悟物穷理——物理学习新视野

1.方式新颖。本书采用的是具体的概念式而不是数学式的方法，内容深入浅出，从自然科学和美学等多角度介绍物理学的卓越贡献。 2.视角创新。本书从物理学的角度探索对社会、经济和人生的影响，结论是建立在物理学研究的基础上，立足于科学的数据，严谨求实。 3.文风质朴。本书涉及面广，内容充实，文笔简单有趣，含大量图片资料，读来兴趣盎然。叙事手法通俗易懂，是本严肃的科普读物。

仰望科学的星空，物理学大师的名字熠熠生辉：爱因斯坦、麦克斯韦、牛顿、薛定谔、李政道、杨振宁、高锟等，他们的智慧光芒足以照亮我们的生活和未来。他们发现了物质世界最根本的规律。探索物理学的规律是科学技术提高的基础，是我们放眼宇宙探索未知的途径，它是人类文化的一部分。
笔者长期从事大学物理学的研究与教学，并带领《大学物理》教学团队获得河南省高等学校课程思政教学团队项目和资助。从教多年来，对教学内容改革和教学方法创新有很深的感悟。如何更好地让学生改变物理学晦涩难懂的习惯性印象，转为愿意接近物理学，了解物理学对人类文明的作用，学到科学研究的方法，融会贯通物理学的知识体系，从而提高自身的思考能力和创造能力，同时针对当代大学生的特点，更好地发挥知识体系的连通性和趣味性，笔者做了很多的思索与尝试。
本书以物理学的美学本质和伟大贡献为主线，阐述在物理学的长河中，理论揭示内在规律的美学特征、伟大公式对人类文明的卓越贡献、物理学发现对现代高科技的作用和物理学家巧妙使用的研究方法四个方面的内容，将物理学的知识融汇其中，重点讲述其中蕴含的科学思想、科学方法和科学精神。
本书首先从美学的角度阐述物理学本质是真，理论讲述的都是客观真理；价值是善，理论的目标是造福人类；追求是美，理论具有简明对称和谐的美学特征。之后从人们评选的伟大物理学公式出发，阐述物理学经典公式对人类文明进步的促进作用。再后从物理学对技术的影响角度，阐述物理学理论对三次工业革命的促进和物理学对人类生活和高科技的巨大推动作用。最后，阐明几种物理学的研究方法，旨在介绍物理学家在揭示自然规律时所运用的智慧方法，为进一步提高学习者的科学素养提供方法和依据。
从国家大战略需求出发，应将物理学基础理论的研究赋予更多的实际技术和应用需求，以更好地培养科学世界观。如让更多的青年人通过本书阅读，掌握基本思想，启发物理思维，本书的目的就得以实现。
因笔者水平所限，书中难免有不妥之处，欢迎读者批评指正!

著者

本书尝试阐述物理学对人类社会、经济和人生的影响，采用具体的概念式而不是数学式的方法，从提高读者的科学素质和创新能力出发，结合物理学中的科学思想、优异特征和伟大成果，融合物理学的知识和前沿研究，通过阐明物理学与美和技术的关系、最伟大的物理学公式和实验、物理学的研究方法等，勾勒出物理学的重大成就和卓越贡献。本书方式新颖、视角创新、内容充实、立足科学，行文深入浅出，以点带全、简洁有趣，旨在普及物理学教育，提升物理学教学的艺术性。
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。

第一章　物理学与美 1
 第一节　物理学与诗词歌赋的和谐美 3
　一、诗词歌赋直观地揭示物理现象之美 4
　二、诗词歌赋中蕴含着物理规律之美 5
　三、诗词歌赋形象贴切地形容物理学发展之美 8
　四、诗词歌赋使物理学的教学充满美感 9
　第二节　物理学的美学特征 10
　一、简洁美 10
　二、对称美 11
　三、和谐美 14
　第三节　物理教学中的美育与艺术性 18
　一、激发求知欲望 18
　二、引起学生情感共鸣 18
　三、找准学生心理状态的“固有频率”，使教学信息收发达到同步 21
　四、训练学生具有批判性思维的能力，提高科学素养 23
　五、展示物理科学美，揭示物理理论内在美 23

第二章　伟大的物理学公式 25 
　第一节　麦克斯韦方程组 28
　一、麦克斯韦的故事 28
　二、麦克斯韦假设 34
　三、电磁波的验证 39
　四、麦克斯韦方程的伟大意义 41
　第二节　牛顿第二定律 43
　一、对牛顿第二定律的理解 43
　二、牛顿的故事 45
　三、牛顿的卓越贡献 48
　四、关于学术问题的争论 49
　第三节　爱因斯坦质能关系 51
　一、质能关系的导出 52
　二、质能关系的应用 55
　第四节　薛定谔方程 55
　一、薛定谔方程的建立 55
　二、薛定谔的猫 57
　第五节　德布罗意方程组 58
　一、德布罗意物质波理论的产生 58
　二、物质波的实验验证 61
　三、物质波的应用 63

第三章　物理学与技术 65
 第一节　三次工业革命 68
　一、第一次工业革命 68
　二、第二次工业革命 74
　三、第三次工业革命 85
　第二节　诺贝尔物理学奖 88
　一、巨磁电阻效应 89
　二、蓝光LED 95
　三、光纤和CCD 图像传感器 102
　四、引力波 114
　第三节　物理学与应用技术的关系 122

第四章　物理学的研究方法 125
 第一节　类比法 127
　一、库仑定律类比于万有引力定律 127
　二、电子干涉实验类比于杨氏双缝实验 134
　三、类比于天王星的发现， 寻找祝融星——失败的案例 139
　第二节　假说法 140
　一、狭义相对论的建立 140
　二、普朗克能量子假说 147
　三、玻尔氢原子理论 153

参考文献 158