第1章 物理学是基础科学

1.1 能量是怎么回事？

1.1.1 全球变暖的争论

1.1.2 能量是怎样卷入的？

1.1.3 物理学和能量

1.2 科学事业

1.2.1 科学和彩虹

1.2.2 什么是科学方法？

1.2.3 应当如何介绍科学？

1.2.4 可以讨论的问题

1.3 物理学的范围

1.3.1 物理学如何定义？

1.3.2 物理学的主要分支有哪些？

1.4 测量和数学在物理学中的作用

1.4.1 为什么测量这么重要？

1.4.2 数学能帮什么忙？

1.4.3 为什么使用公制单位？

1.5 物理学和日常现象

1.5.1 为什么要研究日常现象？

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第1单元牛顿革命

第2章 运动的描述

2.1 平均速率和瞬时速率

2.1.1 平均速率的定义

2.1.2 速率的单位

2.1.3 瞬时速率

2.1.4 可以讨论的问题

2.2 速度

2.2.1 速率和速度的区别

2.2.2 矢量

2.2.3 瞬时速度的定义

2.3 加速度

2.3.1 平均加速度的定义

2.3.2 瞬时加速度的定义

2.3.3 加速度的方向

2.3.4 汽车速率不变时能作加速运动吗？

2.4 运动的图形表示

2.4.1 一幅图形能告诉我们什么？

2.4.2 速度图和加速度图

2.4.3 能从速度图求走过的距离吗？

2.5 匀加速运动

2.5.1 匀加速运动中速度怎样变化？

2.5.2 走过的距离如何随时间变化？

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第3章 落体运动和抛体运动

3.1 重力引起的加速度

3.1.1 如何测量重力加速度？

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？

3.2 落体追踪

3.2.1 速度如何随时间变化？

3.2.2 小球在不同时间里下落多大的距离？

3.2.3 下扔小球

3.3 向上扔球

3.3.1 小球的速度如何变化？

3.3.2 小球能飞到多高？

3.4 抛体运动

3.4.1 抛体的轨迹是什么样子？

3.4.2 飞行时间由什么决定？

3.5 打靶

3.5.1 枪支射出的子弹会下落吗？

3.5.2 橄榄球的飞行

3.5.3 怎样能达到最大的距离？

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第4章 牛顿运动定律：运动的解释

4.1 历史简述

4.1.1 亚里士多德关于运动的原因有何看法？

4.1.2 伽利略怎样挑战亚里士多德的看法？

4.1.3 牛顿完成了什么业绩？

4.2 牛顿第一定律和第二定律

4.2.1 什么是牛顿第一运动定律？

4.2.2 力和加速度有什么关系？

4.2.3 力怎样相加？

4.3 质量和重量

4.3.1 如何对质量进行比较？

4.3.2 如何定义重量？

4.3.3 为何重力加速度与质量无关？

4.4 牛顿第三定律

4.4.1 第三定律怎样帮助我们定义力？

4.4.2 怎样用第三定律来证认力？

4.4.3 一头骡子能够加速一辆小车吗？

4.4.4 什么力使汽车加速？

4.5 牛顿定律的应用

4.5.1 推椅子时涉及哪些力？

4.5.2 跳伞运动员不开伞时会持续加速吗？

4.5.3 小球扔出后发生了什么事情？

4.5.4 怎样分析连接在一起物体的运动？

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第5章 圆周运动、行星和引力

5.1 向心加速度

5.1.1 什么是向心加速度？

5.1.2 怎样求速度的改变量△v？

5.1.3 向心加速度的大小有多大？

5.1.4 什么力产生向心加速度？

5.2 向心力

5.2.1 什么力帮助汽车顺利通过弯道？

5.2.2 弯道修成内低外高会发生什么？

5.2.3 坐摩天轮时遇到哪些力？

5.3 行星运动

5.3.1 早期的天界模型是什么样？

5.3.2 哥白尼与托勒密的模型有何区别？

5.3.3 开普勒行星运动定律

5.4 牛顿万有引力定律

5.4.1 牛顿有什么惊人发现？

5.4.2 什么是牛顿万有引力定律？

5.4.3 重量与引力定律怎样关联？

5.5 月亮和其他卫星

5.5.1 如何解释月相？

5.5.2 月亮服从开普勒定律吗？

5.5.3 人造卫星的轨道

5.5.4 可以争论的问题

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第6章 能量和振动

6.1 简单机械、功和功率

6.1.1 什么是简单机械？

6.1.2 功怎么定义？

6.1.3 任何力都做功吗？

6.1.4 功和功率有什么关系？

6.2 动能

6.2.1 如何定义动能？

6.2.2 什么是负功？

6.2.3 汽车的停车距离

6.3 势能

6.3.1 什么是重力势能？

6.3.2 势能的实质是什么？

6.3.3 什么是弹性势能？

6.3.4 什么是保守力？

6.4 能量守恒

6.4.1 摆在摆动时的能量有何变化？

6.4.2 能量守恒是什么意思？

6.4.3 为什么使用能量的概念？

6.4.4 能量分析为何像计账似的？

6.4.5 可以争论的问题

6.5 弹簧和简谐运动

6.5.1 拴在弹簧上的质块的振动

6.5.2 什么是周期和频率？

6.5.3 任何回复力都产生简谐运动吗？

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第7章 动量和冲量

7.1 动量和冲量

7.1.1 小球弹跳时发生了什么事？

7.1.2 怎样分析如此快速的变化？

7.1.3 什么是冲量和动量？

7.1.4 如何应用冲量－动量原理？

7.2 动量守恒

7.2.1 动量为何及何时守恒？

7.2.2 动量守恒和碰撞

7.3 反冲

7.3.1 什么是反冲？

7.3.2 猎枪的反冲

7.3.3 火箭怎么工作？

7.4 弹性碰撞和非弹性碰撞

7.4.1 什么是完全非弹性碰撞？

7.4.2 碰撞中能量守恒吗？

7.4.3 台球弹跳时发生了什么事？

7.5 互成一角度的碰撞

7.5.1 二维非弹性碰撞

7.5.2 二维弹性碰撞

7.5.3 可以讨论的问题

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第8章 固体的转动

8.1 什么是转动？

8.1.1 角位移和角速度

8.1.2 什么是角加速度？

8.1.3 恒定角加速度

8.1.4 线速度和角速度有什么关系？

8.2 转矩和杆秤

8.2.1 杆秤何时平衡？

8.2.2 什么是转矩？

8.2.3 多个转矩如何相加？

8.2.4 什么重心？

8.3 转动惯量和牛顿第二定律

8.3.1 什么是转动惯量？

8.3.2 适用于转动的牛顿第二定律

8.3.3 求旋转木马的转动惯量

8.4 角动量守恒

8.4.1 什么是角动量？

8.4.2 角动量何时守恒？

8.4.3 滑冰运动员自转速率的变化

8.4.4 开普勒第二定律

8.5 骑自行车和其他惊人绝技

8.5.1 角动量是矢量吗？

8.5.2 角动量和自行车

8.5.3 旋转凳和陀螺

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第2单元 流体的行为和热学

第9章 流体的行为

9.1 压强和帕斯卡原理

9.1.1 压强如何定义？

9.1.2 什么是帕斯卡原理？

9.1.3 水压机如何工作？

9.2 气压和气体的行为

9.2.1 怎样测量气压？

9.2.2 气压如何变化？

9.2.3 空气柱的重量

9.2.4 气体的体积如何随压强改变？

9.3 阿基米德原理

9.3.1 什么是阿基米德原理？

9.3.2 浮力来源于什么？

9.3.3 有哪些力作用在浮体上？

9.3.4 为何一艘钢船会浮在水面上？

9.3.5 气球何时上浮？

9.4 运动的流体

9.4.1 为什么流速会变？

9.4.2 黏性如何影响流动？

9.4.3 层流和湍流

9.5 伯努利原理

9.5.1 什么是伯努利原理？

9.5.2 管道和软管中各处压力如何变化？

9.5.3 气流和伯努利原理

9.5.4 商店前的广告球为何会悬在空中？

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第10章 温度和热量

10.1 温度及其测量

10.1.1 怎样测量温度？

10.1.2 温标的发展

10.1.3 有热力学零度吗？

10.2 热量和比热

10.2.1 什么是比热？

10.2.2 热量和温度有何区别？

10.2.3 热量怎样参与融化或凝固过程？

10.3 焦耳实验和热力学第一定律

10.3.1 焦耳实验表明了什么？

10.3.2 热力学第一定律

10.3.3 什么是内能？

10.3.4 计算食物的热量

10.4 气体的行为与热力学第一定律

10.4.1 压缩气体时发生什么事？

10.4.2 内能与温度有什么关系？

10.4.3 怎样保持气体的温度不变？

10.4.4 热气球中的气体发生了什么？

10.5 热流

10.5.1 热传导产生的热流

10.5.2 什么是对流？

10.5.3 什么是辐射，辐射怎样传递能量？

小结

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第11章 热机和热力学第二定律

11.1 热机

11.1.1 热机是干什么的？

11.1.2 热机的效率

11.1.3 热力学第一定律关于热机告诉我们什么？

11.2 热力学第二定律

11.2.1 什么是卡诺机？

11.2.2 卡诺循环包含哪几步？

11.2.3 卡诺机的效率是多少？

11.2.4 热力学第二定律

11.3 制冷机、热泵和熵

11.3.1 制冷机和热泵是干什么的？

11.3.2 热力学第二定律的克劳修斯表述

11.3.3 什么是熵？

11.4 热电厂和能源

11.4.1 热电厂是如何工作的？

11.4.2 化石燃料的替代者

11.4.3 高品位热量和低品位热量

11.4.4 可以讨论的问题

11.5 永动机和能量骗局

11.5.1 第一类永动机

11.5.2 第二类永动机

小结

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第3单元 电学和磁学

第12章 静电现象

12.1 电荷的作用

12.1.1 从木髓球实验能学到什么？

12.1.2 什么是验电器？

12.1.3 富兰克林的单流体模型

12.2 导体和绝缘体

12.2.1 绝缘体与导体有何不同？

12.2.2 用感应让导体起电

12.2.3 为何绝缘体被吸向带电物体？

12.3 静电力：库仑定律

12.3.1 库仑是怎样测量静电力的？

12.3.2 库仑的测量结果如何？

12.3.3 库仑定律与万有引力定律的比较

12.4 电场

12.4.1 求几个电荷所施加的力

12.4.2 什么是电场？

12.4.3 电场线是怎样用的？

12.5 电势

12.5.1 求电荷势能的变化

12.5.2 什么是电势？

12.5.3 电势和电场的关系

小结

关键术语

第13章 电路

13.1 电路和电流

13.1.1 怎样使灯泡发光？

13.1.2 什么是电流？

13.1.3 什么限制了电流？

13.1.4 和水流的类比

13.2 欧姆定律和电阻

13.2.1 电流对电压的依赖关系

13.2.2 什么是电池的电动势？

13.2.3 电池没电了是怎么回事？

13.3 串联电路和并联电路

13.3.1 什么是串联电路？

13.3.2 什么是并联电路？

13.3.3 安培计和伏特计的使用

13.4 电能和电功率

13.4.1 电路中发生了什么能量转化？

13.4.2 电功率与电流和电压有何关系？

13.4.3 怎样分配和使用电功率？

13.5 交流电和家用电路

13.5.1 交流电与直流电有哪些区别？

13.5.2 什么是电流和电压的有效值？

13.5.3 家用电路如何布线？

小结

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第14章 磁体和电磁学

14.1 磁体和磁力

14.1.1 什么是磁极？

14.1.2 磁力和库仑定律

14.1.3 能将场线与磁体联系起来吗？

14.1.4 地球是一个磁体吗？

14.2 电流的磁效应

14.2.1 一个出乎意料的效应

14.2.2 载流导线所受的磁力

14.2.3 运动电荷所受的磁力

14.2.4 运动电荷上的磁力方向

14.3 电流回路的磁效应

14.3.1 电流回路的磁场

14.3.2 电流回路上作用有磁转矩吗？

14.3.3 怎样制作一个电磁体？

14.4 法拉第定律：电磁感应

14.4.1 法拉第的实验表明了什么？

14.4.2 法拉第定律

14.4.3 楞次定律

14.4.4 什么是自感应？

14.5 发电机和变压器

14.5.1 发电机是如何工作的？

14.5.2 变压器是干什么用的？

14.5.3 变压器和功率分配

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第4单元 波动和光学

第15章 波的生成

15.1 脉冲波和周期波

15.1.1 脉冲波在弹簧上怎样行进？

15.1.2 波动的一些共同特征

15.1.3 可以讨论的问题

15.1.4 纵波和横波的区别

15.1.5 什么是周期波？

15.2 绳索上的波

15.2.1 波的曲线图是什么样？

15.2.2 绳索上的波速由什么决定？

15.2.3 波的频率和波长由什么决定？

15.3 干涉和驻波

15.3.1 绳索上的两个波如何合并？

15.3.2 什么是驻波？

15.3.3 吉他弦上波的频率由什么决定？

15.4 声波

15.4.1 声波的实质是什么？

15.4.2 声速由什么决定？

15.4.3 用饮料瓶生成音乐

15.5 音乐的物理学

15.5.1 什么是谐波分析？

15.5.2 音程是如何定义的？

15.5.3 为何有些乐音组合声音和谐？

小结

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第16章 光波和颜色

16.1 电磁波

16.1.1 什么是电磁波？

16.1.2 电磁波的速率是多少？

16.1.3 有多种不同的电磁波吗？

16.1.4 可以争论的问题

16.2 波长和颜色

16.2.1 光是由不同的颜色组成的吗？

16.2.2 眼睛如何分辨不同的颜色？

16.2.3 为什么物体有不同的颜色？

16.3 光波的干涉

16.3.1 杨氏双缝实验

16.3.2 条纹间距由什么决定？

16.3.3 什么是薄膜干涉？

16.4 衍射和光栅

16.4.1 单缝如何衍射光？

16.4.2 光如何被其他形状衍射？

16.4.3 什么是衍射光栅？

16.5 偏振光

16.5.1 什么是偏振光？

16.5.2 怎样产生偏振光？

16.5.3 为什么要用偏光太阳镜？

16.5.4 什么是双折射？

小结

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第17章 光和成像

17.1 反射和成像

17.1.1 光线与波前有什么关系？

17.1.2 什么是反射定律？

17.1.3 平面镜如何成像？

17.2 光的折射

17.2.1 什么是折射定律？

17.2.2 为何水下物体显得比实际位置高？

17.2.3 全内反射

17.2.4 棱镜如何使光弯折？什么是色散？

17.3 透镜和成像

17.3.1 追踪穿过正透镜的光线

17.3.2 像距和物距有什么关系？

17.3.3 追踪通过负透镜的光线

17.4 用曲面镜聚焦光束

17.4.1 用凹面镜的光线追踪

17.4.2 物距和像距

17.4.3 凸面镜

17.5 眼镜、显微镜和望远镜

17.5.1 眼睛是如何工作的？

17.5.2 眼镜矫正的是哪些问题？

17.5.3 显微镜如何工作？

17.5.4 望远镜如何工作？

17.5.5 双筒镜和观剧镜

小结

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第5单元 原子和原子核

第18章 原子的结构

18.1 原子的存在：从化学中得到的证据

18.1.1 化学研究揭示了原子的哪些方面？

18.1.2 质量在化学反应中守恒吗？

18.1.3 原子量的概念是怎样产生的？

18.1.4 可以争论的问题

18.1.5 元素周期表是怎样发展的？

18.2 阴极射线、电子和X射线

18.2.1 阴极射线是怎样产生的？

18.2.2 阴极射线的组成成分

18.2.3 X射线是怎样发现的？

18.3 放射性和原子核的发现

18.3.1 放射性是怎样发现的？

18.3.2 放射性中包含的辐射多于一种吗？

18.3.3 原子核是怎样发现的？

18.4 原子光谱和玻尔原子模型

18.4.1 氢光谱的本质是什么？

18.4.2 光能的量子化

18.4.3 玻尔模型有哪些特征？

18.5 粒子波和量子力学

18.5.1 什么是德布罗意波？

18.5.2 量子力学与玻尔模型有何不同？

18.5.3 什么是海森伯不确定原理？

18.5.4 量子力学如何解释周期表？

小结

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第19章 原子核和核能

19.1 原子核的结构

19.1.1 质子是怎样发现的？

19.1.2 中子是怎样发现的？

19.1.3 什么是同位素？

19.2 放射性衰变

19.2.1 α衰变中发生了什么？

19.2.2 β衰变和衰变中会发生什么？

19.2.3 如何描述衰变的快慢？

19.2.4 为何放射性对人体健康有害？

19.3 核反应和核裂变

19.3.1 什么是核反应？

19.3.2 能量和质量如何参与核反应？

19.3.3 核裂变是怎样发现的？

19.4 核反应堆

19.4.1 如何实现链式反应？

19.4.2 为什么反应堆中会产生钚？

19.4.3 现代反应堆有何设计特征？

19.4.4 核动力的环境问题

19.4.5 可以讨论的问题

19.5 核武器和核聚变

19.5.1 什么是临界质量？

19.5.2 钚弹是怎样设计的？

19.5.3 什么是核聚变？

19.5.4 能从受控聚变产出功率吗？

小结

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第6单元 相对论及其他

第20章 相对论

20.1 经典物理学中的相对运动

20.1.1 速度如何相加？

20.1.2 在二维空间速度如何相加？

20.1.3 相对性原理

20.1.4 惯性参考系

20.2 光速和爱因斯坦的假设

20.2.1 什么是光以太？

20.2.2 以太能够当普适参考系用吗？

20.2.3 迈克尔孙－莫雷实验

20.2.4 爱因斯坦的狭义相对论假设

20.3 时间膨胀和长度收缩

20.3.1 不同观察者的时间测量

20.3.2 对不同观察者长度测量如何变化？

20.4 牛顿定律和质能等价

20.4.1 牛顿第二定律须怎样修改？

20.4.2 质能等价观念是如何提出的？

20.4.3 如何解释静止能？

20.5 广义相对论

20.5.1 什么是等价原理？

20.5.2 光束在强引力场中会弯曲吗？

20.5.3 广义相对论有哪些空时效应？

20.5.4 什么是黑洞？

小结

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第21章 日常现象深入研究

21.1 夸克和其他基本粒子

21.1.1 新粒子是怎样发现的？

21.1.2 粒子园的成员

21.1.3 什么是夸克？

21.1.4 有哪些基本作用力？

21.2 宇宙学：向外窥视宇宙

21.2.1 宇宙在膨胀吗？

21.2.2 追溯我们宇宙的开端

21.3 半导体和微电子学

21.3.1 什么是半导体？

21.3.2 什么是晶体管？

21.3.3 计算机和集成电路

21.4 超导体和其他新材料

21.4.1 什么是超导电性？

21.4.2 什么是高温超导体？

21.4.3 其他新材料

小结

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