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物理学与生活(原书第8版)

产品分类: 大学图书
  • 书名:物理学与生活(原书第8版)
  • ISBN:9787121276736
  • 作者:秦克诚
  • 出版社:电子工业出版社
  • 出版日期
  • 定价
  • 批发价:咨询客服
  • 开本:16开
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。
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内容简介

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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。

作者简介

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  录

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 全球变暖的争论 2

1.1.2 能量是怎样卷入的? 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 物理学如何定义? 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

第1单元 牛 顿 革 命

第2章 运动的描述 16

2.1 平均速率和瞬时速率 17

2.1.1 平均速率的定义 17

2.1.2 速率的单位 17

2.1.3 瞬时速率 18

2.1.4 可以讨论的问题 19

2.2 速度 20

2.2.1 速率和速度的区别 20

2.2.2 矢量 21

2.2.3 瞬时速度的定义 21

2.3 加速度 21

2.3.1 平均加速度的定义 22

2.3.2 瞬时加速度的定义 23

2.3.3 加速度的方向 23

2.3.4 汽车速率不变时能作加速运动吗? 23

2.4 运动的图形表示 24

2.4.1 一幅图形能告诉我们什么? 24

2.4.2 速度图和加速度图 25

2.4.3 能从速度图求走过的距离吗? 26

2.5 匀加速运动 27

2.5.1 匀加速运动中速度怎样变化? 28

2.5.2 走过的距离如何随时间变化? 28

小结 29

关键术语 30

第3章 落体运动和抛体运动 31

3.1 重力引起的加速度 32

3.1.1 如何测量重力加速度? 32

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? 34

3.2 落体追踪 34

3.2.1 速度如何随时间变化? 35

3.2.2 小球在不同时间里下落多大的距离? 35

3.2.3 下扔小球 36

3.3 向上扔球 38

3.3.1 小球的速度如何变化? 38

3.3.2 小球能飞到多高? 39

3.4 抛体运动 40

3.4.1 抛体的轨迹是什么样子? 40

3.4.2 飞行时间由什么决定? 41

3.5 打靶 42

3.5.1 枪支射出的子弹会下落吗? 42

3.5.2 橄榄球的飞行 43

3.5.3 怎样能达到**的距离? 43

小结 46

关键术语 46

第4章 牛顿运动定律:运动的解释 47

4.1 历史简述 48

4.1.1 亚里士多德关于运动的原因有何

看法? 48

4.1.2 伽利略怎样挑战亚里士多德的看法? 49

4.1.3 牛顿完成了什么业绩? 49

4.2 牛顿**定律和第二定律 51

4.2.1 什么是牛顿**运动定律? 51

4.2.2 力和加速度有什么关系? 51

4.2.3 力怎样相加? 52

4.3 质量和重量 54

4.3.1 如何对质量进行比较? 54

4.3.2 如何定义重量? 54

4.3.3 为何重力加速度与质量无关? 55

4.4 牛顿第三定律 56

4.4.1 第三定律怎样帮助我们定义力? 56

4.4.2 怎样用第三定律来证认力? 56

4.4.3 一头骡子能够加速一辆小车吗? 57

4.4.4 什么力使汽车加速? 57

4.5 牛顿定律的应用 59

4.5.1 推椅子时涉及哪些力? 59

4.5.2 跳伞运动员不开伞时会持续加速吗? 60

4.5.3 小球扔出后发生了什么事情? 61

4.5.4 怎样分析连接在一起物体的运动? 61

小结 62

关键术语 63

第5章 圆周运动、行星和引力 64

5.1 向心加速度 65

5.1.1 什么是向心加速度? 65

5.1.2 怎样求速度的改变量?v? 66

5.1.3 向心加速度的大小有多大? 66

5.1.4 什么力产生向心加速度? 66

5.2 向心力 67

5.2.1 什么力帮助汽车顺利通过弯道? 67

5.2.2 弯道修成内低外高会发生什么? 69

5.2.3 坐摩天轮时遇到哪些力? 70

5.3 行星运动 71

5.3.1 早期的天界模型是什么样? 71

5.3.2 哥白尼与托勒密的模型有何区别? 72

5.3.3 开普勒行星运动定律 73

5.4 牛顿万有引力定律 75

5.4.1 牛顿有什么惊人发现? 75

5.4.2 什么是牛顿万有引力定律? 75

5.4.3 重量与引力定律怎样关联? 76

5.4 月亮和其他卫星 77

5.4.1 如何解释月相? 77

5.4.2 月亮服从开普勒定律吗? 78

5.4.3 人造卫星的轨道 79

5.4.4 可以争论的问题 79

小结 80

关键术语 81

第6章 能量和振动 82

6.1 简单机械、功和功率 83

6.1.1 什么是简单机械? 83

6.1.2 功怎么定义? 84

6.1.3 任何力都做功吗? 84

6.1.4 功和功率有什么关系? 85

6.2 动能 85

6.2.1 如何定义动能? 85

6.2.2 什么是负功? 86

6.2.3 汽车的停车距离 86

6.3 势能 87

6.3.1 什么是重力势能? 87

6.3.2 势能的实质是什么? 87

6.3.3 什么是弹性势能? 88

6.3.4 什么是保守力? 89

6.4 能量守恒 89

6.4.1 摆在摆动时的能量有何变化? 89

6.4.2 能量守恒是什么意思? 89

6.4.3 为什么使用能量的概念? 90

6.4.4 能量分析为何像计账似的? 91

6.4.5 可以争论的问题 92

6.5 弹簧和简谐运动 94

6.5.1 拴在弹簧上的质块的振动 94

6.5.2 什么是周期和频率? 95

6.5.3 任何回复力都产生简谐运动吗? 95

小结 96

关键术语 97

第7章 动量和冲量 98

7.1 动量和冲量 99

7.1.1 小球弹跳时发生了什么事? 99

7.1.2 怎样分析如此快速的变化? 99

7.1.3 什么是冲量和动量? 100

7.1.4 如何应用冲量-动量原理? 100

7.2 动量守恒 102

7.2.1 动量为何及何时守恒? 103

7.2.2 动量守恒和碰撞 103

7.3 反冲 104

7.3.1 什么是反冲? 104

7.3.2 猎枪的反冲 105

7.3.3 火箭怎么工作? 105

7.4 弹性碰撞和非弹性碰撞 106

7.4.1 什么是完全非弹性碰撞? 106

7.4.2 碰撞中能量守恒吗? 106

7.4.3 台球弹跳时发生了什么事? 107

7.5 互成一角度的碰撞 108

7.5.1 二维非弹性碰撞 108

7.5.2 二维弹性碰撞 110

7.5.3 可以讨论的问题 111

小结 111

关键术语 112

第8章 固体的转动 113

8.1 什么是转动? 114

8.1.1 角位移和角速度 114

8.1.2 什么是角加速度? 115

8.1.3 恒定角加速度 115

8.1.4 线速度和角速度有什么关系? 116

8.2 转矩和杆秤 116

8.2.1 杆秤何时平衡? 116

8.2.2 什么是转矩? 117

8.2.3 多个转矩如何相加? 118

8.2.4 什么重心? 118

8.3 转动惯量和牛顿第二定律 119

8.3.1 什么是转动惯量? 119

8.3.2 适用于转动的牛顿第二定律 120

8.3.3 求旋转木马的转动惯量 121

8.4 角动量守恒 122

8.4.1 什么是角动量? 122

8.4.2 角动量何时守恒? 122

8.4.3 滑冰运动员自转速率的变化 123

8.4.4 开普勒第二定律 124

8.5 骑自行车和其他惊人绝技 125

8.5.1 角动量是矢量吗? 125

8.5.2 角动量和自行车 126

8.5.3 旋转凳和陀螺 127

小结 129

关键术语 130

第2单元 流体的行为和热学

第9章 流体的行为 132

9.1 压强和帕斯卡原理 133

9.1.1 压强如何定义? 133

9.1.2 什么是帕斯卡原理? 134

9.1.3 水压机如何工作? 134

9.2 气压和气体的行为 135

9.2.1 怎样测量气压? 135

9.2.2 气压如何变化? 136

9.2.3 空气柱的重量 137

9.2.4 气体的体积如何随压强改变? 138

9.3 阿基米德原理 140

9.3.1 什么是阿基米德原理? 140

9.3.2 浮力来源于什么? 140

9.3.3 有哪些力作用在浮体上? 141

9.3.4 为何一艘钢船会浮在水面上? 142

9.3.5 气球何时上浮? 142

9.4 运动的流体 143

9.4.1 为什么流速会变? 143

9.4.2 黏性如何影响流动? 144

9.4.3 层流和湍流 145

9.5 伯努利原理 146

9.5.1 什么是伯努利原理? 146

9.5.2 管道和软管中各处压力如何变化? 146

9.5.3 气流和伯努利原理 147

9.5.4 商店前的广告球为何会悬在空中? 147

小结 149

关键术语 150

第10章 温度和热量 151

10.1 温度及其测量 152

10.1.1 怎样测量温度? 152

10

显示部分信息

前  言

序 言

我们经常看到彩虹、滑冰者急速自转和潮涨潮落等日常现象。了解彩虹是怎样形成的、滑冰者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

除了在第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以使用能量的概念。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。热力学的各章之前。前17章介绍经典物理学的主要思想,经过适当的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,如果要透彻且细致地介绍物理思想的话,它甚至适合于两个学期的课程。许多教师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,即使是在一学期的课程中。因此,若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。

有些教师在讲授时,更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在于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,同时覆盖物理学引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。若试图很快地学完本书,则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各个数学公式。为便于理解相关的概念,书中提供了许多简单的例子,这些例题仅需要学生掌握高中的代数知识。

本版的新内容

第八版做了几处重大的改动。在本书的改进过程中,我们仍遵循的此前指导原则,即章数和整个内容的篇幅都不能太长。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。

除了这些特别的改动之外,还更新了照片和插图,因此本书更加现代代。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,接着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。“概述”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所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,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*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。

? 例题出现在各章的正文中,仔细研究这些例题可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。


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