技术物理基础(下册)

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出版者:高等教育
作者:丁振华 编
出品人:
页数:173
译者:
出版时间:2005-2
价格:19.50元
装帧:
isbn号码:9787040156393
丛书系列:
图书标签:
  • 技术物理
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具体描述

《技术物理基础下(工科类)》是根据全国五年制高等职业教育公共课程开发指导委员会2000年审定的《技术物理基础课程基本要求》编写的。教材在内容上精选了学生终身学习和后续课程学习必备的基础知识与技能,将与物理有关的新知识、新技术、新工艺及时反映到教材中来,使物理的基础性与技术性、物理原理与工程技术有机结合,突出了教材的实用性、先进性和职教特色。全书分上、下两册,上册包括力学、热学;下册包括电磁学、光学、原子核基础知识、物理学与高新技术、物理学与环境保护等内容。《技术物理基础下(工科类)》内容通俗易懂,语言简练,插图丰富,可供五年制高职工科各专业使用,也可作为中职教材使用。

现代科技前沿探索:材料科学与器件原理 图书简介 本书深入探讨了现代科技领域中至关重要的两个交叉学科:先进材料的结构、性能与应用,以及微纳尺度电子器件的设计、制造与工作机理。全书旨在为读者提供一个全面且深入的知识框架,连接起基础物理、化学原理与前沿工程实践之间的桥梁。我们力求从第一性原理出发,逐步剖析宏观现象背后的微观机制,并展示这些机制如何转化为具有颠覆性的功能材料和高效能电子元件。 本书内容广泛,结构严谨,适合物理学、材料科学、电子工程、化学工程等相关专业的本科高年级学生、研究生以及从事高新技术研发的工程师和科研人员阅读。 --- 第一部分:先进功能材料的微观结构与宏观性能 本部分聚焦于当代科技发展不可或缺的几类关键材料体系,详细解析其原子排列、晶体缺陷、电子结构如何决定其电学、光学、力学及热学特性。 第一章:晶体结构与缺陷工程 本章首先回顾晶体学的基本概念,包括布拉菲点阵、密堆积结构和倒易点阵。在此基础上,重点剖析点缺陷(空位、间隙原子、取代原子)、线缺陷(位错)和面缺陷(晶界)的形成热力学与动力学过程。深入探讨位错的运动如何支配金属的塑性变形,以及高角度晶界对材料电荷传输和机械强度的影响。特别关注半导体材料中的掺杂缺陷的能级调控,这是实现特定导电类型的基石。最后,引入非晶态材料的结构描述方法,如径向分布函数(RDF)的分析,并讨论玻璃化转变温度的重要性。 第二章:半导体物理与能带理论的深化 本章从量子力学基础出发,严谨推导周期性势场中电子的薛定谔方程解——能带结构。详细阐述了有效质量的概念,它如何解释电子和空穴在晶格中的运动特性。关键概念如有效质量张量、能带间隙的直接/间带性质,以及它们的区别对光电器件性能的决定性影响被深入探讨。讨论了掺杂对费米能级的精细调控,以及本征、外禀半导体的载流子浓度计算。此外,引入了表面和界面物理,解释了肖特基势垒和PN结的形成过程,为后续器件章节打下基础。 第三章:磁性材料的量子起源与应用 磁性是现代信息存储和自旋电子学的核心。本章从朗道-费米液体理论视角切入,解释了电子的自旋与轨道角动量的耦合。详细分析了铁磁性、反铁磁性、顺磁性和抗磁性的微观根源,重点阐述了交换相互作用(Exchange Interaction)的本质及其对磁畴形成的影响。介绍了布洛赫壁(Bloch Wall)的结构与运动,以及磁滞回线的形成机理。在应用层面,深入讨论了巨磁阻效应(GMR)和隧道磁阻效应(TMR)的物理机制,这些效应是高密度硬盘和MRAM的核心技术支撑。 第四章:光学活性材料与光子学 本章专注于材料如何与光相互作用。从麦克斯韦方程组在介质中的传播出发,讨论了光的吸收、发射和散射过程。重点研究了半导体中光激发载流子的复合机制(辐射复合与非辐射复合),这直接决定了LED和激光器的效率。对于介电材料,解析了极化机制(电子极化、离子极化、空间电荷极化),并讨论了铁电材料的自发极化现象和电滞回线。此外,引入了等离激元(Plasmonics)的概念,探讨金属纳米结构如何实现对光的局域化增强,为超快光学和生物传感提供材料基础。 --- 第二部分:微纳电子器件的物理基础与先进设计 本部分将前一部分建立的材料知识应用于具体的电子和光电器件,重点分析器件的工作原理、性能限制因素以及面向未来集成电路的新型器件设计。 第五章:半导体器件的经典模型与工作原理 本章系统回顾并深化了PN结二极管的物理模型。详细推导了在不同偏置电压下的电流-电压(I-V)特性曲线,包括漂移电流和扩散电流的贡献。重点解析了雪崩击穿和齐纳击穿的物理机制。接着,本书转向场效应晶体管(FET),详细阐述了MOS结构(金属-氧化物-半导体)的电容-电压(C-V)特性,包括耗尽区、反型层和理想平带电压的计算。随后,深入分析了MOSFET的各种工作区(亚阈值、线性区、饱和区)的载流子输运模型,并讨论了短沟道效应(SCEs)的物理根源及其对器件性能的劣化。 第六章:光电器件的能流转换机理 本章聚焦于能量的电-光和光-电转换器件。对于发光二极管(LED),详细分析了异质结结构中载流子注入、复合效率和光提取效率的瓶颈。重点讨论了量子阱(Quantum Well)结构如何通过量子限制效应提高发光效率。在光电探测器方面,解析了PN结光电二极管、雪崩光电二极管(APD)和光电导探测器的响应速度和量子效率。对于更高级的光伏器件,本章阐述了太阳能电池的等效电路模型、开路电压、短路电流密度以及最大功率点效率的计算方法,并讨论了薄膜太阳能电池(如钙钛矿电池)的界面问题。 第七章:存储器技术与新型存储器件 现代计算对非易失性存储的需求日益增加。本章首先回顾了浮栅晶体管(Flash Memory)的工作原理,重点分析了 Fowler-Nordheim 隧穿和热载流子注入机制在数据写入/擦除中的作用。随后,引入了新兴的存储技术。对于阻变存储器(RRAM),深入探讨了电导开关效应的物理模型,包括氧空位迁移和金属纳米丝的形成。对于相变存储器(PCM),解析了硫族化物玻璃在电场或焦耳热作用下晶化与非晶化转变的动力学过程及其电阻切换的物理机制。最后,讨论了自旋转移矩(STT-MRAM)中,自旋极化电流对磁矩翻转的有效驱动力。 第八章:集成电路中的热管理与可靠性 随着器件特征尺寸的缩小,热效应已成为限制集成电路性能和寿命的关键因素。本章讨论了微电子芯片中的热产生源(焦耳热、自热效应)和热耗散路径(芯片内部、界面热阻、封装)。引入了热阻的概念和有限元分析在热设计中的应用。此外,探讨了影响器件长期可靠性的关键物理过程,如电迁移(Electromigration,原子沿电流方向的漂移)的Hillard模型及其在互连线设计中的应用,以及静电放电(ESD)损伤的机理和防护结构。 --- 结语 本书将理论的深度与工程的广度相结合,不仅阐述了“是什么”,更深入探究了“为什么”和“如何做”。通过对材料与器件物理的系统性梳理,读者将能以更深刻的视角理解当前信息、能源和传感技术的核心驱动力,并为未来的创新研究奠定坚实的理论基础。

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读后感

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用户评价

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我一直对“物理”这个词有着莫名的敬畏,《技术物理基础(下册)》这本书,恰恰满足了我这种探究的欲望,但又不至于让我望而却步。作者在讲解材料科学部分时,我至今印象深刻。他从原子间的相互作用讲起,解释了金属、陶瓷、聚合物等不同材料的结构特点和性能差异。我之前以为金属就是“硬邦邦”的,但书中通过对位错理论的讲解,让我理解了金属的塑性变形是如何发生的,以及如何通过合金化来改善其力学性能。对于陶瓷的脆性,作者也用晶格结构和化学键的特点进行了细致的解释。最让我感到惊奇的是,书中还提到了复合材料,以及它们如何结合不同材料的优点来达到更优异的性能。这种对材料微观结构的深入剖析,让我对身边的各种材料有了全新的认识,也让我理解了为什么不同的材料适合用于不同的场合。这本书让我觉得,物理学的力量,就体现在它能够解释和预测我们周围物质世界的各种特性。

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说实话,我对《技术物理基础(下册)》的初印象是“厚重”。它不像那些轻飘飘的科普读物,字里行间都透露着一种扎实的学术气息。我担心自己会望而却步,但事实证明我的顾虑是多余的。在量子力学的部分,作者以一种非常巧妙的方式引入了波粒二象性。我一直以为这是一个难以理解的概念,但书中通过对电子衍射实验的详细解读,并辅以精密的数学推导,让我逐渐拨开了迷雾。作者并没有直接给出结论,而是引导我一步步跟随实验的逻辑去思考,去感受微观世界的奇妙。书中对薛定谔方程的讲解也十分到位,从其提出背景到各个项的物理意义,都解释得淋漓尽致。我尤其欣赏的是,作者并没有回避数学的严谨性,而是将复杂的数学公式置于清晰的物理背景之下,使得数学不再是冰冷的符号,而是描述物理规律的有力工具。读这本书,我感觉自己像是在搭建一座知识的桥梁,每一章节的学习都是一块重要的基石,而作者则是一位经验丰富的建筑师,指引我稳固地向前迈进。这本书让我意识到,看似高深的理论,只要方法得当,也可以变得触手可及。

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拿到《技术物理基础(下册)》之前,我总觉得“技术物理”这个词听起来就非常高深莫测,而且“下册”两个字也暗示着前面还有更厚的理论基础。但我的好奇心驱使我还是翻开了它。我被作者独特的讲解风格所吸引,他似乎有一种魔力,能够将极其抽象的概念变得具体可感。在固体物理部分,作者用“小球的弹跳”来比喻晶格振动,用“能量的阶梯”来描述电子能级,这些生动的比喻让我轻松地理解了布里渊区、声子等概念。更让我惊喜的是,书中还提到了固体的磁性,例如铁磁性、反铁磁性等,以及它们在数据存储、传感器等领域的应用。我之前从未想过,我们身边无处不在的磁现象,竟然有着如此深刻的物理根源。这本书不仅教授了我知识,更重要的是,它打开了我认识世界的新视角。我开始用物理的思维去观察周围的事物,去思考它们是如何运作的。这种学习体验,让我觉得知识的学习不再是被动的接受,而是主动的探索。

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说实话,《技术物理基础(下册)》给我的第一感觉是“学术”。我是一名对技术充满好奇的跨专业学习者,担心这类书籍会过于理论化,难以消化。然而,在阅读过程中,我惊喜地发现作者有着极强的逻辑组织能力和化繁为简的功力。例如,在讲到半导体物理时,作者并没有直接抛出各种能带图和导电机制,而是从晶体结构入手,通过非常形象的类比,比如“电子的摇篮”来解释价带和导带的概念,以及掺杂对导电性的影响。书中对 PN 结的讲解也相当细致,从载流子的扩散和漂移到势垒的形成,每一步都解释得清清楚楚,让我能够理解二极管和三极管为何能够工作。我特别喜欢书中用图示和示意图来辅助讲解,这些图不仅清晰美观,而且能够帮助我快速抓住核心概念。这本书让我觉得,虽然技术物理听起来很高大上,但它的核心原理并非遥不可及,通过扎实的理论基础,一切都变得可以理解。我对于一些电子元器件的认识,也因此有了更深层次的理解,不再是停留在“能用”的层面,而是理解了“为何能用”。

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初拿到《技术物理基础(下册)》时,我并没有抱有太高的期望,毕竟“基础”二字似乎预示着枯燥乏味的理论堆砌。然而,翻开第一页,我便被作者严谨的逻辑和清晰的阐述所吸引。书中对各个技术物理分支的讲解,虽然是基础,但绝不浅尝辄止。例如,在关于电磁学的部分,作者并没有止步于麦克斯韦方程组的罗列,而是通过大量生动形象的类比,将那些抽象的概念具象化。我至今仍清晰地记得,作者用“河流”来比喻电场线,用“漩涡”来描绘磁场,这种方式极大地降低了理解难度,让我能够更深刻地体会到电磁波的传播机制以及其在现代通信技术中的应用原理。不仅仅是理论,书中还穿插了许多实际应用的案例,比如微波炉的工作原理、核磁共振成像技术的基础等等,这些都让我看到了理论与实践之间紧密的联系,也让我对这个学科产生了浓厚的兴趣。我原以为学习技术物理会是一段艰辛的旅程,但这本书让我觉得,原来基础理论的学习也可以如此有趣和富有启发性。它不仅仅是一本书,更像是一位循循善诱的老师,耐心解答我心中无数的疑惑,让我对技术物理的理解从模糊到清晰,从片面到全面,打下了坚实的基础。

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我是一个对物理学理论在实际技术中的应用场景有着强烈求知欲的读者。《技术物理基础(下册)》在这方面做得非常出色。书中关于光学的部分,我至今难忘。作者不仅仅讲解了光的波动性和粒子性,更重要的是,他将这些基本原理与激光、光纤通信等现代技术紧密结合。我一直以为激光只是一种“强大的光”,但书中通过对受激辐射原理的讲解,让我理解了激光是如何产生的,以及它为何具有方向性强、单色性好等优良特性。对光纤通信的讲解更是让我大开眼界,从全反射的原理到光信号的传输损耗,我都得到了清晰的认识。书中还穿插了对光学成像、衍射等现象在实际应用中的例子,比如相机镜头的设计、显微镜的原理等等。这让我感觉,我不仅仅是在学习物理理论,更是在学习如何用物理的眼光去审视和理解我们身边的科技。这本书让我对“技术”这个词有了更深刻的理解,它不再仅仅是冰冷的机器和复杂的电路,而是源于深刻的物理原理的智慧结晶。

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坦白说,我对《技术物理基础(下册)》的初印象是“严谨”。我担心其内容会过于理论化,缺乏实践指导。然而,在我阅读过程中,我发现作者在保持理论严谨性的同时,也巧妙地融入了大量与实际技术相关的案例。例如,在流体动力学部分,作者并没有止步于纳维-斯托克斯方程的推导,而是结合了飞机翼型设计、船舶的阻力计算等实际问题,让我看到了理论在工程应用中的重要性。他解释了伯努利原理是如何应用于飞行器升力的,以及层流和湍流的区别对流体输运效率的影响。书中还涉及了声学,比如声波的传播、共振现象以及其在建筑声学和乐器设计中的应用。这些内容让我觉得,物理学不仅仅是实验室里的公式,更是我们日常生活和工业生产的基石。这本书让我对“技术”有了更深刻的认识,它不再是凭空产生的,而是建立在对自然规律深刻理解的基础之上的。

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购买《技术物理基础(下册)》纯属偶然,我原本想找一本关于某个具体技术应用的入门书籍,但无意中看到了这本书的目录,被其中涵盖的广度和深度所吸引。尤其是在热力学与统计物理部分,作者对熵增原理的阐述,我至今记忆犹新。他没有仅仅停留在宏观的热力学定律,而是深入到微观粒子的运动和状态,通过统计的方法来解释宏观现象。我之前对“无序度”这个概念一直有些模糊的理解,但通过书中对大量粒子随机运动的模拟和解释,我才真正理解了熵的本质。书中还涉及了相变、临界现象等内容,这些都是我之前从未接触过的概念,但作者的讲解让我能够清晰地把握它们的发展脉络和物理本质。我感觉这本书就像一个万花筒,每一次翻阅都能看到不同的精彩,每一次深入都能发现新的奥秘。它不仅仅教授了我知识,更重要的是培养了我用物理的思维去观察和分析世界的能力。我对物理学的理解,也因为这本书而得到了一个质的飞跃,我开始能够从更宏观和微观的视角去看待问题。

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最初接触《技术物理基础(下册)》是被它的书名所吸引,感觉它涵盖了技术领域所需的物理学基础知识。然而,我并没有料到它的深度和广度。作者在等离子体物理这一章的讲解,让我耳目一新。我之前对等离子体只停留在“电离的气体”这个模糊的印象,但书中通过对等离子体中粒子运动、电磁场的相互作用以及其在磁约束聚变、空间等离子体等领域的应用的详细阐述,让我对这一复杂的领域有了初步的认识。作者还引入了朗缪尔探针等诊断技术,让我看到了如何通过实验来研究等离子体。这种理论与实验相结合的讲解方式,让我觉得学到的知识更加鲜活和有意义。我之前总觉得等离子体是遥不可及的科学,但这本书让我看到了它的实际应用价值,也让我对未来的能源发展有了更深的思考。这本书的价值,不仅仅在于传授知识,更在于激发读者对未知领域的探索欲。

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对于一个刚接触技术物理领域的学生来说,《技术物理基础(下册)》无疑是一座宝库。我尤其欣赏书中在深入讲解之前,总会先梳理清晰相关的历史背景和基本概念。比如在讲到核物理部分时,作者并没有直接进入核反应堆的原理,而是先回顾了放射性现象的发现,以及原子核结构的演变。他对放射性衰变规律的解释,以及 α、β、γ 射线的性质,都讲得十分透彻。我之前对核能的认识仅限于“一种强大的能源”,但通过这本书,我了解了核裂变和核聚变的原理,以及它们的能量释放机制。书中还提到了核医学中的放射性同位素应用,例如 PET 扫描,这让我看到了核物理在医疗领域的巨大潜力。这种循序渐进的学习方式,让我能够逐步建立起完整的知识体系,而不至于被海量的信息 overwhelming。这本书让我感觉到,学习是一个积累和融合的过程,而作者则是一位优秀的向导,带领我一步步走向知识的殿堂。

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