诗意物理 带你领略物理学之美

本书采用人文知识与自然科学知识融合的方式，以专题的形式阐述物理学研究的不同方面。每个专题都从诗词中寻找对应的物理现象、物理规律和物理定律。各知识点的阐述不仅可以使读者理解其中蕴含的物理学道理，体会物理学的简洁和深刻之美，同时有助于培养客观看待世界的方式及科学创新精神和思维，提升读者的综合素养。 本书方式新颖独特，视角创新，内容由浅入深，逻辑严密，并配有微视频全面讲解，旨在普及物理学教育，提升物理教学的艺术性。

本书采用人文知识与自然科学知识融合的方式阐述物理学研究的不同方面。每章都从诗词中寻找对应的物理现象、物理规律和物理定律，包括牛顿万有引力定律，爱因斯坦广义相对论，平方反比定律，能量守恒定律，机械波、电磁波、物质波、引力波，玻尔兹曼熵公式，麦克斯韦方程组，时间的相对性，黑洞，相对论，量子论，波的衍射，光的反射和折射，不确定原理等。各知识点的阐述不仅使读者理解其中蕴含的物理学道理，体会物理文化的简洁和深刻之美，同时有助于培养客观看待世界的方式及科学创新精神和思维，提升读者的综合素养。

本书新颖独特，视角创新，内容由浅入深，逻辑严密，并配有微课视频全面讲解，旨在普及物理学教育，提升物理教学的艺术性。

本书可供大学教师和学生阅读，也可供中学生及对科学知识感兴趣的读者阅读。

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1 物理学的研究范围 001～014

1.1 物理学的研究对象 003

1.2 物理学研究的空间尺度 003

1.3 物理学研究的时间尺度 006

1.4 物理学研究的速率尺度 006

1.5 宇宙中的物质分布 007

1.5.1 宇宙中物质分布的规律 007

1.5.2 力的平衡 007

1.5.3 黑洞区 009

1.5.4 量子区 010

1.6 地球的大小 011

2 月轮绕地之理 015～030

2.1 牛顿的万有引力定律 017

2.1.1 牛顿的思考 017

2.1.2 万有引力定律的推导 017

2.1.3 万有引力定律的验证 019

2.1.4 现代航空航天的基础 021

2.2 爱因斯坦的相对论 022

2.2.1 广义相对论问世的三部曲 023

2.2.2 广义相对论场方程的意义 024

2.2.3 广义相对论与牛顿万有引力理论的差别 025

2.2.4 现代天体物理学与宇宙探索的基础 025

2.2.5 广义相对论在全球定位系统（GPS）中的应用 027

2.3 宇宙中最大的未解之谜 029

3 精妙的平方反比定律 031～044

3.1 控制宇宙自然力的宏观力 033

3.2 万有引力定律 034

3.2.1 给地球称重 034

3.2.2 卡文迪许测量万有引力常数 035

3.2.3 最新的测量结果 036

3.2.4 认识万有引力 037

3.3 库仑定律 037

3.3.1 库仑实验 038

3.3.2 认识库仑定律 039

3.3.3 实验验证 040

3.4 精妙的数量级之差 040

3.5 物质世界精妙的设计 042

4 卓尔不凡的能量守恒定律 045～056

4.1 功 047

4.2 能（能量） 047

4.3 能量守恒定律的推导 049

4.4 能量守恒定律的卓尔不凡 050

4.4.1 康普顿效应 050

4.4.2 中微子的发现 052

4.4.3 水力发电 054

4.5 宇宙的法则之一 055

5 感受波动之美 057～074

5.1 机械波 058

5.2 电磁波 061

5.3 物质波 064

5.4 引力波 065

5.5 波动之美 069

5.5.1 驻波之美 069

5.5.2 奇妙的多普勒效应 071

5.6 体会物理学之美 073

6 玻尔兹曼熵公式的忧郁美 075～086

6.1 热力学第二定律 077

6.2 玻尔兹曼熵公式 078

6.3 熵增原理及应用 082

6.4 定律的忧郁美 084

7 麦克斯韦方程组的科学美 087～104

7.1 电磁学的产生与发展 088

7.1.1 定性研究 088

7.1.2 定量研究 089

7.2 麦克斯韦方程组 090

7.3 电磁波的性质 092

7.4 电磁波的实验验证 093

7.5 电磁波的应用 094

7.5.1 可见光 095

7.5.2 红外线 096

7.5.3 无线电波 096

7.5.4 紫外线 098

7.5.5 X射线 100

7.5.6 伽马射线 101

7.6 最伟大的方程 102

7.6.1 麦克斯韦方程组的伟大意义 102

7.6.2 科学美的典范 103

8 时间的相对性——小明的时间和小红的时间 105～120

8.1 什么是时间 107

8.2 相对性时空观诞生 108

8.2.1 绝对时空观 108

8.2.2 两个基本假设 109

8.3 小明的时间与小红的时间 109

8.3.1 同时性的相对性 109

8.3.2 时间量度的相对性 111

8.3.3 钟慢效应 113

8.3.4 时间的属性 114

8.4 验证 115

8.5 应用 117

8.5.1 古人朴素的相对论思想 117

8.5.2 全球定位与导航系统 118

8.6 相对的人生意义 119

9 黑洞的前世 121～132

9.1 宇宙中最神秘的天体 122

9.2 科学家的预言 123

9.3 恒星的演化 124

9.3.1 赫罗图 124

9.3.2 恒星为什么会发光发热 126

9.3.3 恒星演化的最终产物 127

9.3.4 三种恒星演化产物的对比 129

9.4 太阳的演化 131

10 黑洞的今生 133～146

10.1 广义相对论的建立 134

10.2 时空弯曲 138

10.3 广义相对论预言的黑洞 140

10.4 走进黑洞 141

10.5 黑洞的性质与观测 142

11 相对论诞生的前夜——山雨欲来风满楼 147～158

11.1 两朵乌云 148

11.2 “以太”的假定 149

11.3 科学史上最成功的失败 150

11.4 经典物理学的困难 152

11.5 头脑风暴——追光实验 153

11.6 新理论建立 155

12 量子论诞生的前夜——黑云压城城欲摧 159～174

12.1 另一朵乌云——黑体辐射实验 160

12.1.1 实验的历史背景 161

12.1.2 黑体 161

12.1.3 黑体辐射的实验规律 162

12.1.4 经典物理学的解释和困难 164

12.2 量子萌芽 165

12.3 发现电子 167

12.3.1 探索物质的微观结构 167

12.3.2 电子的发现与物质微观结构理论的提出 168

12.4 玻尔原子理论 169

12.4.1 定态假设 170

12.4.2 跃迁假设 170

12.4.3 量子化条件 171

12.5 男孩物理学 171

13 波的衍射——人未到声先到 175～188

13.1 波的衍射 176

13.1.1 惠更斯原理 177

13.1.2 菲涅耳原理 177

13.2 光波的衍射形式 178

13.2.1 狭缝衍射 179

13.2.2 圆孔衍射 180

13.2.3 圆盘衍射 180

13.2.4 边沿衍射 181

13.3 夫琅禾费单缝衍射 181

13.4 圆孔衍射与光学仪器的分辨本领 183

13.5 衍射的应用 185

14 光的反射和折射——眼见为虚的海市蜃楼 189～202

14.1 光的反射和折射 191

14.2 全反射 192

14.3 光的折射程度 192

14.4 光的折射的应用 194

14.4.1 光在水中的折射 194

14.4.2 海市蜃楼 194

14.4.3 虹与霓 196

14.4.4 星光闪烁 198

14.4.5 光导纤维 198

14.4.6 毛玻璃 200

14.4.7 灯泡 201

15 不确定原理——深情地活在不确定的世界里 203～215

15.1 两个问题 204

15.2 实验的迷茫 205

15.2.1 子弹实验 205

15.2.2 电子实验 206

15.2.3 跟踪电子实验 207

15.3 海森堡不确定原理 208

15.3.1 不确定性 208

15.3.2 海森堡不确定原理建立 209

15.3.3 揭开实验的迷茫 210

15.4 不确定原理的应用 211

15.4.1 核能 211

15.4.2 激光的特性 212

15.4.3 “墨子号”的科学目标 212

15.5 不确定的世界里自主的人生意义 214

参考文献216