章 導論
節 什麼是科學
一、科學及科學方法
二、科學與偽科學、文化、藝術及□□
第二節 什麼是物理學
一、物理學的概念
二、物理學的分支
第三節 物理學中的科學思想及人文精神
一、物理學中的科學思想
二、物理學中的人文精神
第四節 物理學決定人類的未來
一、什麼是人類
二、科技文明中人類的未來
復習思考題

第二章 如何描述運動
節 亞裡士多德論運動
一、對運動常識性的看法
二、亞裡士多德物理學的□限性
第二節 慣性定律
一、中世紀的認識
二、笛卡兒的認識
三、慣性定律的概述
第三節 描述運動的物理量
一、位置
二、速度
三、加速度
第四節 落體運動和拋體運動
一、落體運動
二、拋體運動
復習思考題

第三章 如何解釋運動
節 力使物體產生加速度
一、什麼是力
二、常見的力
三、力產生加速度
第二節 牛頓第二定律
一、合力的作用
二、牛頓第二定律概述
第三節 牛頓第三定律
一、作用力與反作用力
二、牛頓第三定律概述
第四節 牛頓定律的應用
一、在現代科技中的應用
二、牛頓定律中的人文思想
復習思考題

第四章 牛頓世界觀
節 牛頓統一論
一、蘋果和月亮的思考
二、牛頓統一論概述
第二節 引力：宇宙的起源
一、引力：太陽繫演化的驅動力
二、引力：質量更大的恆星死亡的誘因
第三節 牛頓的機械宇宙觀
一、牛頓世界觀
二、機械世界觀
第四節 牛頓物理學的□限性
一、適用範圍的□限性
二、時空觀的□限性
復習思考題

第五章 動量和能量
節 動量和角動量
一、動量和動量守恆
二、角動量和角動量守恆
第二節 功
一、做功
二、功率
第三節 能量
一、能量概述
二、能量守恆
第四節 未來的能量選擇
一、能量效率
二、能量的來源
三、未來的能量選擇概述
復習思考題

第六章 熱現像及熱力學基本定律
節 溫度和熱量
一、溫度
二、熱量
三、熱傳遞
第二節 熱力學定律
一、內能
二、熱力學定律概述
第三節 熱力學第二定律
一、熱機
二、熱力學第二定律概述
第四節 熵
一、熵的物理定義
二、熵的人文啟示
復習思考題
……

第七章 光和電磁學
第八章 相對論和現代時空觀
第九章 量子觀念
第十章 物理與人類未來

參考文獻

前    言
物理學作為自然科學的一門重要基礎學科，歷來是人類物質文明發展的基礎和動力。作為人類追求真理、探索未知世界奧秘的有力工具，物理學又是一種哲學觀和方法論。由於物理學研究內容和方法的特殊性，使物理學教育成為培養大學生科學文化素質為有效的手段。面對當代如此龐大的科學文化繫統，任何人也不可能向古代聖賢那樣做一個百科全書式的學者，去通識每一片知識綠葉。盡管如此，我們仍然可以從繫統和整體的角度出發，領悟物理學與其他各個學科之間的關聯，側重各門交叉學科之間的基本規律和基本思想，為成長為一個新時代高素質人纔培養基本科學素養。
本書高度概括了力學、熱學、電磁學、光學、相對論和量子物理等領域的基本知識及其中蘊含的科學思想、科學方法和科學精神，重視理論聯繫實際，注意反映新的科技進展以及相關的社會問題，介紹物理學原理在文化、經濟、政治、社會網絡和科技等日常生活領域中的前沿應用。我們盡力保持本書對每部分內容合理的篇幅，同時覆蓋物理學概論書籍應包含的核心內容。要詳盡了解這些概念，需要有充分的討論和思考時間。
本書的主要對像是非物理專業的文科類及理工科學生，通過物理學的普及教育使學生獲得邏輯思維能力、解決問題的能力和接受新事物能力等的熏陶。本書還可以是一般讀者了解物理學基礎知識及與現代高新技術發展前沿關繫的參考讀物。對於許多非科學專業的學生而言，物理學課程中關於數學的內容越少越好，並不需要學習以數學運算為基礎的解題技巧，而應將注意力明確地集中在物理學的意義上是非常重要的。因此，本書采用概念式的方法而不是數學的方法向讀者介紹物理學，通過具體的圖像來思考物理問題，而不是通過方程式、積分和數字等數學運算，就能更好地掌握物理學的基本思想。
本書以培養學生科學素養和創新能力為目標，以案例貫穿式為主線來介紹物理學基礎理論知識，結合案例講解，注重教材內容的科學性、趣味性、實用性與科學價值觀的有機結合，讓學生在學習的過程中結合科學史，了解物理學家們的創造性思維，承前啟後、勇於創新的精神以及對科學事業的奉獻精神；結合理論和高科技應用，擴大知識面並開闊眼界。由此來了解物理現像及其變化和發展的物理概念和規律，探討物理學基本規律與現代科技及社會發展之間的關繫，以培養學生綜合科學素養。
本書配套慕課在線課程《物理與人類未來》(2017年3月上線中國大學慕課，2017年10月上線學堂在線)，引進新型技術參與教材實現真正的立體化。借助二維碼技術，通過“掃一掃”方式，方便學生手機學習，實現了教學中的“互聯網 ”碎片化概念，每章設置一個二維碼，裡面有本章重要內容的視頻講解。本書曾以講義的形式於2016年至2017年在東北大學的全校素質選修課試用，許多老師和同學提出了寶貴的意見和建議。在此向他們一並表示衷心的感謝！出版過程中得到了東北大學教務處和清華大學出版社的大力協助和支持，在此致謝！
由於本書涉及面廣，作者水平有限，書中難免存在這樣或那樣的錯誤或缺點，懇請廣大讀者批評指正。

編  者  

第二章  如何描述運動
學習要點及目錄
1．了解亞裡士多德物理學關於運動的常識性看法。
2．了解和掌握慣性定律的物理意義。
3．掌握描述運動的物理量及具體應用。
4．了解如何描述兩種常見的運動：落體運動和拋體運動。
核心概念
亞裡士多德物理學 速率  速度  加速度  慣性  合力  落體運動 拋體運動
引導案例 
百 米 賽 跑
百米賽跑是田徑體育運動中古老的運動之一，生理學、生物化學的理論認為百米賽跑是由無氧代謝方式提供能量的高強度工作項目。短跑要求全身配合，靈活性高和反應快。歷屆奧運會百米賽跑成績都是在10秒左右的時間裡完成。比賽開始時，參賽選手蹲在同一條起跑線前，直到選手衝過終點線結束，比賽成績由計時員的計時器記錄。在比賽過程中參賽選手的運動狀態都是什麼樣的？能夠預測每位參賽選手的比賽成績嗎？選手應該采取的策略是什麼？哪些因素起決定性作用？通過對運動的描述可以回答上述一繫列問題。
案例導學
當你是孩童時，可曾松開手，讓玩具一次次掉下，並觀察它的下落？在身邊找一些小東西，比如一支圓珠筆和一張紙，把它們放在離地面同一高度後同時松手。那麼，如何描述這些物體的運動呢？要想了解自然界，首先必須細心地觀察它。如果控制了觀察的條件，那麼接下來所做的就是設計一個實驗，通過實驗來驗證各種想法並進而解釋自然界的運動。
一旦利用上述步驟，其實就是在使用科學方法。首先通過觀察提出問題，然後設計實驗以檢查提出的假說。接著對現實條件設計模型，突出主要因素，忽略次要因素，一次隻考慮一個變量來限制研究範圍，這也是伽利略早提出的科學認知實踐過程。日常生活中人們也是在向經驗和理性思維學習，這可使科學本身強勁有力，並經得起時間的考驗。

節亞裡士多德論運動
一、對運動常識性的看法
亞裡士多德的物理學符合人們的直覺，他的運動理論確實能解釋相當大範圍的觀察結果，得到了廣泛的認可。人們的確看到，石頭自然下落，水平運動的小車需要外力推動，天上的運動和地上的運動大不相同。亞裡士多德從對經驗的考察中試圖找出運動的本性和原因。上述觀念也稱為亞裡士多德物理學。
小貼士
亞裡士多德
亞裡士多德拋開單純的抽像思維的哲學方法，開始以觀察實驗為依據，總結科學規律。有人曾經質問亞裡士多德：“你與平庸的人的區別在哪裡？”亞裡士多德巧妙地回答：“庸人活著是為了喫飯，我喫飯是為了活著。”他活著並不是為了物質口福之愉，而是為了探索自然，發展物理學，以窮世間萬物之理。           
二、亞裡士多德物理學的局限性
亞裡士多德關於運動的陳述是科學思想的開端，在之後的2000年裡人們都默認物體的正常狀態是靜止。伽利略是個通過觀察和實驗提供有力的反證來駁斥亞裡士多德的落體假說的科學家。其實你自己現在就可以用一個簡單的實驗來證明是否可以用亞裡士多德理論來解釋。扔一張紙到地上，然後把同一張紙揉成一團再以同一力度扔到地上，哪種情況下紙落得更快呢？肯定是後者。但按照亞裡士多德理論，兩者重量相等，下落速度應該相同纔是。再來回顧一下亞裡士多德對地上物體強迫運動的概念，例如彎弓射出一支箭，箭在弓弦的作用下離開弓弦，在這之後，箭要在空中平行飛行一段時間後停止。在箭離開弓弦飛行的這段時間裡，是什麼在強迫箭運動呢？亞裡士多德理論很難解釋這個事實。
現在知道，是由於空氣阻力，使一張紙下落得比較慢。運動總是包含有阻力的介質，比如空氣或水，但由於當時生產力水平低下，沒有適當的儀器設備可以認識和排除摩擦和空氣阻力等無處不在的干擾。亞裡士多德關於運動的論點，看起來與經驗沒有明顯的矛盾，因此長期以來沒有人懷疑。之後在歐洲文藝復興運動的衝擊下，思想得到解放，伽利略和其他科學家開始發現，若沒有外力，物體將一直保持直線勻速運動或者靜止狀態，即運動慣性。