物理如此简单：近现代物理篇

《物理如此简单：近现代物理篇》是一本适合全学段中学生进行严肃阅读的物理学科普读物。全书以微观物理“不知疲倦的分子”开篇，带你认识从微观到宏观的热力学；以“长跑冠军——光”带你认识光的特性及其在现代成像技术中的作用；以“量子改变世界”带你感受量子物理的独特魅力；以“淘气的时空”带你体会相对论的神奇效应……在书中遨游，你会理解分子运动规律和温度计的原理，你会领略透视物体成像的神奇魅力。《物理如此简单：近现代物理篇》以科学知识为主体内容，关注现代科技最新科研成果，展示中国在当代工程技术领域及科技前沿领域的领先成就，让你在学习知识的同时，紧追社会发展步伐，开阔视野，为你将来追寻梦想提供一些有意义的启示。

《物理如此简单：近现代物理篇》针对中学低年级、中年级、高年级三个学段学生的阅读特点与需求，立足于中学必备物理知识，内化科学思维方法，重点培养和提升学生的物理学科素养，提升学生解决问题的能力，开阔学生的物理视野，促进学生科学思维水平的实质发展。

张君可，北京市特级教师，中学物理正高级教师，北京市高中物理核心组成员，北京市高中物理名师工作室负责人。主持多项国家级、教育部、北京市教育科学规划课题。近5年在《物理》《中学物理教学参考》《物理教学探讨》《物理教学》《现代教育》等国内中文核心期刊发表10余篇论文；近5年主编《高考内参??物理》《高中物理读本》《典例教案》《物理探究》等多本教师教学指导和物理科普读物。

王超，中国科学院物理学博士，在《纳米尺度》（Nanoscale）、《合金与化合物杂志》（Journal of Alloys and Compounds）等SCI及国内核心期刊发表10余篇文章，荣获4项发明专利。

宋艾晨，北京市朝阳区基础教育综合评价能力建设研究团队数据分析组成员，参与多项国家级、北京市教育科学规划课题。参与人教社新教材跨学科实践课程试验，北京市中小学数字实验室资源建设以及朝阳区资源平台课程建设。

张兴龙，中学物理高级教师，北京市初中物理名师工作室核心成员。主持、参与多项北京市教育科学规划课题及北京市教育学会课题。在《教学与管理》《中学物理》等杂志发表6篇论文。

物理真的很难吗？其实物理可以很简单！物理学家坚信“自然的法则尽管无所不包，条例却很少”。物理学家坚信“物理世界是简单的，是可以被理解的”。如果你也能像物理学家一样思考，你会悟到：物理如此简单！

作为物理教师，我们经常会遇到学生恐惧学习物理的情况，甚至他们在还没有接触物理时就对这门学科的学习毫无信心。究其原因，很重要的一点是，当前的物理教学和学生的物理学习远远脱离了物理学科的本真。物理是自然科学领域的一门基础学科，作为自然科学的带头学科，物理学研究大至宇宙、小至基本粒子等一切物质最基本的运动形式和规律，因此成为其他各自然科学学科研究的基础。它是教人认识自然和理性思考的。庄子云：“判天地之美，析万物之理。” 这大概就是物理学和物理教育的真谛。

现在中学生对物理学科的学习大多沉浸于解题，知识的获得局限于有限的教材和门类繁多的教辅，使提高物理思维、形成物理观念、提升物理学科素养有很大的困难。这也导致一些中学生对物理形成了刻板印象，认为物理很枯燥，难学， 并没有感受到物理是对自然的描述，物理是最具简洁美的科学。生活中处处有物理，学习物理不仅仅是为了解题，更是为了解决实际问题；学习物理不仅仅是为了学习已知，更是为了探究和发现未知！

为避免科普宽泛、缺少物理知识内化的问题，我们紧扣中学物理知识点，强化科学拓展与思维发散，编写了系列图书。本系列图书分为三册，第一册《物理如此简单：力学篇》主要阐述生活中涉及的运动和力、功和能、动量、振动和波动等力学现象蕴藏的原理及应用；第二册《物理如此简单： 电磁学篇》主要阐述与日常生活、生产和科技发展息息相关的电场、磁场、电磁波、直流电路和交流电路等；第三册《物理如此简单：近现代物理篇》主要阐述热学、光学和量子物理基础等。

你手中这本有关物理学的书是严肃的，其中的每一个概念、思想、方法都是很多科学家经过细致严谨的实践研究获得的。作为编写者的我们并不是这些问题的发现者，我们能承诺的是书中的每一个知识点都有更为专业的物理学研究作为保障。在书写过程中，为降低初、高中不同年龄段学生的阅读门槛，我们减少大量数学公式的堆砌，力求用有意思的语言、生动的例子甚至是比喻来更好地 阐述。

为了让处于中学阶段的学生能够从更多角度认识物理学，本书以初、高中物理知识为主线，以内化物理原理、学习物理方法、培养科学思维为目标，充分考虑初、高中学生的思维特点，设置了多个板块分散到全书各个章节。

●“生活物理”从生活中的具体实例提出问题，激发思考。

●“科学实验”利用生活中的实验器材进行实验，用所学物理知识进行解释 和分析，将物理与生活紧密联系起来，让学生体会生活中处处是物理。

●“科学探索”引领学生像科学家一样思考，用科学的思维和方法探索未知。

●“原来如此”对“生活物理”中的问题给予解答并概括性地提炼和总结，从方法、能力等维度点拨，提升学生的科学素养，让学生豁然开朗，体会物理如此简单和有趣。

●“思维拓展”对中学物理知识进行拓展补充，发散思维。主要从物理知识 的深化以及量化、最前沿科技成果及应用、物理学史的发展等方面开阔学生视野，让其站在高处看物理。

●“科学中国”将中学物理知识与中国物理学发展融合在一起，让学生充分 认识中国的物理学成就，知道中国科学家在物理学的道路上付出的努力。

●“小试牛刀”给出生活中另外一些具有相同原理的案例，预留空间，鼓励 学生进一步深入学习并应用上述原理大胆尝试和实践。

物理可开发想象力，

你的想象力有多强，

你的物理世界就有多大。

物理可开阔思维方式，

你的思维方式有多独特，

你就有多少种看待物理问题的视角。

物理如此简单，

又如此有趣，

请打开书开始阅读吧！

编 者

2023 年5 月

第1 章 不知疲倦的分子 1

第1 节 分子会休息吗？ 3

第2 节 分子之间的爱与恨 7

第3 节 聪明的温度计 11

第4 节 没有电的夏天怎么过？ 15

第2 章 化学家不想再切的粒子——原子 19

第1 节 谁的模型最好？ 21

第2 节 中子是如何被发现的？ 26

第3 节 化石年代比较 28

第4 节 核武器的原理 31

第3 章 长跑冠军——光 35

第1 节 聪明如光 37

第2 节 光是一种波吗？ 42

第3 节 贪婪的吞光兽——黑体 48

第4 节 激光武器谁最强？ 53

第4 章 成像全家福 59

第1 节 3D 电影与全息影像 61

第2 节 生活小帮手——红外线 67

第3 节 不能过分亲近的“你”——紫外线 72

第4 节 真的有透视镜吗？ 77

第5 章 量子改变世界 83

第1 节 量子知多少？ 85

第2 节 薛定谔的猫 90

第3 节 让全球加密失效——量子计算 93

第4 节 最佳的信息快递员——量子通信 97

第6 章 淘气的时空 103

第1 节 不靠谱的长度 105

第2 节 如何实现“天上一天，地上一年” 109

第3 节 可以回到过去吗？ 113

第4 节 四维空间真的存在吗？ 117

参考文献 122

“小试牛刀”参考答案 123

后记 127