本书尝试阐述物理学对人类社会、经济和人生的影响，采用具体的概念式而不是数学式的方法，从提高读者的科学素质和创新能力出发，结合物理学中的科学思想、优异特征和伟大成果，融合物理学的知识和前沿研究，通过阐明物理学与美和技术的关系、伟大的物理学公式和实验、物理学的研究方法等，勾勒出物理学的重大成就和卓越贡献。本书方式新颖、视角创新、内容充实、立足科学，行文深入浅出、以点带全、简洁有趣，旨在普及物理学教育，提升物理学教学的艺术性。
本书可供大学教师和学生阅读，也可供中学生及对科学知识感兴趣的读者阅读。

第一章 物理学与美
第一节 物理学与诗词歌赋的和谐美
一、诗词歌赋直观地揭示物理现象之美
二、诗词歌赋中蕴含着物理规律之美
三、诗词歌赋形象贴切地形容物理学发展之美
四、诗词歌赋使物理学的教学充满美感
第二节 物理学的美学特征
一、简洁美
二、对称美
三、和谐美
第三节 物理教学中的美育与艺术性
一、激发求知欲望
二、引起学生情感共鸣
三、找准学生心理状态的“固有频率”，使教学信息收发达到同步
四、训练学生具有批判性思维的能力，提高科学素养
五、展示物理科学美，揭示物理理论内在美
第二章 伟大的物理学公式
第一节 麦克斯韦方程组
一、麦克斯韦的故事
二、麦克斯韦假设
三、电磁波的验证
四、麦克斯韦方程的伟大意义
第二节 牛顿第二定律
一、对牛顿第二定律的理解
二、牛顿的故事
三、牛顿的卓越贡献
四、关于学术问题的争论
第三节 爱因斯坦质能关系
一、质能关系的导出
二、质能关系的应用
第四节 薛定谔方程
一、薛定谔方程的建立
二、薛定谔的猫
第五节 德布罗意方程组
一、德布罗意物质波理论的产生
二、物质波的实验验证
三、物质波的应用
第三章 物理学与技术
第一节 三次工业革命
一、第一次工业革命
二、第二次工业革命
三、第三次工业革命
第二节 诺贝尔物理学奖
一、巨磁电阻效应
二、蓝光LED
三、光纤和CCD图像传感器
四、引力波
第三节 物理学与应用技术的关系
第四章 物理学的研究方法
第一节 类比法
一、库仑定律类比于万有引力定律
二、电子干涉实验类比于杨氏双缝实验
三、类比于天王星的发现，寻找祝融星——失败的案例
第二节 假说法
一、狭义相对论的建立
二、普朗克能量子假说
三、玻尔氢原子理论
参考文献

仰望科学的星空，物理
学大师的名字熠熠生辉：爱
因斯坦、麦克斯韦、牛顿、
薛定谔、李政道、杨振宁、
高锟等，他们的智慧光芒足
以照亮我们的生活和未来。
他们发现了物质世界最根本
的规律。探索物理学的规律
是科学技术提高的基础，是
我们放眼宇宙探索未知的途
径，它是人类文化的一部分
。
笔者长期从事大学物理
学的研究与教学，并带领《
大学物理》教学团队获得河
南省高等学校课程思政教学
团队项目和资助。从教多年
来，对教学内容改革和教学
方法创新有很深的感悟。如
何更好地让学生改变物理学
晦涩难懂的习惯性印象，转
为愿意接近物理学，了解物
理学对人类文明的作用，学
到科学研究的方法，融会贯
通物理学的知识体系，从而
提高自身的思考能力和创造
能力，同时针对当代大学生
的特点，更好地发挥知识体
系的连通性和趣味性，笔者
做了很多的思索与尝试。
本书以物理学的美学本
质和伟大贡献为主线，阐述
在物理学的长河中，理论揭
示内在规律的美学特征、伟
大公式对人类文明的卓越贡
献、物理学发现对现代高科
技的作用和物理学家巧妙使
用的研究方法四个方面的内
容，将物理学的知识融汇其
中，重点讲述其中蕴含的科
学思想、科学方法和科学精
神。
本书首先从美学的角度
阐述物理学本质是真，理论
讲述的都是客观真理；价值
是善，理论的目标是造福人
类；追求是美，理论具有简
明对称和谐的美学特征。之
后从人们评选的伟大物理学
公式出发，阐述物理学经典
公式对人类文明进步的促进
作用。再后从物理学对技术
的影响角度，阐述物理学理
论对三次工业革命的促进和
物理学对人类生活和高科技
的巨大推动作用。最后，阐
明几种物理学的研究方法，
旨在介绍物理学家在揭示自
然规律时所运用的智慧方法
，为进一步提高学习者的科
学素养提供方法和依据。
从国家大战略需求出发
，应将物理学基础理论的研
究赋予更多的实际技术和应
用需求，以更好地培养科学
世界观。如让更多的青年人
通过本书阅读，掌握基本思
想，启发物理思维，本书的
目的就得以实现。
因笔者水平所限，书中
难免有不妥之处，欢迎读者
批评指正！
著者

本书首先从美学的角度阐述物理学本质是真，理论讲述的都是客观真理；价值是善，理论的目标是造福人类；追求是美，理论具有简明对称和谐的美学特征。之后从人们评选的伟大物理学公式出发，阐述物理学经典公式对人类文明进步的促进作用。再后从物理学对技术的影响角度，阐述物理学理论对三次工业革命的促进和物理学对人类生活和高科技的巨大推动作用。最后，阐明几种物理学的研究方法，旨在介绍物理学家在揭示自然规律时所运用的智慧方法，为进一步提高学习者的科学素养提供方法和依据。

谈到美，人们首先联想到自然美和艺术美。当你面对大好河山、奇光异彩，当你面对梵高、毕加索的名画，当你面对古今著名的建筑，当你倾听优美的歌曲，欣赏优美的舞蹈时，你都不免要感叹：“好美呀！”然而科学美却是多数人不易感受到的，因为科学美与艺术美是两种不同形式的美，艺术美是事物外在形式所呈现的美，科学美是事物内在结构的和谐、秩序而具有的美，科学美美得比较抽象，需要深入体会，需要经过大脑整理、加工形成美的意识或美的观点，但这是一种高层次的审美。爱因斯坦（见图1-1）认为，科学家和艺术家都是以“最适当的方式来画出一幅简化的和易于领悟的世界图像”。虽然科学家和艺术家的创作手段和方式不同，但他们都是为了在纷乱中找出秩序，从现象中揭示本质，都是为了认识世界和改造世界，都是为了勾勒出反映自然界和谐与秩序的宏伟蓝图。
物理学是一门自然学科，著名物理学家丁肇中博士说：“科学改变了整个人类生活，我猜想这也是很多国家支持它的主要原因。但这不是我的原因，我做这些事情最主要的原因是好奇，想了解我们是怎么来的，这是我做科学研究最根本的动力。”当一位物理学家从最初的好奇到深入去研究物理学的奥秘，应该说他已经是位美学大师，被物质内在规律中蕴含的美深深吸引了。
著名物理学家钱学森曾经感叹：“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？”物理学的研究和教育的目标不应局限于教给学生物理学的概念、定理、理论和为后续课程打下基础上，更应培养学生对自然科学的现象和理论具有浓厚兴趣，把客观自然规律作为世界观，对自然现象、自然法则、思维艺术具有一定审美情趣，为以后的能力逐步提高和创新发展打下基础。在大学物理的教学中引入美学教育，让学生感受物理现象之美、鉴赏物理定理之美、理解物理理论之美，进而主动探知物理科学之美。
第一节 物理学与诗词歌赋的和谐美
古今中外多少文人墨客留下著名的诗篇，千古流传的佳句句句出神入化，作为科学美的经典，诗词歌赋与物理学之间有着和谐的关系。
著名物理学家杨振宁教授在《物理学与美》一文中首推英国物理学家狄拉克（见图1-2）。20世纪的物理学家中，风格最独特的就数狄拉克了。1928年，狄拉克建立统一相对论和量子力学的电子运动方程：
(pac+mc2β)ψ=Eψ
这个形式简单的方程式被称为是惊天动地的成就，了解其中奥妙的人称其为“神来之笔”。方程具有非常优美的形式，符合狄拉克的风格，可是它有一项前所未有的特性，叫做“负能”现象，这与当时人们的认识所不同。狄拉克舍不得改动那优美的方程，他认为：“使一个方程具有美感，比使它去符合实验更重要。”但必须给“负能”现象一个圆满的解释。1931年，他大胆引入“反粒子理论”（Theory of Antiparticles）来解释“负能”现象，但受到许多嘲弄与批评，直到1932年安德森发现了电子的反粒子（正电子）后，大家才渐渐认识到反物质概念和反粒子理论又是物理学的另一里程碑。“上帝用漂亮的数学造世界，物理学定律必须具有数学美”，这个题词概括了20世纪30年代中期以来占据了狄拉克思想的科学哲学。现代物理学家中没有人像狄拉克那样全神贯注于美的概念。在他的著作中，人们一次又一次发现诸如美、美丽的、漂亮的，或者丑陋的、丑陋等字眼。
杨振宁引用唐代诗人高适《答侯少府》中的诗句：“性灵出万象，风骨超常伦。”来描述狄拉克方程和反粒子理论，他认为：一方面狄拉克方程确实包罗万象，而用“出”字描述狄拉克的灵感尤为传神。另一方面，狄拉克不顾玻尔、海森伯、泡利等当时大物理学家的冷嘲热讽，始终坚持他的理论，正合“风骨超常伦”。读狄拉克的文章，“秋水文章不染尘”，清新明了，优美的诗句，描述了优美绝伦的图画和思想境界，却又完美地阐释了一个物理学大师的风格与理论。由此看到，诗词歌赋与物理学在美的方面有着和谐而统一之处。
一、诗词歌赋直观地揭示物理现象之美
简洁直观是一种美，在惜字如金的诗人眼中是这样，在物理学中亦是如此。骆宾王那首著名的诗句《鹅》中“白毛浮绿水，红掌拨清波”，描绘一幅清新祥和的画面，利用浮力漂浮于绿水之上的白鹅，正利用作用力与反作用力拨动清波而前进。清诗人龚自珍在《己亥杂诗》中写道：“落花不是无情物，化作春泥更护花。”这种感悟却是物理学中能量循环与守恒的具体体现。
陈毅元帅在《梅岭三章》中用诗句“大雪压青松，青松挺且直”来描述军人刚正不阿的英雄气概，多么雄壮豪迈！这也告诉我们一个道理：力的作用是相互的，一个物体对另一个物体施加多大的力，另一物体就反过来对施力体施加同样大小的力，力的方向相反。这不就是牛顿第三定律最好的诠释吗？1685年牛顿（见图1-3）的巨著《自然哲学的数学原理》出版，包含了三大运动定律和万有引力定律。牛顿第三定律这样阐述：“Every time a force is exerted, in fact, it is balanced by a force exactly equal to it i