空間站會(huì)不會(huì)突然掉下來(lái)?
微波爐加熱食物的原理是什么?
天空為什么是藍(lán)色的,而云朵是白色的?
太陽(yáng)的壽命是多久?
怎么計(jì)算出聲音的速度?
如何計(jì)算潮汐的高度?
張朝陽(yáng)的物理課是火遍全網(wǎng)的燒腦在線課程,以高密度知識(shí)輸出贏得超高人氣。
在本書中,張朝陽(yáng)從自然界的現(xiàn)象出發(fā),引出基本物理概念,推導(dǎo)基本理論,研算現(xiàn)象后面的根本原因,達(dá)到本質(zhì)的理解,涵蓋力學(xué)、熱力學(xué)、電磁學(xué)、量子力學(xué)等。本書中使用較多數(shù)學(xué)推導(dǎo)展示物理與數(shù)學(xué)的不可分割,也能幫助讀者提升數(shù)學(xué)水平。
自序
小學(xué)的時(shí)候,我是在外面奔跑玩耍中長(zhǎng)大,這奠定了我后來(lái)好的體魄 及三維空間的直接體驗(yàn)。
中學(xué)開(kāi)始,中國(guó)恢復(fù)了高考制度,我開(kāi)始發(fā)奮讀書。在所有科目里,我發(fā)現(xiàn)數(shù)學(xué)和物理最講道理,我清楚地記得牛頓第一定律讓我理解了公共汽車突然剎車后發(fā)生的事情的那一刻哦,原來(lái)是這樣!我是在五機(jī)部工廠大院長(zhǎng)大的,我父母都是醫(yī)生,那個(gè)年代,聽(tīng)診器和方向盤很吃香,子弟中學(xué)的老師跟我父母關(guān)系很好。有一天我媽跟沒(méi)代過(guò)我課的zui niu的物理老師說(shuō):李老師,考考朝陽(yáng)哦,看看他水平咋樣。我星期天去李老師辦公室,他出題:在有摩擦力的斜面上一個(gè)物體什么時(shí)候不往下滑?我兩分鐘給出答案: tan。李老師顯得很高興,但沒(méi)說(shuō)什么,只是說(shuō)你回去吧。后來(lái)我媽告訴我,李老師說(shuō)我是個(gè)人才,哈哈哈。
中學(xué)的我,物理大爆發(fā),興趣濃厚,考試也沒(méi)什么壓力,物理競(jìng)賽得過(guò)第yi名,也下定決心今后要成為一名物理學(xué)家。
后來(lái),大學(xué)時(shí)代,全國(guó)的尖子都放一塊兒,80 年代,人們都很單純幼稚,沒(méi)有 PC,沒(méi)有手機(jī),沒(méi)有互聯(lián)網(wǎng),甚至沒(méi)有固定電話,腦子里只有幾根筋,尖銳的幾根筋支撐起的人生目標(biāo),局部壓強(qiáng)極大,每個(gè)人都希望自己是最聰明、最可能當(dāng)科學(xué)家的那一個(gè),考試成績(jī)變得如生死般重要,不因?yàn)榫蜆I(yè)、賺錢,而因?yàn)槿说淖晕覂r(jià)值、自我判斷。我們拼命地做習(xí)題,為了考試不出錯(cuò),蘇聯(lián)的吉米多維奇上的題做了不少?荚嚦鲥e(cuò)扣分帶來(lái)了挫敗感和傷害,后來(lái)很多年這種挫敗感以及異國(guó)他鄉(xiāng)的亞文化孤獨(dú)是我的人生底色,我變得厭學(xué)、拖延和叛逆……
時(shí)間快進(jìn)到幾年前,我已經(jīng)重整了價(jià)值觀,在人生過(guò)半的年月,滿血復(fù)活。我看到的是一個(gè)充滿意義的新的地平線,這個(gè)價(jià)值觀的核心是,每個(gè)人來(lái)到世上,是帶著責(zé)任和使命的,人生際遇分配給你的角色,你有責(zé)任盡最大的努力去完成。我環(huán)顧四周看看我能做點(diǎn)兒什么。其他的事情就不說(shuō)了,如果我以前有物理的背景,那么構(gòu)成過(guò)去兩百年人類科技進(jìn)步的基礎(chǔ)的神奇的物理,我居然沒(méi)有搞懂,那不是沒(méi)有盡到此生的責(zé)任嗎?在復(fù)活的這幾年,厭學(xué)已經(jīng)蕩然無(wú)存,我又像中學(xué)時(shí)期的我,如饑似渴,學(xué)習(xí)一切。
在朋友圈看到描述理查德·費(fèi)曼的學(xué)習(xí)方法的文章:一是圍繞一個(gè)問(wèn)題,翻閱資料,研究,而不是把一本書從頭看到尾;二是寫下來(lái)(自己推導(dǎo));三是講給別人。這個(gè)方法我深表贊同,我叫它研究式學(xué)習(xí)。其實(shí)幾百萬(wàn)年前智人從樹(shù)上下來(lái),圍獵聚餐,在交流中發(fā)展了認(rèn)知與語(yǔ)言。玻爾的哥本哈根學(xué)派就是在討論爭(zhēng)吵中窺視到了量子力學(xué)的真諦。所以我需要表達(dá)!
而這短視頻、直播的年代,每個(gè)人可以容易地獲得聽(tīng)眾。哈哈哈!2021 年的 11 月 5 日,《張朝陽(yáng)的物理課》直播開(kāi)張。
這研究式學(xué)習(xí)一發(fā)不可收拾,大半年過(guò)去了,每周我確立興奮點(diǎn)(主題),讀一些資料,自己進(jìn)行推導(dǎo)計(jì)算,寫成講稿,直播上課。課后再與幾位來(lái)自中科院、清華大學(xué)等單位的博士生涂凱勛、李松、葛伯宣、張圣杰等討論一小時(shí),并由他們寫成文字,剪成視頻,這個(gè)循環(huán)已經(jīng)進(jìn)行了100 多次,本書是前 50 節(jié)課的內(nèi)容。本書應(yīng)用力學(xué)、熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)力學(xué)、電磁學(xué)及量子力學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí),對(duì)一些基本的物理問(wèn)題進(jìn)行了有個(gè)人風(fēng)格的推導(dǎo)與演算,值得讀者將其作為傳統(tǒng)物理教科書的補(bǔ)充書籍閱讀。
可以挑著看,跳著看,結(jié)合搜狐視頻上的張朝陽(yáng)賬號(hào)的全程回放以及張朝陽(yáng)的物理課的二創(chuàng)短視頻一塊兒看。書中可能有不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)牡胤,歡迎大家一起探討……
Enjoy reading and calculating!
張朝陽(yáng)
2022年五一假期
張朝陽(yáng)
搜狐創(chuàng)始人、董事局主席兼首席執(zhí)行官。
1986年畢業(yè)于清華大學(xué)物理系,同年考取李政道獎(jiǎng)學(xué)金(CUSPEA)赴美留學(xué),1993年底在美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)獲得博士學(xué)位,并繼續(xù)在MIT從事博士后研究。1996年持風(fēng)險(xiǎn)資金,回國(guó)創(chuàng)立愛(ài)特信公司,并于1998年推出搜狐產(chǎn)品,同時(shí)將公司更名為搜狐公司。
在搜狐視頻打造知識(shí)直播平臺(tái)的背景下,《張朝陽(yáng)的物理課》于 2021年 11月5日開(kāi)播,每周周五、周日中午12時(shí),張朝陽(yáng)在搜狐視頻上直播開(kāi)講物理。目前已經(jīng)開(kāi)講了一百多課,本書是前50講的內(nèi)容。
讀者可以在搜狐視頻App關(guān)注流中搜索張朝陽(yáng),觀看直播及往期完整視頻回放;關(guān)注張朝陽(yáng)的物理課賬號(hào),查看課程內(nèi)容短視頻;此外,還可以在搜狐新聞 App的搜狐科技賬號(hào)上,閱覽每期物理課的詳細(xì)文章。
自序
第一部分 經(jīng)典力學(xué)問(wèn)題
牛頓定律與守恒量專題 002
空間站的速度有多快?初識(shí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力 003
在力的作用下物體的動(dòng)能怎么改變?介紹能量守恒與動(dòng)量守恒 009
均勻球體的引力可否等效到球心?推導(dǎo)球坐標(biāo)系的體積微元 015
衛(wèi)星如何繞地飛行?推導(dǎo)衛(wèi)星軌跡方程 024
空間站受到擾動(dòng)會(huì)不會(huì)掉下來(lái)?第二宇宙速度及空間站擾動(dòng)問(wèn)題 034
花樣滑冰怎樣才能轉(zhuǎn)得更快?質(zhì)點(diǎn)系的運(yùn)動(dòng)定律和角動(dòng)量定理 044
陀螺儀為什么能定位方向?討論飛輪進(jìn)動(dòng)的原理 055
振動(dòng)和波專題 063
微波爐為什么能加熱食物?振動(dòng)方程和共振現(xiàn)象 064
琴弦的頻率該怎么調(diào)?推導(dǎo)并求解琴弦的波動(dòng)方程 072
聲音的速度和什么有關(guān)?推導(dǎo)空氣的聲波方程和聲速 079
第二部分 光電問(wèn)題
電磁波與光的散射 088
藍(lán)天紅日白云朵,光的散射現(xiàn)象多 095
第三部分 熱力學(xué)與統(tǒng)計(jì)物理問(wèn)題 101
熱力學(xué)定律專題 102
絕熱過(guò)程中壓強(qiáng)與體積有何關(guān)系?講解熱力學(xué)基本定律103
熵是什么?探討熱力學(xué)第二定律109
熵為何不能減?再探熱力學(xué)第二定律116
溫度與溫標(biāo)專題 123
氧氣含量為什么隨著高度降低?分析分子數(shù)密度隨高度的變化
熱力學(xué)溫標(biāo)與理想氣體溫標(biāo)為何一致?推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程 131
統(tǒng)計(jì)物理專題 136
經(jīng)典力學(xué)的絕熱指數(shù)為何與實(shí)驗(yàn)不符?推導(dǎo)理想氣體的絕熱方程 137
定容比熱為何會(huì)隨溫度成階梯狀?探究雙原子分子的比熱問(wèn)題 144
大氣中氫氣含量為何低?推導(dǎo)麥克斯韋速度分布律150
第四部分 黑體輻射問(wèn)題 157
黑體輻射、瑞麗金斯公式的推導(dǎo)第一部分158
瑞麗金斯公式推導(dǎo)第二部分,及普朗克修正、黑體輻射公式164
從普朗克黑體輻射公式看維恩位移定律174
計(jì)算太陽(yáng)的光強(qiáng)與推導(dǎo)斯特藩定律179
第五部分 量子力學(xué)問(wèn)題 187
量子力學(xué)基礎(chǔ)專題
量子力學(xué)誕生的背景進(jìn)軍量子力學(xué)
波粒二象性量子力學(xué)的核心特點(diǎn)
薛定諤方程量子力學(xué)的牛頓定律
求解(定態(tài))薛定諤方程以無(wú)限深方勢(shì)阱為例
從氫開(kāi)始研究
求解氫原子模型(一)將二體問(wèn)題化為單體問(wèn)題
求解氫原子模型(二)哈密頓量算符徑向與角向分離
求解氫原子模型(三)求解薛定諤方程的角向部分
求解氫原子模型(四)氫原子徑向波函數(shù)
從原子走向化學(xué)分析多電子原子262
求解諧振子模型量子力學(xué)更廣泛的應(yīng)用274
雙原子分子的光譜問(wèn)題結(jié)合氫原子和諧振子281
第六部分 相對(duì)論問(wèn)題 287
狹義相對(duì)論專題
邁克爾遜莫雷實(shí)驗(yàn),洛倫茲變換,時(shí)間膨脹,長(zhǎng)度縮短289
洛倫茲變換推導(dǎo),質(zhì)量速度關(guān)系推導(dǎo),質(zhì)量能量關(guān)系推導(dǎo)303
狹義相對(duì)論應(yīng)用實(shí)例313
第七部分 天體物理 321
太陽(yáng)專題
太陽(yáng)究竟有多大、有多重?對(duì)常見(jiàn)天文常量的估算323
太陽(yáng)的壽命有多長(zhǎng)?估算太陽(yáng)的壽命和太陽(yáng)形成所花的時(shí)間 330
太陽(yáng)的中心溫度等于多少?探討太陽(yáng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)336
光竟然具有壓力探討太陽(yáng)輻射層光壓能否輔助氣壓抵抗引力 345
太陽(yáng)對(duì)流層的對(duì)流速度有多大?借助光的多普勒效應(yīng)354
潮汐專題
怎么解釋潮汐現(xiàn)象(上)?求解地月系統(tǒng)的離心勢(shì)能與引力勢(shì)能 361
怎么解釋潮汐現(xiàn)象(下)?計(jì)算潮汐高度368
太陽(yáng)也有潮汐力?計(jì)算太陽(yáng)引力對(duì)地月系統(tǒng)的影響376
中子星專題 384
中子星自轉(zhuǎn)有多快?中子星的起源與自轉(zhuǎn)角速度