ОГЛАВЛЕНИЕ
От редактора русского перевода И
Предисловие к американскому изданию 13
Часть I. ВСЕЛЕННАЯ
Глава 1. Что такое физика? 19
1.1. Физика и другие естественные науки (20). 1.2. Физика и техника (21). 1.3. Орудия физики (23). 1.4. Кто создает физику? (26).
Глава 2. Время и его измерение 28
2.1. Мы исходим из ощущений (28). 2.2. Основные представления физики. Необходимость расширения возможностей наших органов чувств (29). 2.3. Время и его протяженность (30). 2.4. Большие и малые промежутки времени. Метод многократных вспышек (31). 2.5. Стробоскоп (35). 2.6. Сравнение времени. Единицы измерения (37). 2.7. Большие и малые числа. Порядки величин (39). 2.8. О направлении времени (43).
Домашние, классные и лабораторные задания 43
Глава 3. Пространство и его измерение 46
3.1. Единица расстояния (47). 3.2. Измерение больших расстояний. Триангуляция (48). 3.3. Малые расстояния (55). 3.4. Измерения пространства (57). 3.5. Измерение площадей и объемов (59). 3.6. Об ограничениях при измерении (60). 3.7. Достоверные цифры (62).
Домашние, классные и лабораторные задания 64
Глава 4. Функции и масштаб 67
4.1. Математические соотношения (67). 4.2. Интерполяция и экстраполяция (71). 4.3. Закон обратных квадратов (72). 4.4. Масштаб. Физика Лилипутии (75).
Домашние, классные и лабораторные задания 80
Глава 5. Движение но заданной траектории 83
5.1. Скорость и путь (83). 5.2. Переменная скорость (85). 5.3. Графики зависимости пути от времени (88). 5.4. Скорости и направления (92). 5.5. Мгновенная скорость. Наклон касательной (93). 5.6. Ускорение в направлении траектории (97). 5.7. Основные соотношения для движения с постоянным ускорением в направлении траектории (100). 5.8. Определение дальности по скорости. Радар и сонар (102). 5.9. Краткое содержание главы (103).
Домашние, классные и лабораторные задания 104
Глава 6. Векторы 110
6.1. Перемещения и векторы. Сложенней вычитание векторов (110). 6.2. Векторы скорости (114). 6.3. Компоненты векторов (117). 6.4. Умножение векторов на числа и на скаляры (119). 6.5. Изменение скорости и вектор постоянного ускорения (121). 6.6. Изменение ускорения и вектор мгновенного ускорения (124).6.7. Описание движения. Системы отсчета (128). 6.8. Кинематика и динамика (130). 6.9. Скорость света (131).
Домашние, классные и лабораторные задания 132.
Глава 7. Масса, элементы и атомы 135
А. МАТЕРИЯ И МАССА
7.1. Материя и ее мера (135). 7.2. Масса на весах (136). 7.3. Понятие массы и веса (140). 7.4. Плотность (141). 7.5. Косвенные измерения массы (143). 7.6. Сохранение массы и сохранение материи (146).
Домашние, классные и лабораторные задания 148
Б. ХИМИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
7.7. Химический анализ и синтез (149). 7.8. Элементы (151). 7.9. Анализ спектра (153).
Домашние, классные и лабораторные задания 159
В. АТОМ
7.10. Расшифровка материи — атомы (160). 7.11. Видимые атомы (161). 7.12. Дополнительные доказательства существования атомов (165). 7.13. Подсчет атомных частиц (168). 7.14. Число атомов невообразимо велико (172). 7-15. Беглый обзор главы (173).
Домашние, классные и лабораторные задания 173
Глава 8. Атомы и молекулы 176
8.1. Законы химического состава (176). 8.2. Задача определения молекулярных формул (179). 8.3. Число частиц в газах (180). 8.4. Определение молекулярной формулы (182). 8.5. Закон объемных отношений (184). 8.6. Массы атомов и молекул (186). 8.7. Понятие моля и число Авогадро (188). 8.8. Массы атомов и целые числа. Изотопы (189). 8.9. Внутренняя структура материи (192). 8.10. Молекулы — их структуры и свойства (194). 8.11. Изучение органических молекул (195). 8.12. Химия жизни (198). 8.13. Молекулы и твердые тела (199). 8.14. Кристаллы. Физика твердого состояния (200). 8.15. Геометрия кристаллов (203). 8.16. Порядок и беспорядок (206). 8.17. Заключение (209).
Домашние, классные и лабораторные задания 210
Глава 9. Природа газа 213
9.1. Физические модели (213). 9.2. Молекулярная модель газа (215). 9.3. Закон Бойля (217). 9.4. Температура и газовые термометры (222). 9.5. Температура и модель газа (223). 9.6. Броуновское движение и шумы (227). 9.7. Газы без стенок (231).
Домашние, классные и лабораторные задания 232
Глава 10. Измерение 236
10.1. Выбор — элемент измерения (236). 10.2. Регистрация и усиление (238). 10.3. Сигналы и помехи (240). 10.4. Черные ящики и градуировка (241). 10.5. Взаимодействие (244). 10.6. Свет (245).
Домашние, классные и лабораторные задания 245
Часть II. ОПТИКА И ВОЛНЫ
Глава 11. Как ведет себя свет 249
11.1. Источники света (249). 11.2. Прозрачные, окрашенные и непрозрачные материалы (250). 11.3. Отражение (253). 11.4. Светочувствительные приспособления (255). 11.5. Невидимый свет (256). 11.6. Как распространяется свет (257). 11.7. Дифракция (259). 11.8. Скорость света (260).
Домашние, классные и лабораторные задания 262
Глава 12. Отражение и изображения 264
12.1. Тени (264). 12.2. Пучки световых лучей, параллельные пучки и лучи (265). 12.3. Как мы определяем положение объекта (267). 12.4. Закон отражения (268). 12.5. Изображения в плоских зеркалах (270). 12.6. Параболические зеркала (273). 12.7. Прожекторы (276). 12.8. Астрономические телескопы (277). 12.9. Изображения и оптические обманы (279). 12.10. Действительные и мнимые изображения (283).
Домашние, классные и лабораторные задания 285
Глава 13. Преломление 289
13.1. Преломление (289). 13.2. Измерение углов при преломлении (290). 13.3. Показатель преломления. Закон Снеллиуса (293). 13.4. Абсолютный показатель преломления (296). 13.5. Прохождение света из стекла (или воды) в воздух. Обратимость хода лучей (296). 13.6. Прохождение света из воды в стекло. Относительный показатель преломления (298). 13.7. Полное внутреннее отражение (300). 13.8. Преломление в призмах. Дисперсия (302).
Домашние, классные и лабораторные задания 307
Глава 14. Линзы и оптические приборы 309
14.1. Собирающее действие системы призм на лучи света (309). 14.2. Линзы (310). 14.3. Действительные изображения, образуемые линзами (312). 14.4. Фотоаппарат, проекционный аппарат . и глаз (313). 14.5. Лупа, или простой микроскоп (315). 14.6. Сложный микроскоп. Телескоп (317). 14.7. Недостатки оптических приборов (317).
Домашние, классные и лабораторные задания 319
Глава 15. Корпускулярная модель света 322
15.1. Отражение (322). 15.2. Преломление (324). 15.3. Сила света источника и освещенность поверхности (327). 15.4. Давление света (330). 15.5. Поглощение света и нагревание (330). 15.6. Некоторые трудности корпускулярной теории (331). 15.7. Скорость света и теория преломления (332). 15.8. Роль корпускулярной модели (334).
Домашние, классные и лабораторные задания 334
Глава 16. Введение в учение о волнах 337
16.1. Волна как новая форма движения (337). 16.2. Волны на спиральных пружинах (338). 16.3. Наложение волн. Пересечение импульсов (341). 16.4. Отражение волн и их прохождение через среды (344). 16.5. Идеализации и приближения (347). 16.6. Можем ли мы принять волновую модель света? (348).
Домашние, классные и лабораторные задания 349
Глава 17. Волны и свет 351
17.1. Волны на воде (351). 17.2. Прямолинейные и круговые волновые импульсы (352). 17.3. Отражение (353). 17.4. Скорость распространения волн и периодические волны (354). 17.5. Преломление (357). 17.6. Дисперсия (359). 17.7. Дифракция (361).
Домашние, классные и лабораторные задания 363
Глава 18. Интерференция 366
18.1. Введение (366). 18.2. Интерференция волн, посылаемых двумя точечными источниками (368). 18.3. Форма узловых линий (371). 18.4. Длины волн, расстояния между источниками и углы (372). 18.5. Фаза (375). 18.6. Заключение (378).
Домашние, классные и лабораторные задания 378
Глава 19. Световые волны 381
19.1. Можно ли наблюдатьинтерференцию света? (381). 19.2. Интерференция световых волн. Опыт Юнга (383). 19.3. Разность фаз источников света. Атомы (385). 19.4. Цвет и длина волны света (386). 19.5. Дифракция. Интерференция от одной щели (389). 19.6. Теория дифракции на щели (390). 19.7. Экспериментальная про-верка теории для одной и двух щелей (393). 19.8. Разрешающая способность (393). 19.9. Интерференция в тонких пленках и слоях (395). 19.10. Интерференция спета, проходящего сквозь пленку (398). 19.11. Цвета тонких пленок интерференционного происхождения (399). 19.12. Заключение (399). Домашние, классные и лабораторные задания 401
Вывод формулы оптической силы тонкой линзы 403
Часть III. МЕХАНИКА
Глава 20. Закон движения Ньютона 407
20.1. Понятие о силе и движении (408). 20.2. Движение в отсутствие силы (409). 20.3. Изменение скорости под действием постоянной силы (412). 20.4. Зависимость изменения скорости от величины силы (414). 20.5. Инертная масса (416). 20.6. Инертная и гравитационная масса (419). 20.7. Закон Ньютона. Динамическое измерение величины силы. Единицы измерения (420). 20.8. Переменные силы и закон Ньютона (421).20.9. Как складываются силы. Результирующая сила (422). 20.10. Векторная природа закона Ньютона (424). 20.11. Силы в природе (424).
Домашние, классные и лабораторные задания 426
Глава 21. Движение у поверхности Земли 429
21.1. Вес и поле тяготения Земли (429). 21.2. Свободное падение (430). 21.3. Движение тела, брошенного горизонтально; векторный характер закона движения Ньютона (433). 21.4. Движение тела, брошенного горизонтально; определени траектории (434). 21.5. Равномерное движение по окружности и силы, его определяющие (436). 21.6. Спутники Земли (440). 21.7. Движение Луны (442). 21.8. Простое гармоническое движение (442). 21.9. Выбор системы координат на основании ее соответствия данным опыта (446). 21.10. Фиктивные силы в системах координат, движущихся с ускорением (447). 21.11. Закон Ньютона и вращение Земли (449).
Домашние, классные и лабораторные задания 451
Глава 22. Всемирное тяготение и солнечная система 454
22.1. Первые модели солнечной системы (455). 22.2. Солнечная система Коперника (457). 22.3. Возражения против теории Коперника (458). 22.4. Тихо Браге (458). 22.5. Кеплер (460). 22.6. Кинематическое описание и проблемы динамики (465). 22.7. Ньютон (466). 22.8. Всемирное тяготение (469). 22.9. Некоторые более поздние работы Ньютона (472). 22.10. Проверка закона всемирного тяготения в лаборатории (473). 22.11. Несоответствие движения Меркурия закону тяготения (475).
Домашние, классные и лабораторные задания 475
Глава 23. Количество движения и закон сохранения количества движения 478
23.1. Импульс (478). 23.2. Количество движения (480). 23.3. Изменения количества движения при взаимодействии двух тел (482). 23.4. Закон сохранения количества движения (486). 23.5. Ракеты (488). 23.6. Центр массы (492). 23.7.Закон сохранения количества движения в общем случае (496). 23.8. Силы взаимодействия (498). Домашние, классные и лабораторные задания 501
Глава 24. Работа и кинетическая энергия 505
24.1. Превращение энергии (506). 24.2. Работа — мера превращения энергии (506). 24.3. Расширение понятия работы (509). 24.4. Кинетическая энергия (510). 24.5. Передача кинетической энергии от одной массы другой (513). 24.6. Еще одна трактовка простейшего случая столкновения тел (515). 24.7. Сохранение кинетической энергии при взаимодействии упругих тел (517). 24.8. Кинетическая энергия и количество движения (519). 24.9. Изменение кинетической энергии тела при действии на него нескольких сил (522). 24.10. Работа сил трения и потеря кинетической энергии (523). 24.11. Заключение (524).
Домашние, классные и лабораторные задания 525
Глава 25. Потенциальная энергия „ 530
25.1. Пружинный амортизатор (530). 25.2. Потенциальная энергия двух взаимодействующих тел (535). 25.3. Потенциальная энергия тяготения у поверхности Земли (538). 25.4. Потенциальная энергия гравитационного поля Земли (543). 25.5. Энергия и скорость выхода спутника за пределы земного притяжения. Энергия связи с Землей (545). 25.6. Сохранение механической энергии (547). Домашние, классные и лабораторные задания 548
Глава 26. Теплота, молекулярное движение и сохранение энергии . . . 552
26.1. Давление газа (552). 26.2. Температура и кинетическая энергия молекул. Тепловая энергия (556). 26.3. Механическая энергия перемещения тел в целом и их внутренняя энергия (559). 26.4. Эквивалентность механической и тепловой энергий (563). 26.5. Поток тепловой энергии (563). 26.6. Количественное соотношение между расходом энергии и повышением температуры (564). 26.7. Сохранение энергии (565).
Домашние, классные и лабораторные задания 569
Часть IV. ЭЛЕКТРИЧЕСТВО И СТРОЕНИЕ АТОМОВ
Глава 27. Качественная характеристика некоторых электрических явлений 575
27.1. Притяжение и отталкивание между наэлектризованными предметами (575). 27.2. Электрические силы между составными частями вещества (576). 27.3. Изоляторы и проводники (578). 27.4. Несколько опытов с электроскопом (579). 27.5. Электростатическая индукция (581). 27.6. Усовершенствованные электроскопы и электрометры (584). 27.7. Батареи (гальванические элементы) (586). 27.8. Электрические токи (586). 27.9. Проводимость газов. Ионизация (587). 27.10. Камера Вильсона (589). 27.11. Проводимость растворов (590). 27.12. Электроны в металлах (591). 27.13. Диоды. Электронные пушки. Электронные осциллографы (593).
Домашние, классные и лабораторные задания 596
Глава 28. Закон Кулона и элементарный электрический заряд 599
28.1. Зависимость силы от расстояния (599). 28.2. Электрический заряд и электрическая сила (600). 28.3. Поля электрических сил (602). 28.4. Измерение малых электрических сил (606). 28.5. Элементарный заряд (613). 28.6. Большие электрические весы (617). 28.7. Постоянная в законе Кулона. Сила между элементарными зарядами (619). 28.8. Сохранение заряда (621). 28.9. Электрический заряд электронов и других частиц вещества (622). Домашние, классные и лабораторные задания 623
Глава 29. Энергия и движение зарядов в электрических полях 627
А. ДВИЖУЩИЕСЯ ЗАГЯЖЕННЫЕ ЧАСТИЦЫ 29.1. Движение электронов и протонов в однородном поле электрических сил (627). 29.2. Масса электрона и протона (628). 29.3. Электрический ток (634). 29.4. Электролитическое измерение электрических токов (636). 29.5. Опыты Томсона. Превращения энергии. Электрическая сила. Элементарные заряды (638). 29.6. Батареи как источники энергии. Передаваемая энергия, отнесенная . к элементарному заряду (640). 29.7. Электрическое поле и разность потенциалов (642). 29.8. Батареи. Вольты и амперы (646). 29.9. Состояние вопроса, рассмотренного в данной главе (649).
Домашние, классные и лабораторные задания 649
Б. ЕЩЕ ОБ ЭНЕГГИИ И ТОКАХ В ЭЛЕКТГИЧЕСКИХ ЦЕПЯХ
29.10. Проводники, батареи и разность потенциалов (652). 29.11. Измерение разности потенциалов (657). 29.12. Дальнейшая проверка сведений о разности потенциалов и энергии (658). 29.13. Зависимость силы тока от разности потенциалов (659). 29.14. Общее представление об электрической цепи (663).
Домашние, классные и лабораторные задания 667
Глава 30. Магнитное поле 670
30.1. Магнитная стрелка (670). 30.2^ Магнитные поля магнитов и токов. Линии магнитного поля (671). 30.3. Напряженности магнитных полей. Сложение векторов (674). 30.4. Магнитные поля постоянных электрических токов (678). 30.5. Силы, действующие на токи в магнитных полях (681). 30.6. Измерительные приборы и электродвигатели (685). 30.7. Силы между двумя прямолинейными параллельными токами (687). 30.8. Силы, действующие на заряженные частицы, движущиеся в магнитном поле (690). 30.9. Применение магнитных полей к измерению масс заряженных частиц (693). 30.10. Что представляют собой альфа-частицы (696). Домашние, классные и лабораторные задания 697
Глава 31. Электромагнитная индукция и электромагнитные волны . . . 702
31.1. Индуцированный ток и индуцированная ЭДС (702). 31.2. Величина и направление индуцированной ЭДС (704). 31.3. Что является источником энергии при электромагнитной индукции? (705). 31.4. Относительное движение (706). 31.5. Магнитный поток и закон электромагнитной индукции (707). 31.6. Электромагнитная индукция при неподвижной цепи (710). 31.7. Электрические поля вокруг изменяющихся магнитных потоков (710). 31.8. Направление индуцируемых электрических полей (713). 31.9. Самоиндукция и колебательный контур (715). 31.10. Магнитные поля, создаваемые изменениями электрического потока (718). 31.11. Механизм электромагнитного излучения (721). 31.12. Доказательство существования электромагнитного излучения. Электромагнитный спектр (723). 31.13. Дополнения к тексту по электромагнитной теории и электромагнитному излучению (727). Домашние, классные и лабораторные задания 730
Глава 32. Исследование атома 733
32.1. Отклонение альфа-частиц и модель атомов Резерфорда (734). 32.2. Траектории альфа-частиц в электрическом поле ядра (738). 32.3. Угловое распределение рассеяния (741). 32.4. Дальнейшие сведения о рассеянии (745). 32.5. Трудности (748). Домашние, классные и лабораторные задания 750
Глава 33. Фотоны и волны материи 752
33.1. Зернистость света (752). 33.2. Упорядоченность в случайности (755). 33.3. Зернистость и интерференция света (757). 33.4. Фотоэлектрический эффект (759). 33.5. Объяснение фотоэлектрического эффекта Эйнштейном (761). 33.6. Механика фотона. Количество движения фотона (764). 33.7. Фотоны и электромагнитные волны (767). 33.8. Волны вещества (770). 33.9. Когда становится существенной волновая природа вещества (776). 33.10. Свет и вещество (778). 33.11. Что же такое волны? (779). Домашние, классные и лабораторные задания 780
Глава 34. Квантовые системы и строение атомов 785
34.1. Опыты Франка и Герца. Атомные уровни энергии (786). 34.2. Последовательное возбуждение спектральных линий. Возбуждение и испускание (789). 34.3. Спектры поглощения (794). 34.4. Уровни энергии атома водорода (797). 34.5. Происхождение уровней энергии (799). 34.6. Волновая теория уровней энергии атома водорода (803). 34.7. Заключение (808). Домашние, классные и лабораторные задания 809
Приложение. РУКОВОДСТВО ПО ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
Предисловие 813
К учащимся 815
Часть I 816
1.1. Малые промежутки времени (816). 1.2. Большие расстояния (819). 1.3. Малые расстояния (822). 1.4. Анализ опыта (823). 1.5. Движение. Скорость и ускорение (825). 1.6. Малые массы (827). 1.7. Спектры элементов (828). 1.8. Молекулярные слои (829).
I. 9. Естественная температурная шкала (830).
Часть II 833
II. 1. Отражение от плоского зеркала (833). 11.2. Изображение в вогнутом зеркале (834). II.3. Преломление (835). П.4. Изображения, образованные с помощью собирающей линзы (836). 11.5. «Преломление» частиц (838). 11.6. Зависимость интенсивности освещения от расстояния (839). 11.7. Волны на спиральной пружине (840). 11.8. Волны на поверхности воды в плоской ванне (842). П.9. Периодические волны (844). 11.10. Преломление волн (846). 11.11. Волны и препятствия (847). 11.12. Волны от двух точечных источников (848). 11.13. Интерференция и фаза (849). II. 14. Опыт Юнга (851). 11.15. Дифракция света от одной щели (852). 11.16. Разрешающая способность (852). 11.17. Измерение малых расстояний с помощью интерференции (853).
Часть III 855
III. 1. Один из вариантов опыта Галилея (855). 111.2. Изменение скорости под действием постоянной силы (857). III.3. Зависимость ускорения от силы и массы (859). Ш.4. Инертная и гравитационная массы (859). Ш.5. Силы, действующие на брошенный шарик (861). Ш.6. Центростремительная сила (864). III.7. Закон равных площадей (866). Ш.8. Изменения количества движения при взрыве (870). III.9. Опыт с тележкой и кирпичом (871). ШЛО. Столкновение при движении в двух измерениях (872). III. 11. Медленные столкновения (875). 111.12. Изменение потенциальной энергии (876). 111.13. Энергия математического маятника (878). III. 14. Лобовое столкновение (879).
Часть IV . . 881
IV. 1. Наэлектризованные тела (881). IV.2. Электростатическая индукция (881). IV.3. Силы взаимодействия между двумя заряженными шариками (882). IV.4. Сложение электрических сил (884). IV.5. Разность потенциалов (885). IV.6. Заряд, переносимый ионами в растворе (886). IV.7. Магнитное поле тока (888). IV.8. Магнитное поле вблизи длинного прямого провода (890). IV.9. Измерение индукции магнитного поля (891). IV. 10. Масса электрона (893). IV.11. Неупорядоченность радиоактивного распада (896). IV. 12. Моделирование процесса столкновения ядер (897).
