编者：王炳章,游阳明

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出版时间：2015

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目    录

引  言…    ．．  1

第1章宏观世界里运动与力的关系……，    ，．4

  1.1  力和机械运动…．．    …  5

    1.1.1什么是力7．．    …5

    1.1.2运动形式与参照系…    …  7

    1.1.3  物体如果“不受外力”怎样运动？…    …  8

    1.1.4物体的惯性…………    …9

    1.1.5  空中下落物体的快慢与重量无关……    - 10

    1.1.6骑车拐弯的道理——向心力…………    - II

    1.1.7  自行车的构造及行进时力和运动的应用……．    - 12

    1.1.8  马为什么能拉动车？  ………．    - 14

    1.1.9  假如地球上没有了重力……．    - 15

    1.1. 10  假如没有了摩擦力…    - 16

  1.2行星的运动规律…………    - 17

    1.2.1  最初的认识：地球是天体的中心……    - 17

    1.2.2进一步的认识：太阳是天体中心……    - 18

    1.2.3星体绕太阳运行轨道是椭圆的………    - 20

    1.2.4天上星体间的引力与地球对物体的引力规律是一样的…- 21

    1.2.5  人造地球卫星的运动………．    …22

  1.3  经典物理的局限性………    - 23

第2章电与磁……- 27

  2.1  电………    - 28

 2.1.1  人体静电……．    …- 28

  2.1.2静电屏蔽……．    …- 30

  2.1.3  天空中的电…．    …- 31

  2.1.4球状闪电……．    …- 33

  2.1.5  打雷时在汽车里安全吗？  ……．- 34

  2.1.6  电动机………．    …- 35

  2.1.7  电晕…    …- 36

  2.1.8  电子雾………．    …- 37

  2.1.9  电子围栏……．    …- 39

  2.1. 10数字电视……．    …- 41

  2.1. 11脑电波………．    …- 42

2.2磁．．    …- 44

  2.2.1  地磁——生命的保护层………．    …- 44

  2.2.2地磁场方向的变化……    …- 45

  2.2.3极光现象……．    …- 46

  2.2.4磁星…    …- 48

  2.2.5  秦始皇的防盗门与指南针……．    …- 49

  2.2.6  鸟类飞行靠什么辨别方向……．    …- 50

  2.2.7  超导磁体的发现………    …- 52

  2.2.8  太阳黑子对地球的影响………．    …- 53

  2.2.9神奇的磁性药物………    …- 54

  2.2. 10使用方便的地磁传感器………．    …- 55

  2.2. 11  睡向与身体健康………    …- 56

  2.2. 12用于医疗诊断的核磁共振……．    …- 57

  2.2. 13  对物质磁性的探索过程………．    …- 58

2.3  电磁波……    …- 60

  2.3.1  无线电通信…．    …- 60

  2.3.2通信基站……．    …- 62

  2.3.3  业余无线电台．    …- 63

  2.3.4卫星电话……．    …- 65

  2.3.5  雷达…    …- 66

  2.3.6   GPS系统导航…………    …- 67

  2.3.7蓝牙…    …- 68

   ......

引  言

    物理学是研究物质结构、物质相互作用和运动规律的自然科学，是一门以实验为基础的自然科学，按所研究的物质运动形态和具体对象，它涉及的范围包括：力学、声学、热学和分子物理学、电磁学、光学、原子和原子核物理学、基本粒子物理学、固体物理学以及对气体和液体的研究等。物理学包括实验和理论两大部分，经过实践检验被证实为可靠的理论物理包括：理论力学、热力学和统计物理学、电动力学、相对论、量子力学和量子场论。物理学根据研究角度及观点不同，可分为微观与宏观两部分，宏观不分析微粒群中的单个作用效果而直接考虑整体效果，是最早期就已经出现的，微观物理学随着科技的发展理论逐渐完善。

    物理学是最古老的学术之一。在过去两千年，物理学与哲学、化学等经常被混淆在一起，相提并论，直到十六世纪科学革命之后，才单独成为一门现代科学。在物理学的领域中，研究的是宇宙的基本组成要素：物质、能量、空间、时间及它们的相互作用；借由被分析的基本定律与法则来完整了解这个系统。物理在经典时代是由与它极相像的自然哲学的研究所组成的，直到十九世纪物理才从哲学中分离出来成为一门实证科学。

    物理学与其他许多自然科学息息相关，如数学、化学、生物、天文和地质等。特别是数学和化学。化学与某些物理学领域的关系深远，如量子力学、热力学和电磁学，而数学是物理的基本工具，也就是物理依赖着数学。

    现在，物理学已成为自然科学中最基础的学科之一。物理理论通常以数学的形式表达出来。经过大量严格的实验验证的物理学规律被称为物理定律。然而如同其他很多自然科学理论一样，这些定律不能被证明，其正确性只能靠着反复的实验和观测来检验。

    物理学固然不是美学，但物理学中包含着美。由于物理学所反映的是自然界丰富多彩的运动形式及规律性，因而它也就同时展现了自然界在结构上的对称、和谐与韵律美。由于科学理论的首要目的是表达人们发现的自然界中存在的和谐。所以，我们一眼就能看到这些理论具有美学价值。对于一个科学理论的成功与否的衡量，事实上就是对它的美学价值的衡量，因为这就是衡量它给原本是混乱的东西带来了多少和谐。

    自然科学美的主体成分理性美，是自然界的固有结构与人的认识、人类心灵深处的渴望在本质上的吻合。它是通过科学的理想化、抽象化，以概念、定理、公式、理论的方式显示出来的。由历代物理学家所精心雕琢的物理学大厦，可谓是一座辉煌壮丽的科学殿堂。它集诸种基本形式美与内容美于一体，不仅向人们提供了对物质世界规律性的认识，同时也把一种令人心旷神怡的美景奉献给了人类。只要步入这个“和谐的宇宙”，就一定能使具有一定科学素养的人领略和体味到这种理性美。

    在物理学的发展中，实验和理论都起着主要的而且是互补的作用。前者是在严格控制的条件下，对物理现象的各项目作出精确的定量观测，后者则是用数学语言描绘出一个统一的概念框架。前者揭示了自然界的事实，后者则从事实获得深入本质的理解，一切物理学研究最终都可以归纳成研究物质在时间和空间中的各种状态，一切可度量的物理量都可以用时间、长度和质量的基本单位来表示。当从实验结果归纳得到的理论公式显示出很大的可靠性和通用性，人们就称之为物理学定律，但是，这些定律仍然是可以改变的。当人们的实验不符合定律所预期的结果时，这些定律就会被修正，或被放弃，或从而弄清了它们的适用范围。

    物理学的最终目的，就是把自然界的基本组分及其相互作用概括进一个统一的总蓝图，而从这一蓝图就可以导出粒子集体的性质以及所有宏观现象。探索这一伟大蓝图的任务仍然是当代物理学的前沿。最后的综合尚待完成，可以算作为基本的物理定律，亦为数甚少。在19世纪末已经发展得比较完整的古典物理学只适于阐述尺寸大于原子、速度大大低于光速的物体的宏观现象；而在20世纪初创立的量子理论和相对论则构成了近代物理学的基础，可以用来解释原子、原子核和基本粒子的亚微观和高速现象。

    物理学的影响深远，这是因为物理学的突破时常会造成新科技的出现，物理学的新点子很容易引起其他学术领域的共鸣。例如，电磁学的进展，直接促使电视、电脑等新产品的出现，大幅度地提升了整个社会的生活水平；核裂变的成功，使得核能发电不再是梦想；人造卫星的发射成功，使得全球通信、定位监测得以实现。

    物理学经历了这么久的发展进步，已经取得了很大的成功，但科学永无止境，还没有到非常完善的程度。一直作为精密科学典范的物理学还是魅力未减，作为其他经验科学基础的地位短时期还不会改变。现在我们的科学技术发展的重心开始向生命科学和信息科学等倾斜，但是物理学依然是基础。物理学的巨大魅力在于从理论认识中，延伸出众多的技术原理。这些新的技术原理，在很大程度上影响着科学未来的发展的方向及特征，为人类文明进步贡献了巨大的力量。

    目前，国内外著名的物理类科普书籍已经不少。这些书籍的基本内容虽然大同小异，但在材料取舍、结构、侧重、阐述诸方面却各具特色。在本书的编著过程中，笔者吸取沧州师范学院理论物理专业、信息工程专业、机械与电气工程专业、计算机科学与技术专业教师对该书稿提出的意见和建议，注意参考和比较了国内外一些同类书藉的特色，并以此为基础，使得本书涉及面广，定义准确，论述严谨，由浅入深，通俗易懂，适合中学生、大学生及成人阅读。

    在生活中，在我们的身边，有许许多多的物理现象。千变万化的物理现象，像一个个的谜。当我们掌握了必要的物理知识，揭开谜底的时候就会感悟到物理现象是十分有趣的。本书就是从发生在我们身边的物理现象入手并对其进行解密和探讨。这些现象既有我们见过的，也有我们听过的。有的我们可能熟悉，有的可能觉得比较陌生。相信一些善于观察、勤于动脑的读者会从中得到很多乐趣。让我们一同踏上物理世界漫游的旅程，去感受物理的博大精深和奇妙精彩吧。

第1章

宏观世界里运动与力的关系

    在我们生存的宏观世界里，运动是极为普遍的现象。例如，汽车的行进、天体的运行、动物奔跑、植物的生长等都是运动。这些还是人们能直接看到的运动。在遥远的星际内部，在组成物体的分子、原子以至原子核的内部，都存在着永不停息的运动。并且，运动的形式都是相对的。

    为了改造自然使它为人类服务，就需要掌握各种运动的规律。

    如果对自然界里的各种运动加以比较，就可以看出它们有的简单、有的复杂。最常见的而且最简单的运动是物体的升降、车辆的行进、机器的运转、日月的运行等。这类运动都是物体的位置在不断地变化，都叫做机械运动。

    机械运动和物体受力情况有着密切的关系。例如，静止的车子用力推了才动；要使它更快地前进，就要用更大的力推它；而要使它停下来，就需要向后拉它。运动的状况和力有关，这是机械运动规律的实质。三百多年前，英国科学家牛顿，通过将开普勒总结出来的行星运动规律、伽利略揭示的地面上落体与抛物运动规律概括在一起后，再深入研究建立起了运动和力关系的规律。具体地说，就是牛顿建立的两个定律：运动定律（牛顿一、二、三定律）与万有引力定律。运动定律说的是，在力的作用下物体是怎样的运动规律；万有引力定律是物体之

间最基本的相互作用。这两个定律让人们明白了天上的行星、地面上的物体的运动规律，也就是运动和受力的关系。

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