么天空是
藍色的？ 320
16.3 光波的干涉 321
16.3.1 楊氏雙縫實驗 322
16.3.2 條紋間距由什么決定？ 323
16.3.3 什么是薄膜干涉？ 323
日常現象專欄16.2 眼鏡上的增透膜 325
16.4 衍射和光柵 325
16.4.1 單縫如何衍射光？ 325
16.4.2 光如何被其他形狀的物體
衍射？ 327
16.4.3 什么是衍射光柵？ 327
16.5 偏振光 328
16.5.1 什么是偏振光？ 329
16.5.2 如何產生偏振光？ 329
16.5.3 為什么要用偏光太陽鏡？ 330
16.5.4 什么是雙折射？ 330
小結 331
關鍵術語 332
概念題 332
練習題 333
綜合題 333
家庭實驗與觀察 334
第17章 光和成像 335
17.1 反射和成像 336
17.1.1 光線與波陣面有什么關系？ 336
17.1.2 什么是反射定律？ 337
17.1.3 平面鏡是如何成像的？ 338
17.2 光的折射 339
17.2.1 什么是折射定律？ 339
17.2.2 水下的物體看起來為何要比實際
位置高一些？ 340
17.2.3 全反射 341
17.2.4 棱鏡如何使光線偏折？什么是
色散？ 341
日常現象專欄17.1 彩虹 342
17.3 透鏡和成像 343
17.3.1 追蹤通過凸透鏡的光線 343
17.3.2 像距和物距有什么關系？ 344
17.3.3 追蹤通過凹透鏡的光線 345
17.4 曲面鏡成像 346
17.4.1 凹面鏡的光線追蹤 346
17.4.2 物距和像距 348
17.4.3 凸面鏡 348
17.5 眼鏡、顯微鏡和望遠鏡 349
17.5.1 眼睛是如何工作的？ 349
17.5.2 眼鏡矯正的是哪些問題？ 350
17.5.3 顯微鏡是如何工作的？ 351
17.5.4 望遠鏡是如何工作的？ 351
17.5.5 雙筒望遠鏡和觀劇望遠鏡 353
日常現象專欄17.2 激光角膜屈光手術 353
小結 354
關鍵術語 355
概念題 355
練習題 356
綜合題 357
家庭實驗與觀察 358
第5單元 原子和原子核 359
第18章 原子的結構 360
18.1 原子的存在：化學證據 361
18.1.1 化學研究揭示了原子的哪些
線索？ 362
18.1.2 質量在化學反應中守恒嗎？ 362
18.1.3 原子量的概念是怎樣產生的？ 363
日常現象專欄18.1 燃料電池和氫
經濟 363
18.1.4 問題討論 365
18.1.5 元素周期表是如何演進的？ 365
18.2 陰極射線、電子和X射線 367
18.2.1 陰極射線是如何產生的？ 367
日常現象專欄18.2 電子和電視 367
18.2.2 陰極射線的組成 369
18.2.3 X射線是如何被發現的？ 369
18.3 放射性和原子核的發現 370
18.3.1 放射性是如何被發現的？ 371
18.3.2 放射現象中包含多種輻射嗎？ 371
18.3.3 原子核是如何被發現的？ 372
18.4 原子光譜和玻爾原子模型 373
18.4.1 氫光譜的本質是什么？ 374
18.4.2 光能量子化 375
18.4.3 玻爾原子模型有哪些特征？ 376
18.5 粒子波和量子力學 377
18.5.1 什么是德布羅意波？ 377
18.5.2 量子力學與玻爾模型有何
不同？ 379
18.5.3 什么是海森堡不確定性原理？ 379
18.5.4 量子力學如何解釋元素
周期表？ 379
小結 380
關鍵術語 381
概念題 381
練習題 382
綜合題 383
家庭實驗與觀察 383
第19章 原子核和核能 384
19.1 原子核的結構 385
19.1.1 質子是如何被發現的？ 385
19.1.2 中子是如何被發現的？ 386
19.1.3 什么是同位素？ 387
日常現象專欄19.1 煙霧報警器 388
19.2 放射性衰變 389
19.2.1 α衰變中發生了什么？ 389
19.2.2 β衰變和λ衰變中會發生什么？ 390
19.2.3 如何描述衰變的快慢？ 391
19.2.4 放射性輻射為何對人體健康
有害？ 392
19.3 核反應和核裂變 392
19.3.1 什么是核反應？ 393
19.3.2 能量和質量如何參與核反應？ 393
19.3.3 核裂變是如何被發現的？ 394
19.4 核反應堆 396
19.4.1 如何實現鏈式反應？ 396
19.4.2 為什么反應堆中會產生钚？ 397
19.4.3 現代反應堆有何設計特征？ 397
19.4.4 圍繞核能的環境問題 399
19.4.5 問題討論 400
19.5 核武器和核聚變 400
19.5.1 什么是臨界質量？ 400
日常現象專欄19.2 福島核電廠事故 400
19.5.2 钚彈是如何設計的？ 401
19.5.3 什么是核聚變？ 402
19.5.4 能用受控的核聚變發電嗎？ 403
小結 404
關鍵術語 405
概念題 405
練習題 406
綜合題 406
家庭實驗與觀察 407
第6單元 相對論和現代物理學 408
第20章 相對論 409
20.1 經典物理學中的相對運動 410
20.1.1 速度是如何合成的？ 411
20.1.2 二維情形如何合成速度？ 412
20.1.3 相對性原理 412
20.1.4 慣性參照系 413
20.2 光速和愛因斯坦的假設 414
20.2.1 什么是光以太？ 414
20.2.2 以太能夠作為絕對參照系嗎？ 414
20.2.3 邁克爾遜-莫雷實驗 415
20.2.4 愛因斯坦的狹義相對論假設 416
20.3 時間膨脹和長度收縮 417
20.3.1 不同觀察者測量的時間相
同嗎？ 417
20.3.2 不同觀察者測量的長度如何
變化？ 419
日常現象專欄20.1 雙生子佯謬 420
20.4 牛頓運動定律和質能等效 421
20.4.1 牛頓第二運動定律要如何
修改？ 421
20.4.2 質能等效思想是如何提出的？ 422
20.4.3 如何解釋靜能？ 422
20.5 廣義相對論 423
20.5.1 什么是等效原理？ 423
20.5.2 光束在強引力場中彎曲嗎？ 425
20.5.3 廣義相對論有哪些時空效應？ 426
20.5.4 什么是黑洞？ 426
20.5.5 引力波的發現 427
小結 427
關鍵術語 428
概念題 428
練習題 429
綜合題 429
家庭實驗與觀察 430
第21章 現代物理簡介 431
21.1 夸克和其他基本粒子 432
21.1.1 新粒子是如何被發現的？ 433
21.1.2 粒子家族的成員 434
21.1.3 什么是夸克？ 434
21.1.4 有哪些基本作用力？ 435
21.2 宇宙學：眺望宇宙星辰 436
21.2.1 宇宙正在膨脹嗎？ 436
21.2.2 宇宙的起源 437
21.3 半導體和微電子學 439
21.3.1 什么是半導體？ 439
21.3.2 什么是晶體管？ 440
21.3.3 計算機和集成電路 441
21.4 超導體和其他新材料 442
21.4.1 什么是超導性？ 442
21.4.2 什么是高溫超導體？ 443
21.4.3 其他新材料 444
日常現象專欄21.1 全息圖 445
小結 446
關鍵術語 447
概念題 447
練習題 448
綜合題 448
家庭實驗與觀察 448
附錄A 簡單代數運算 449
A.1 基本概念 449
A.2 其他例子 450
A.3 練習 451
附錄B 小數、百分數和科學記數法 452
B.1 什么是小數？ 452
B.2 什么是百分數？ 452
B.3 什么是科學記數法？ 453
B.4 10的指數冪的乘除運算 454
B.5 練習 454
附錄C 矢量和矢量合成 456
C.1 如何描述矢量？ 456
C.2 如何求矢量的差？ 457
C.3 如何求矢量的分量？ 458
C.4 練習 459
附錄D 部分習題答案 460
附錄E 轉換因子和元素周期表 470
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