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出版者:

作者:霍剑春 吴泳华

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2003-5

价格:12.90元

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isbn号码:9787040101492

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现代物理前沿探索：理论与实践的交融 本书聚焦于20世纪以来，物理学在微观世界和宏观宇宙层面取得的突破性进展，旨在为具有一定基础物理知识的读者提供一个深入理解现代物理核心概念、前沿实验方法与未来发展趋势的综合性平台。全书内容紧密围绕“从经典到现代的跨越”这一主线，通过对关键物理现象的解析、重要实验装置的剖析以及理论模型的构建，展现现代物理学的宏伟蓝图。 第一部分：量子力学的奠基与核心概念 本部分将从黑体辐射、光电效应等历史性实验出发，详细阐述量子化概念的诞生与发展。重点解析波粒二象性、不确定性原理以及量子叠加态等核心概念，这些是理解微观世界运行规律的基石。 1. 普朗克假设与光子概念的引入： 对黑体辐射曲线的经典理论解释失败进行深入剖析，阐述普朗克为解决此问题而提出的能量量子化假设。计算并讨论普朗克常数在物理学中的地位及其不确定性关系中的体现。 详细讲解爱因斯坦对光电效应的解释，包括功函数、遏止电压与光子能量的关系，通过对实验数据的精确分析，确立光子的粒子性。 2. 德布罗意波与物质波： 阐述德布罗意关于物质波的革命性设想，如何将波动性推广到所有物质粒子。通过对电子衍射实验（如戴维孙-革末实验）的细致描述，提供物质波存在的直接实验证据。 深入探讨波函数的物理意义，解释其概率诠释，并引入玻恩定则，说明 $|psi(x, t)|^2$ 的含义及其在预测粒子位置分布上的作用。 3. 量子力学的基本方程与求解： 详细推导并阐述时间依赖和时间无关的薛定谔方程。对于不同势场问题，如无限深势阱、有限深势阱和梯形势阱，给出精确解法或近似解法，并讨论这些解在原子结构形成中的意义。 深入分析简谐振子的量子处理，对比其能级与经典理论的差异，特别强调零点能的存在性及其对系统稳定性的影响。 4. 角动量与自旋： 系统介绍轨道角动量算符的对易关系，并讨论其本征值和本征函数（球谐函数）。 引入电子的内在属性——自旋角动量。通过斯特恩-格拉赫实验的原理分析，展示自旋的不可压缩性和量子特性。讨论泡利不相容原理及其对多电子原子电子排布的决定性作用。 第二部分：原子结构、光谱与激光原理 本部分将理论物理知识应用于对原子系统进行精确描述，探讨光谱的精细结构，并引申至现代光学技术——激光的产生与应用。 1. 玻尔模型的发展与能级结构： 回顾玻尔模型在氢原子光谱解释上的成功与局限性。 结合薛定谔方程的求解结果，精确描述氢原子内电子的轨道、能量本征值和量子数（主量子数 $n$、轨道量子数 $l$、磁量子数 $m_l$）。 2. 精细结构与塞曼效应： 探讨由于电子自旋与轨道运动相互作用（自旋-轨道耦合）引起的能级分裂现象，即原子光谱的精细结构。 详细分析外加磁场对原子能级的影响，区别讨论正常塞曼效应和反常塞曼效应的微观机制及其在光谱中的观测特征。 3. 激光的原理与特性： 从玻尔的受激辐射理论出发，系统介绍激光器工作的基本原理，包括吸收、自发辐射和受激辐射的概率关系。 深入探讨实现激光增益所需的关键条件：粒子数反转和光学谐振腔的设计。讨论激光的四大特性（单色性、方向性、相干性、高亮度）的物理成因。 介绍不同类型的激光器（如红宝石激光器、半导体激光器）的工作介质和能级结构。 第三部分：凝聚态物理导论：从晶体到超导 此部分将视角转向大量粒子集合体的宏观性质，重点关注晶体结构、电子在周期性势场中的运动规律，以及宏观量子现象——超导电性。 1. 晶体结构与晶格振动： 介绍晶体的长程有序性，晶体学的基本概念，如晶胞、布拉维点阵和密堆积结构。通过X射线衍射实验（如劳厄法和布拉格定律），阐述确定晶体结构的方法。 讨论晶格振动的量子化——声子。计算晶体的比热容，对比经典理论（杜隆-珀蒂定律）与量子理论（德拜模型）的预测差异。 2. 固体能带理论： 分析电子在周期性晶格电势场中的运动行为，重点阐述布洛赫定理。 详细解释能带的形成过程，区分导体、绝缘体和半导体的能带结构（价带、导带、禁带宽度）。 引入有效质量的概念，解释载流子在电场和磁场中的输运行为。 3. 半导体物理基础： 分析本征半导体和杂质半导体（N型和P型）的载流子浓度与费米能级的位置。 深入剖析PN结的形成机理、耗尽层和内建电场，以及二极管的单向导电特性。 4. 超导现象的宏观与微观描述： 描述零电阻和迈斯纳效应（完全抗磁性）这两个超导体的标志性宏观特征。 引入BCS理论的核心思想：电子与声子的耦合形成库珀对。解释能隙的产生以及其在电导率中的体现。讨论伦敦方程对超导磁通钉扎的描述。 第四部分：核物理与粒子物理的边界 本部分拓展至原子核内部的结构与相互作用，以及构成物质最基本粒子的分类与规律。 1. 原子核结构与稳定性： 介绍核力的基本性质（短程性、饱和性、电荷无关性）。 阐述液滴模型（基于核力的近似描述）和壳层模型（基于量子力学对核子的束缚描述）。 分析核稳定线，解释 $eta$ 衰变（包括 $eta^-$、$eta^+$ 和电子俘获）的微观机制，以及 $gamma$ 衰变。 2. 核能的利用： 详细分析核裂变反应的链式反应机制，探讨反应堆中的中子控制和能量释放计算。 阐述核聚变的条件（高能量、高密度、长时间约束）以及地球上和太阳内部的聚变过程。 3. 基本粒子与标准模型： 回顾早期粒子物理的发现，如正电子、中微子等。 系统介绍夸克模型，阐释强子（重子和介子）的构成，以及颜色荷的概念。 概述标准模型的基本框架：三种基本相互作用（电磁力、弱核力、强核力）及其媒介玻色子（光子、W/Z玻色子、胶子）。引入希格斯机制与希格斯玻色子的发现意义。 第五部分：相对论与宇宙学的新视野 本书最后部分将探讨爱因斯坦的狭义与广义相对论，并将其应用于理解宇宙的演化。 1. 狭义相对论的实验基础与动力学： 基于光速不变原理和相对性原理，推导洛伦兹变换，并讨论其对时空概念的颠覆性影响（时间膨胀、长度收缩）。 推导相对论动量和能量公式，重点讨论质能等价关系 $E=mc^2$ 的物理意义及其在核反应中的应用。 2. 广义相对论的几何化： 从等效原理出发，阐述引力如何被解释为时空弯曲的几何效应。 介绍爱因斯坦场方程的基本形式（不进行复杂张量分析，但阐述其物理含义）。 讨论广义相对论的经典验证：水星近日点进动、光线在太阳附近的弯曲效应。 3. 现代宇宙学： 介绍哈勃-勒梅特定律，阐述宇宙膨胀的观测证据。 深入分析大爆炸模型的关键要素：宇宙微波背景辐射（CMB）的性质与意义，以及轻元素丰度的解释。 讨论现代宇宙学面临的挑战：暗物质和暗能量的存在性、性质及其对宇宙未来命运的决定性影响。 全书总结： 本书通过上述五个维度的深入探讨，力求构建一个逻辑严密、内容充实的现代物理知识体系。它不仅教授读者理解现代物理现象所需的数学工具和理论模型，更强调物理学研究方法论的传承——从精确的实验观测出发，逐步构建并检验宏伟的理论框架，从而不断拓展人类认知的边界。本书适合致力于深入理解物理学前沿的本科高年级学生、研究生以及专业技术人员研读。

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整体阅读下来，我感受到这本书的编写者是真正站在一个希望学生能够独立思考、深入理解物理世界的角度来构建内容的。它不仅仅是一本操作手册，更像是一本“实验思维训练指南”。书中穿插的那些关于实验设计哲学的小插曲和历史背景介绍，虽然不直接影响实验结果的计算，却极大地丰富了我们对物理学作为一门实验科学的认识。例如，它会提及某个经典实验在历史上是如何一步步完善其测量精度的，这无形中激励着读者也要追求更高的精确度。这本书的结构安排得非常平衡，理论深度与实践操作的广度拿捏得恰到好处，让人觉得读完后，不仅掌握了实验技能，更像是完成了一次完整的、有深度的科学方法论学习之旅。

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我花了一些时间通读了前几章的理论基础部分，感觉作者在概念的阐述上采取了一种非常“由浅入深”的叙事策略。他没有一上来就抛出高深的数学公式，而是先用非常生活化的语言和类比来剖析物理现象背后的本质逻辑。比如在讲解误差分析时，他引入了实际生活中的测量场景作为铺垫，这种接地气的讲解方式，极大地降低了初学者的畏难情绪。每当引入一个新的实验原理时，作者都会先给出清晰的物理图像，然后才是数学模型的构建，这种顺序的编排非常符合认知规律。我特别欣赏作者处理“例外”和“限制条件”的方式，他从不回避实验条件的局限性，反而会着重强调在哪些具体情境下某个公式或模型才适用，这对于培养科学的批判性思维至关重要，避免了死记硬背公式的误区。

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从实际操作层面来看，这本书的实验指导部分简直可以说是一份“傻瓜式”的详尽指南。我翻阅了几组典型的力学实验步骤，发现每一个操作环节都被拆解得极其细致，甚至连仪器的校准、读数的记录规范、以及数据处理的步骤，都给出了明确的模板和范例。最让我印象深刻的是，它不仅告诉我们“怎么做”，还深入解释了“为什么这么做”。比如，在某些需要多次重复测量的实验中，作者会详细论证选择多少次测量次数是统计学上合理的，并且给出了不同次数对结果精度影响的量化分析。这种深度解析，让实验不再是机械的重复劳动，而变成了一次有目的、有思考的科学探究过程，这对于培养严谨的科学态度是无价之宝。

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这本书的包装和设计真是让人眼前一亮，那种沉稳的蓝色调配上简洁的字体排版，透着一股严谨又亲切的气息。我特地留意了一下印刷质量，纸张的厚度和光泽度都恰到好处，长时间阅读也不会让人感到视觉疲劳。装订也非常牢固，感觉可以经受住反复翻阅的考验。更让我惊喜的是，书中的插图和图表处理得极为精细，无论是复杂的实验装置示意图，还是抽象的物理概念图示，线条都清晰锐利，即便是初次接触这些内容的读者，也能凭借图示快速建立起直观的认识。这种对细节的极致追求，无疑为提升阅读体验加分不少，让人在正式开始钻研实验内容之前，就已经对这本教材的专业性和用心程度有了初步的肯定。它给我的感觉就像一位经验丰富的老教授，在精心准备好一切教学工具后，微笑着邀请你进入他的实验室。

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这本书在数据处理和结果分析这一块，展现出了极高的实用价值，明显超越了一般实验手册的范畴。它没有停留在基础的线性拟合层面，而是系统地介绍了多种高级数据处理技巧，比如最小二乘法的原理推导和在实际计算中的应用实例。我注意到，书中还专门辟出了一块内容讲解如何利用常用软件（例如某个特定的绘图软件或统计工具）来高效地完成复杂的曲线拟合和误差传播计算，这对于现代物理实验的实际需求来说，是至关重要的技能补充。更难得的是，对于实验结果的讨论部分，它没有提供标准答案式的结论，而是引导读者去思考实验误差的来源、是否符合理论预期，以及如何设计下一步的改进实验来验证假设，真正体现了科学研究的迭代精神。

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