现代光学导论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:湖北科学技术出版社

作者:是度芳

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1900-01-01

价格:30.00元

装帧:

isbn号码:9787535228956

丛书系列:

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• 光学
• 物理学
• 现代光学
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• 光学工程
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经典力学：从牛顿到拉格朗日 本书旨在为物理学、工程学及相关领域的学生和研究人员提供一套全面而深入的经典力学基础。 我们将从宏观现象的描述出发，逐步深入到微观作用机制的数学框架构建，旨在培养读者对运动、力、能量和角动量等核心概念的深刻理解，并掌握分析复杂物理系统的强大工具。 第一部分：基础与运动学（Kinematics and Foundations） 本部分奠定我们后续所有讨论的基石。首先，我们将仔细审视牛顿力学的基本公设，特别是牛顿三定律在不同参考系下的适用性。伽利略变换和惯性系的引入，是理解相对性思想的起点。 1. 粒子动力学与运动的描述： 我们将详细探讨描述粒子运动的数学工具——矢量和张量。坐标系的选择（笛卡尔、柱面、球坐标系）及其在描述空间运动中的优劣将被详尽对比。重点分析瞬时速度、加速度的定义，并引入定积分和微分方程在求解实际运动轨迹中的应用。对于受恒力场（如均匀重力场）中的运动，将给出精确的解析解。 2. 约束与约束力： 真实世界中的运动往往受到各种几何约束，例如系在一个轨道上的珠子，或在平面上滚动的轮子。本章将系统介绍如何用数学语言表达这些约束，并区分它们是完整的（holonomic）还是非完整的（nonholonomic）。约束力的处理是经典力学中的一个难点，我们将展示如何通过引入拉格朗日乘子法来有效地处理这些限制，而无需显式地计算约束力本身。 3. 振动与波的初步分析： 简谐振动（Simple Harmonic Motion, SHM）是自然界中最基本、最普遍的运动形式之一。我们将深入研究受阻尼和受迫振动的现象，分析振幅、相位、共振等关键物理量。在此基础上，引入一维波动方程，探讨波的传播特性、叠加原理和驻波现象，为后续的场论分析做好铺垫。 第二部分：积分守恒定律与高级工具（Integral Laws and Advanced Formalisms） 经典力学的真正威力在于其守恒定律和高效的变分原理。本部分将从能量和动量的角度，重新审视牛顿定律，并引入更具普适性的拉格朗日力学框架。 4. 功、能与势能： 功的概念是连接力与能量转化的桥梁。我们将详细区分保守力和非保守力的作用，引入势能的概念及其与力的梯度关系。动能定理、保守力做功与势能的关系，最终导向能量守恒定律。我们将通过大量的实例（如弹簧系统、引力势阱）来巩固能量方法的实用性。 5. 动量、角动量及其守恒律： 动量定理和角动量定理是处理碰撞、转动和轨道动力学的核心工具。碰撞问题将按照完全弹性、完全非弹性进行分类讨论。对于刚体转动，我们将引入转动惯量（二阶张量）的概念，并推导转动刚体的牛顿第二定律（$oldsymbol{ au} = frac{dmathbf{L}}{dt}$）。角动量守恒在星系动力学和量子力学中扮演着至关重要的角色，本章将详尽阐述其物理意义。 6. 变分原理与拉格朗日力学： 这是经典力学的现代基石。我们将引入泛函的概念，并推导欧拉-拉格朗日方程（Euler-Lagrange Equation）。拉格朗日量$L = T - V$（动能减去势能）的构建，使得我们能够用标量函数来描述系统的动力学，极大地简化了对复杂约束系统的处理。本章将展示如何从拉格朗日量出发，自然而然地推导出动量和能量的守恒量（诺特定理的初步应用）。 第三部分：刚体动力学与场论的初步（Rigid Body Dynamics and Field Theory Preliminaries） 系统复杂性的增加要求我们使用更精细的数学工具来描述运动。 7. 刚体动力学（Advanced Rigid Body Motion）： 刚体是粒子系统的理想化模型，其内部任意两点间的距离保持不变。我们将超越质心运动的简单描述，深入探讨刚体绕任意固定轴的转动，引入转动惯量张量，并推导欧拉方程（Euler's Equations）来描述自由刚体的非定常转动。陀螺仪和进动问题将作为经典应用的实例进行深入分析。 8. 哈密顿力学（Hamiltonian Mechanics）： 作为拉格朗日力学的进一步升华，哈密顿力学将系统的描述从广义坐标和广义速度空间，转换到相空间（Phase Space），即广义坐标和共轭动量空间。我们将推导哈密顿正则方程，并探讨泊松括号（Poisson Bracket）这一核心数学结构。哈密顿量$H$通常对应于系统的总能量，它为从经典力学过渡到量子力学提供了最直接的数学路径。 9. 基础的经典场论概念： 在分析连续介质（如流体或弹性体）的运动时，我们需要从离散的粒子系统转向连续场。本章将对经典场论进行初步的探讨，引入连续系统的拉格朗日密度和欧拉-拉格朗日方程的场论形式，为深入研究电磁学和流体力学打下理论基础。 本书的特色在于贯穿始终的数学严谨性与物理直觉的平衡。每章均配有大量的习题，从基础计算到需要综合运用多方面知识的难题，旨在帮助读者真正掌握这些历经时间考验的物理学和数学工具。通过对运动、力、能量和对称性的系统性探索，读者将能够自信地应对从行星轨道计算到复杂机械设计的各类经典力学问题。

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老实说，我挑选这本《现代光学导论》是抱着一种审视和挑剔的态度。市面上的光学教材汗牛充栋，大多要么是故纸堆里的经典，理论框架虽好但与现代实验脱节；要么就是过度聚焦于某个前沿领域（比如激光或光电子），却对基础的物理原理敷衍了事。然而，这部作品展现出一种罕见的“时代感”。它没有沉湎于纯粹的经典电磁场理论的繁复推导中不能自拔，而是巧妙地将量子力学的基本思想融入了对光子概念的引入。最让我眼前一亮的是其关于“光场量子化”的介绍。即便没有深入到量子场论的层面，作者也通过对光子能级、自发辐射和受激辐射速率的定性描述，为后续理解激光器的工作原理铺平了道路。这种在经典物理和现代物理之间架设桥梁的努力是值得称赞的。更不用说，它对现代光学技术的应用描述也十分到位。例如，在讨论光纤通信时，书中不仅解释了全内反射的原理，还引入了模式色散和模间串扰等实际工程问题，并从波动理论层面进行了定量分析，这使得这本书的实用价值大大提升。对于研究生或高年级本科生而言，这样的内容深度是恰到好处的——既保证了理论的严谨性，又提供了面向实际研究的视野。阅读体验上，排版清晰，公式推导逻辑流畅，很少出现需要反复跳跃查找先前定义的符号，整体阅读体验非常流畅，极少产生阅读障碍感。

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这本书的叙事风格非常独特，它仿佛不是一本教科书，而更像是一位老教授在给他最得意的弟子讲解物理世界的奥秘。它的语言充满了对物理美学的追求。例如，在讲解光的传播路径时，作者引入了费马原理，并不仅仅将其视为几何光学中的一个工具，而是将其提升到“最小作用量”的哲学高度去阐释，这种宏大的视角立刻将读者的思维从具体的Ray Tracing提升到了更本质的物理规律层面。这种风格使得阅读过程充满了愉悦感，枯燥的数学推导也因此被赋予了生命力。特别值得一提的是，这本书在“光的偏振态”一节中，用几何图形和三维向量的旋转来解释圆偏振光和椭圆偏振光的相互转换，这种高度可视化的解释方法，使得那些在传统教材中显得晦涩难懂的相位差和旋转角度的关系变得一目了然。我甚至可以想象在课堂上，老师用同样的图示来辅助讲解。如果说有什么可以改进的地方，那就是在处理一些涉及复杂矩阵运算的章节时，如果能穿插更多的实际案例或历史背景介绍，来缓和数学推导的强度，或许能让更广泛的读者群体接受。但总的来说，它成功地将枯燥的物理定律转化为一场关于光与空间的精彩对话。

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这本《现代光学导论》的出版，无疑为我们这些醉心于光与物质相互作用的学者和爱好者带来了一份及时的甘霖。我接触光学教材已有数载，深知优秀的导论性著作应当在严谨的理论深度与清晰的物理图像之间找到一个完美的平衡点。初翻此书，最令人印象深刻的是其对基础概念阐述的细腻程度。作者似乎深谙初学者在面对波粒二象性、傅里叶光学变换这类抽象概念时的困惑，因此，在处理电磁波理论在介质中的传播时，并未急于堆砌复杂的矢量微积分，而是花了大量的篇幅，从麦克斯韦方程组的边界条件出发，结合直观的几何光学图像逐步过渡到波动光学，这种“循序渐进”的教学设计，极大地降低了理解门槛。特别是关于光的干涉与衍射部分，书中的插图质量极高，不仅清晰地展示了夫琅禾费衍射的远场特征，还细致地剖析了菲涅尔衍射的近场效应，通过对比两种模式，读者能更深刻地理解衍射现象的本质差异。此外，作者对偏振光那一章的处理也堪称一绝，不仅仅停留在琼斯矩阵的代数运算上，而是结合了马吕斯定律、布儒斯特角等实验现象，用更具物理意义的方式去解释光的电场矢量在不同介质界面上的变化规律。对于想要打下扎实基础的本科生来说，这本书提供了一个坚实、可靠的起点，它不是那种只罗列公式的“工具书”，而更像是一位经验丰富的导师，耐心地引导你领略光学的迷人世界。我期待能有更多时间深入研读其关于光与物质相互作用的高级章节，相信定能获益匪浅。

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坦率地讲，我对这本书的整体感受是，它在“深度”上达到了一个较高的水准，但在“广度”上似乎有所取舍。这本书的优势无疑在于对核心概念的精耕细凿。比如，在处理阿贝衍射极限和分辨率问题时，作者没有满足于简单的瑞利判据，而是深入探讨了衍射屏的限制、像差对图像质量的影响，甚至提到了点扩散函数（PSF）和调制传递函数（MTF）的基本概念。这表明编者对于光学成像系统的物理本质有着深刻的理解，并且愿意花笔墨去剖析这些细节。我个人尤其欣赏作者在章节末尾设置的“深入探讨”或“思考题”部分，它们往往不是简单的计算题，而是引导读者去思考实验条件的改变如何影响观测结果，这极大地激发了批判性思维。然而，我也注意到，这本书在某些现代光学分支的介绍上显得相对简略。例如，在非线性光学效应的介绍部分，仅仅触及了倍频和意大利面效应的现象层面，对于更复杂的参量放大或超快光学现象的涉及就比较少了。这或许是受限于篇幅或“导论”的定位，但对于希望全面了解当代光学研究热点的读者来说，可能需要配合其他更专业的书籍进行补充阅读。总而言之，它更像是一本打地基的基石之作，非常扎实，但要盖起高楼，还需要后续的专业书籍来填充结构。

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我一直认为，一本好的导论性教材，其价值不仅在于它传授了多少知识点，更在于它教会了读者如何“思考”光学问题。这本书在这方面做得非常出色。它不仅仅是关于“如何计算衍射光斑大小”的指南，它更致力于培养读者对光现象的直觉判断力。最体现这一点的是作者在处理色散关系和群速、相速区分的章节。作者花费了大量篇幅，利用不同的折射率随频率变化的曲线，非常清晰地展示了“相速度”与携带能量的“群速度”之间的物理差异，并巧妙地通过一个非常直观的“波包”移动的动画思路（尽管是静态图示）来辅助说明。这种深入本质的讲解，避免了读者仅仅停留在$v_p = omega/k$和$v_g = domega/dk$的公式记忆上。此外，这本书的排版也值得称赞，它在关键公式和定义旁使用了不同的字体或加粗处理，使得重点突出，非常有利于自学。对于像我这样需要在繁忙的工作中挤时间学习的专业人士来说，这种清晰的结构和重点突出的设计，无疑能极大提高学习效率。它不仅是一本教材，更像是一本能够引导你建立稳固的光学思维框架的指导手册，尽管某些高级主题的展开稍显保守，但其为后续深入研究打下的基础绝对是坚如磐石的。

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