自然科学总论
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161千字
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2023-09-01
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主编推荐语
搜狐创始人、物理学博士张朝阳全新著作，用研究式学习，发现物理之美。
内容简介
《张朝阳的物理课》是一门火遍全网的“烧脑”在线课程，以高密度知识输出赢得了超高人气。
本书中，张朝阳以大自然的奥秘为引，运用基本的物理概念，“研算”现象背后的根本原因。从地上的涓涓流水到遨游深空的“旅行者号”，从大质量天体的形变到微小电子的振动，从沸水中的鸡蛋到北极绚丽的极光，本书对我们存在的世界进行了深入剖析。
本书涵盖了牛顿力学、天体物理、电动力学、流体力学、热传导等多个领域的多个有趣的问题，不仅能够帮助读者用物理思维解密世界，还能提升数学水平。
目录
- 版权信息
- 内容简介
- 第二卷序
- 第一部分 牛顿力学与天体物理
- 面积分可以转化成体积分？
- 一、散度定理：化面积分为体积分
- 二、势场与力的关系
- 三、引力场的高斯定理与泊松方程
- 如何求引力场和引力势？
- 一、使用高斯定理计算球壳的引力场
- 二、求解泊松方程得到引力势
- 三、均匀球体的引力结合能
- “旅行者号”如何摆脱太阳的引力束缚？
- 一、引力弹弓的应用实例：旅行者号
- 二、小质量物体在大质量天体引力作用下的轨道
- 三、引力弹弓效应
- 韦伯望远镜为什么在那么远？
- 一、可作为宇宙停车场的拉格朗日点
- 二、考虑公转惯性力，运用平衡条件求L2位置
- 三、根据平衡条件求L4的位置
- 地月公转会导致怎样的惯性势？
- 一、将二体运动简化为单体运动
- 二、用勒让德多项式表示月球引力势
- 三、选取平动参考系求惯性势以及它与月球引力势之和
- 黑洞的意大利面效应指的是什么？
- 一、黑洞附近的意大利面效应
- 二、近似于球面的旋转椭球面的数学描述
- 三、潮汐力导致海平面偏离，近似计算得出椭球面
- 四、固体潮导致引力势修正，引力势修正影响固体潮
- 为什么月球正不断远离我们？
- 一、定性分析潮汐锁定效应及潮汐加热原理
- 二、分析地球对月球的力矩
- 三、近似圆周运动，计算退行速度
- 四、力矩反作用于地球，拖慢地球转速
- 如果月球离地球很近会被地球撕碎？
- 一、潮汐力与自身引力相互竞争，平衡时的距离为洛希极限
- 二、计算椭球形月球的自身引力，流体形变会让洛希极限变大
- 地球为什么是个扁球体？
- 一、假设自转形变的类型，计算形变后的引力势
- 二、计算自转导致的惯性势
- 三、考虑等势面求偏心率，分析误差来源
- 第二部分 洛伦兹变换
- 数学上怎么表示旋转变换？
- 一、旋转变换及其矩阵表示
- 二、非直角坐标系下的度规
- 狭义相对论的时空变换是怎样的？
- 一、狭义相对论时空观
- 二、时空变换的不变量与闵氏度规
- 三、保持闵氏度规不变的变换
- 怎么从时空变换矩阵得到洛伦兹变换？
- 一、从时空变换矩阵到洛伦兹变换
- 二、四维速度与四维动量
- 第三部分 电动力学
- 电磁学的公理是什么？
- 一、麦克斯韦方程组：电场强度的散度和旋度
- 二、麦克斯韦方程组：磁感应强度的散度和旋度
- 稳恒电流产生的磁场怎么求？
- 一、安培环路定理和毕奥-萨伐尔定律
- 二、证明稳恒电流的磁场满足磁感应强度的散度为零的要求
- 三、无穷长通电直导线产生的磁感应强度分布
- 无穷大电流板产生的磁场是怎样的？
- 一、各种线电流模型的磁感应强度分布
- 二、无穷大均匀电流平面的磁感应强度分布
- 电阻的微观起源是怎样的？
- 一、无穷大均匀带电平面上有均匀电场，平板电容器可存储电荷
- 二、电子运动受阻产生电阻，温度改变影响电子运动
- 极光为什么会出现在地球两极？
- 一、点电荷受到的洛伦兹力，电流受到的安培力
- 二、洛伦兹力的应用及对极光为何出现在地球两极的解释
- 发电机的物理原理是什么？
- 一、发电机与法拉第电磁感应定律
- 二、安培-麦克斯韦定律
- 电磁波为什么是横波？
- 一、电磁波的产生与传播速度
- 二、电磁波动方程的解：平面电磁波
- 可以给磁场定义一个矢量势场？
- 一、稳恒情况下的电势
- 二、稳恒情况下的磁矢势
- 一般情况下的磁矢势是怎样的？
- 一、电磁学中的分层理念
- 二、一般情况下的电磁势及其满足的方程
- 三、求解一般电荷密度和电流密度的电磁势
- 匀速运动点电荷的电磁势是怎样的？
- 一、推迟势解揭示超距电磁作用不存在
- 二、求解匀速运动点电荷的电磁势
- 三、验证匀速运动点电荷的电磁势满足四维矢量的洛伦兹变换
- 洛伦兹力来源于电场力的洛伦兹变换？
- 一、匀速运动点电荷的电磁场及其洛伦兹变换
- 二、求匀速运动直线电荷的电磁场
- 三、力的洛伦兹变换，洛伦兹力是电场力的另一面
- 振动点电荷会怎样辐射电磁波？
- 一、考虑非相对论近似，远场展开求出电磁势
- 二、从振动点电荷的磁矢势出发得到其电磁场（的辐射部分）
- 瑞利散射功率为什么与频率的四次方成正比？
- 一、分析带电物质的能量变化，得到电磁场的能量公式
- 二、推导受迫振动的运动，计算瑞利散射功率
- 为什么电磁势构成四维矢量？
- 一、从四维时空坐标出发，说明四维流是四维矢量
- 二、巧用积分换元，证明电磁势构成四维矢量
- 折射率的微观起源是怎样的？
- 一、光速差异导致折射
- 二、分析介质平面的辐射电场，做图近似求解积分结果
- 三、分析薄介质导致的光速差异，推导得到折射率公式
- 磁荷不存在，那磁矩是什么？
- 一、磁矩的定义
- 二、磁矩与角动量的关系
- 三、磁矩在均匀外磁场中所受到的力矩
- 磁场对磁矩的力矩会产生什么效应？
- 一、磁矩进动及顺磁、抗磁原理
- 二、使用圆形电流环来计算均匀磁场中磁矩受到的力
- 三、继续深入计算磁场中磁矩受到的力
- 顺磁磁化强度怎么求？
- 一、求解外磁场下的电子自旋能级，写出玻尔兹曼分布
- 二、推导顺磁磁化强度公式，线性展开并推广到一般情况
- 磁场会对原子能级产生怎样的影响？
- 一、假设电子轨道半径不变，利用法拉第电磁感应定律计算抗磁磁矩
- 二、自旋轨道耦合导致钠黄光双线结构
- 三、磁场下的正常塞曼效应
- 量子力学中的抗磁性是怎样的？
- 一、带电粒子在均匀磁场中的完整哈密顿量
- 二、分析与磁场平方成正比的项，得到抗磁作用
- 第四部分 流体力学
- 如何计算水中物体的浮力？
- 一、介绍帕斯卡定律，推导阿基米德原理
- 二、从电荷守恒定律到流体连续性方程，从能量守恒定律到伯努利方程
- 香蕉球的物理原理是什么？
- 一、物体拆成柱状微元，压差求和得到浮力
- 二、分析压力体密度，推导标量场微分式
- 三、分析沿路径的能量变化，证明伯努利原理
- 怎么推导纳维尔-斯托克斯方程？
- 一、流体的牛顿定律与欧拉方程
- 二、分析应力张量，推广得到单位体积的受力
- 三、寻找应力张量与速度场的关系，推导纳维尔-斯托克斯定理
- 如何推导泊肃叶定律？
- 一、研究圆柱管中的黏性流体，化简纳维尔-斯托克斯方程
- 二、求解纳维尔-斯托克斯方程，推导泊肃叶定律
- 三角管中黏性不可压缩流体的流量与什么有关？
- 一、对比泊肃叶定律与欧姆定律，进一步理解黏性阻力
- 二、研究三角管中的黏性流体，化简纳维尔-斯托克斯方程
- 三、写出边界所处的直线方程，巧妙组合得到流速方程的解
- 椭圆管中黏性不可压缩流体的流量与什么有关？
- 一、研究椭圆管中黏性流体，根据边界巧猜流速分布
- 二、对流速关于椭圆截面积分，推导出椭圆管的流量公式
- 黏性流体流速如何随时间演化（上）？
- 一、分析方程的渐进行为，分离变量得到贝塞尔微分方程
- 二、利用递推公式求得贝塞尔函数，根据边界条件确定流速分布
- 黏性流体流速如何随时间演化（下）？
- 一、对比傅里叶级数展开式与傅里叶-贝塞尔级数展开式
- 二、介绍贝塞尔函数的简单性质，求解圆管流场级数各项系数
- 第五部分 热传导
- 怎么定量分析热量的传导？
- 一、借助偏微分方程描述场的演化
- 二、热流密度与温度场有关——微元法推导一维热传导方程
- 三、热流密度正比于温度梯度——矢量分析推导三维热传导方程
- 两端接触冰水的细杆的温度如何变化？
- 一、一维温度分布如何求？分离变量法帮大忙
- 二、从有限细杆到无限细杆——从傅里叶级数到傅里叶变换
- 绝热细杆的温度如何变化？
- 一、描述绝热边界条件，求解细杆的温场分布
- 二、结合对称性巧妙安排初始条件，求解半无限长细杆的温度分布
- 水流中的球体温度怎么随时间演化？
- 一、恒温水流中均匀球体的热传导方程
- 二、球体边界温度与水温相等的情况
- 三、球体边界温度不等于水温的情况
- 水流中的柱体温度怎么随时间演化？
- 一、柱体热传导方程化为贝塞尔微分方程
- 二、热传导系数极大情况下的边界条件
- 三、根据初始条件求解叠加系数
- 如何定量描述气体向金属内部的扩散？
- 一、通过菲克定律与粒子数守恒方程导出扩散方程
- 二、使用奇延拓的方法求解一维单向扩散方程的解
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出版方
电子工业出版社
电子工业出版社成立于1982年10月，是国务院独资、工信部直属的中央级科技与教育出版社，是专业的信息技术知识集成和服务提供商。经过三十多年的建设与发展，已成为一家以科技和教育出版、期刊、网络、行业支撑服务、数字出版、软件研发、软科学研究、职业培训和教育为核心业务的现代知识服务集团。出版物内容涵盖了电子信息技术的各个分支及工业技术、经济管理、科普与少儿、社科人文等领域，综合出版能力位居全国出版行业前列。
