物理学与生活 原书第8版 修订版
作者： （美）W.托马斯.格瑞福斯，朱莉叶.W.罗斯 著
出版时间：2019年版
内容简介
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。 全书以叙述性文体撰写，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，也可作为大学预科学生的导论性物理学教材。
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 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？ 192
10．4．2 内能与温度有什么关系？ 192
10．4．3 怎样保持气体的温度不变？ 193
10．4．4 热气球中的气体发生了什么？ 193
10．5 热流 194
10．5．1 热传导产生的热流 194
10．5．2 什么是对流？ 195
10．5．3 什么是辐射？辐射怎样传递能量？ 196
小结 198
关键术语 199
概念题 199
练习题 200
综合题 200
实验与观测 201
第11章 热机和热力学第二定律 202
11．1 热机 203
11．1．1 热机是干什么的？ 203
11．1．2 热机的效率 203
11．1．3 热力学第一定律关于热机告诉了
我们什么？ 204
11．2 热力学第二定律 206
11．2．1 什么是卡诺机？ 206
11．2．2 卡诺循环包含哪几步？ 207
11．2．3 卡诺机的效率是多少？ 207
11．2．4 热力学第二定律 208
11．3 制冷机、热泵和熵 209
11．3．1 制冷机和热泵是干什么的？ 209
11．3．2 热力学第二定律的克劳修斯表述 210
11．3．3 什么是熵？ 211
11．4 热电厂和能源 212
11．4．1 热电厂是如何工作的？ 212
11．4．2 化石燃料的替代物 213
11．4．3 高品位热量和低品位热量 214
11．4．4 可以讨论的问题 215
11．5 永动机和能量骗局 215
11．5．1 第一类永动机 215
11．5．2 第二类永动机 215
小结 217
关键术语 218
概念题 218
练习题 220
综合题 221
实验与观测 221
第3单元 电学和磁学
第12章 静电现象 224
12．1 电荷的作用 225
12．1．1 从木髓球实验能学到什么？ 225
12．1．2 什么是验电器？ 226
12．1．3 富兰克林的单流体模型 226
12．2 导体和绝缘体 227
12．2．1 绝缘体与导体有何不同？ 227
12．2．2 让导体感应起电 228
12．2．3 为何绝缘体被吸向带电物体？ 229
12．3 静电力：库仑定律 231
12．3．1 库仑是怎样测量静电力的？ 231
12．3．2 库仑的测量结果如何？ 232
12．3．3 库仑定律与万有引力定律的
比较 233
12．4 电场 233
12．4．1 求几个电荷施加的力 234
12．4．2 什么是电场？ 234
12．4．3 电场线是怎样使用的？ 235
12．5 电势 236
12．5．1 求电荷势能的改变量 236
12．5．2 什么是电势？ 237
12．5．3 电势和电场的关系 238
小结 240
关键术语 240
概念题 241
练习题 242
综合题 243
实验与观测 243
第13章 电路 245
学习提示 246
13．1 电路和电流 246
13．1．1 怎样使灯泡发光？ 246
13．1．2 什么是电流？ 247
13．1．3 什么限制了电流？ 249
13．1．4 与水流的类比 249
13．2 欧姆定律和电阻 250
13．2．1 电流对电压的依赖关系 250
13．2．2 什么是电池的电动势？ 251
13．2．3 电池没电了是怎么回事？ 252
13．3 串联电路和并联电路 252
13．3．1 什么是串联电路？ 252
13．3．2 什么是并联电路？ 253
13．3．3 安培计和伏特计的使用 255
13．4 电能和电功率 256
13．4．1 电路中发生了什么能量转换？ 256
13．4．2 电功率与电流和电压有何关系？ 256
13．4．3 怎样分配和使用电功率？ 257
13．5 交流电和家庭电路 259
13．5．1 交流电与直流电有何区别？ 259
13．5．2 什么是电流和电压的有效值？ 260
13．5．3 家庭电路如何布线？ 260
小结 261
关键术语 262
概念题 262
练习题 264
综合题 265
实验与观测 266
第14章 磁体和电磁学 267
14．1 磁体和磁力 268
14．1．1 什么是磁极？ 268
14．1．2 磁力和库仑定律 269
14．1．3 能将场线与磁体联系起来吗？ 269
14．1．4 地球是一个磁体吗？ 270
14．2 电流的磁效应 271
14．2．1 一个出乎意料的效应 271
14．2．2 载流导线所受到的磁力 272
14．2．3 运动电荷所受到的磁力 272
14．2．4 运动电荷上的磁力方向 273
14．3 电流回路的磁效应 273
14．3．1 电流回路的磁场 274
14．3．2 电流回路上作用有磁转矩吗？ 274
14．3．3 怎样制作一个电磁体？ 275
14．4 法拉第定律：电磁感应 277
14．4．1 法拉第的实验表明了什么？ 277
14．4．2 法拉第定律 278
14．4．3 楞次定律 279
14．4．4 什么是自感应？ 279
14．5 发电机和变压器 281
14．5．1 发电机是如何工作的？ 281
14．5．2 变压器有什么作用？ 282
14．5．3 变压器和功率分配 283
小结 284
关键术语 284
概念题 285
练习题 286
综合题 287
实验与观测 287
第4单元 波动和光学
第15章 波的生成 290
15．1 脉冲波和周期波 291
15．1．1 脉冲波在弹簧上怎样行进？ 291
15．1．2 波动的一些共同特征 291
15．1．3 可以讨论的问题 292
15．1．4 纵波和横波的区别 292
15．1．5 什么是周期波？ 292
15．2 绳索上的波 294
15．2．1 波的曲线图是什么样？ 294
15．2．2 绳索上的波速由什么决定？ 295
15．2．3 波的频率和波长由什么决定？ 296
15．3 干涉和驻波 297
15．3．1 绳索上的两个波如何合成？ 297
15．3．2 什么是驻波？ 298
15．3．3 琴弦上波的频率由什么决定？ 298
15．4 声波 300
15．4．1 声波的实质是什么？ 300
15．4．2 声速由什么决定？ 301
15．4．3 用饮料瓶生成音乐 303
15．5 音乐物理学 304
15．5．1 什么是谐波分析？ 304
15．5．2 音程是如何定义的？ 305
15．5．3 为何有些合成的乐音听起来
很和谐？ 306
小结 308
关键术语 308
概念题 309
练习题 310
综合题 310
实验与观测 311
第16章 光和颜色 312
16．1 电磁波 313
16．1．1 什么是电磁波？ 313
16．1．2 电磁波的速率是多少？ 314
16．1．3 存在多种不同的电磁波吗？ 315
16．1．4 可以争论的问题 316
16．2 波长和颜色 316
16．2．1 光是由不同颜色组成的吗？ 316
16．2．2 人眼如何分辨不同的颜色？ 317
16．2．3 为什么物体有不同的颜色？ 318
16．3 光波的干涉 320
16．3．1 杨氏双缝实验 321
16．3．2 条纹间距由什么决定？ 322
16．3．3 什么是薄膜干涉？ 322
16．4 衍射和光栅 325
16．4．1 单缝如何衍射光？ 325
16．4．2 光如何被其他形状的物体衍射？ 326
16．4．3 什么是衍射光栅？ 327
16．5 偏振光 328
16．5．1 什么是偏振光？ 328
16．5．2 怎样产生偏振光？ 328
16．5．3 为什么要用偏光太阳镜？ 329
16．5．4 什么是双折射？ 329
小结 330
关键术语 331
概念题 331
练习题 332
综合题 333
实验与观测 333
第17章 光和成像 335
17．1 反射和成像 336
17．1．1 光线与波前有什么关系？ 336
17．1．2 什么是反射定律？ 337
17．1．3 平面镜如何成像？ 337
17．2 光的折射 338
17．2．1 什么是折射定律？ 338
17．2．2 为何水下物体的位置要比实际
位置高？ 339
17．2．3 全内反射 340
17．2．4 棱镜如何使光线弯折？什么是
色散？ 341
17．3 透镜和成像 343
17．3．1 追踪穿过凸透镜的光线 343
17．3．2 像距和物距有什么关系？ 344
17．3．3 追踪通过凹透镜的光线 345
17．4 用曲面镜聚焦光束 346
17．4．1 凹面镜的光线追踪 346
17．4．2 物距和像距 347
17．4．3 凸面镜 348
17．5 眼镜、显微镜和望远镜 349
17．5．1 眼睛是如何工作的？ 349
17．5．2 眼镜矫正的是哪些问题？ 350
17．5．3 显微镜如何工作？ 350
17．5．4 望远镜是如何工作的？ 351
17．5．5 双筒镜和观剧镜 353
小结 354
关键术语 355
概念题 356
练习题 357
综合题 357
实验与观测 358
第5单元 原子和原子核
第18章 原子的结构 360
18．1 原子的存在：从化学中得到
的证据 361
18．1．1 化学研究揭示了原子的哪些
方面？ 361
18．1．2 质量在化学反应中守恒吗？ 362
18．1．3 原子量的概念是怎样产生的？ 362
18．1．4 可以讨论的问题 365
18．1．5 元素周期表是怎样发展的？ 365
18．2 阴极射线、电子和X射线 366
18．2．1 阴极射线是怎样产生的？ 367
18．2．2 阴极射线的组成 369
18．2．3 X射线是怎样被发现的？ 369
18．3 放射性和原子核的发现 371
18．3．1 放射性是怎样被发现的？ 371
18．3．2 放射性中包含多种辐射吗？ 371
18．3．3 原子核是怎样被发现的？ 372
18．4 原子光谱和玻尔原子模型 374
18．4．1 氢光谱的本质是什么？ 374
18．4．2 光能的量子化 375
18．4．3 玻尔原子模型有哪些特征？ 376
18．5 粒子波和量子力学 377
18．5．1 什么是德布罗意波？ 378
18．5．2 量子力学与玻尔模型有何不同？ 379
18．5．3 什么是海森伯不确定原理？ 379
18．5．4 量子力学如何解释周期表？ 380
小结 381
关键术语 382
概念题 382
练习题 383
综合题 383
实验与观测 384
第19章 原子核和核能 385
19．1 原子核的结构 386
19．1．1 质子是怎样被发现的？ 386
19．1．2 中子是怎样被发现的？ 387
19．1．3 什么是同位素？ 388
19．2 放射性衰变 390
19．2．1 ?衰变中发生了什么？ 390
19．2．2 ?衰变和衰变中会发生什么？ 391
19．2．3 如何描述衰变的快慢？ 392
19．2．4 为何放射性对人体健康有害？ 392
19．3 核反应和核裂变 393
19．3．1 什么是核反应？ 394
19．3．2 能量和质量如何参与核反应？ 394
19．3．3 核裂变是怎样被发现的？ 394
19．4 核反应堆 397
19．4．1 如何实现链式反应？ 397
19．4．2 为什么反应堆中会产生钚？ 398
19．4．3 现代反应堆有何设计特征？ 398
19．4．4 核动力的环境问题 399
19．4．5 可以讨论的问题 400
19．5 核武器和核聚变 401
19．5．1 什么是临界质量？ 401
19．5．2 钚弹是怎样设计的？ 402
19．5．3 什么是核聚变？ 403
19．5．4 能用受控的核聚变发电吗？ 404
小结 405
关键术语 405
概念题 406
练习题 407
综合题 407
实验与观测 408
第6单元 相对论及其他
第20章 相对论 410
20．1 经典物理学中的相对运动 411
20．1．1 速度如何相加？ 411
20．1．2 在二维空间速度如何相加？ 412
20．1．3 相对论 413
20．1．4 惯性参考系 413
20．2 光速和爱因斯坦的假设 414
20．2．1 什么是光以太？ 414
20．2．2 以太能够当普适参考系用吗？ 414
20．2．3 迈克尔孙-莫雷实验 415
20．2．4 爱因斯坦的狭义相对论假设 416
20．3 时间膨胀和长度收缩 417
20．3．1 不同观测者的时间测量 417
20．3．2 对不同观测者长度测量如何变化？ 419
20．4 牛顿运动定律和质能等价 422
20．4．1 牛顿第二定律要怎样修改？ 422
20．4．2 质能等价理论是如何提出的？ 422
20．4．3 如何解释静止能？ 423
20．5 广义相对论 423
20．5．1 什么是等效原理？ 424
20．5．2 光束在强引力场中会弯曲吗？ 425
20．5．3 广义相对论有哪些时空效应？ 426
20．5．4 什么是黑洞？ 427
小结 427
关键术语 428
概念题 428
练习题 429
综合题 430
实验与观测 430
第21章 日常现象深入研究 431
21．1 夸克和其他基本粒子 432
21．1．1 新粒子是怎样发现的？ 432
21．1．2 粒子园的成员 433
21．1．3 什么是夸克？ 433
21．1．4 有哪些基本作用力？ 434
21．2 宇宙学：向外窥视宇宙 435
21．2．1 宇宙在膨胀吗？ 435
21．2．2 追溯我们宇宙的开端 437
21．3 半导体和微电子学 438
21．3．1 什么是半导体？ 438
21．3．2 什么是晶体管？ 440
21．3．3 计算机和集成电路 440
21．4 超导体和其他新材料 442
21．4．1 什么是超导电性？ 442
21．4．2 什么是高温超导体？ 443
21．4．3 其他新材料 444
小结 446
关键术语 447
概念题 447
练习题 448
综合题 448
实验与观测 448
附录A 部分习题答案 449
