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出版者:浙江大学

作者:张晓华

出品人:

页数:239

译者:

出版时间:2005-4

价格:20.00元

装帧:平装

isbn号码:9787308041577

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探寻微观世界的奥秘：《量子力学导论》 一部全面、深入的量子力学科普与基础教程，为初学者构建坚实的理论基石。 《量子力学导论》并非一本涵盖大学物理所有基础概念的“通识”读物，它聚焦于现代物理学的核心支柱——量子力学。本书旨在为物理学、化学、材料科学以及相关工程领域的本科生和研究生提供一个清晰、严谨且富有启发性的入门路径。我们深知，量子力学往往被视为抽象和反直觉的学科，因此，本书的设计理念是“从直觉到精确，从现象到理论”。 本书内容结构严谨，共分为六个主要部分，覆盖了从经典物理的危机到现代量子理论的建立与应用的全过程。 第一部分：经典物理的黄昏与量子概念的萌芽（第1章至第3章） 本部分旨在回顾并分析20世纪初经典物理学（牛顿力学和经典电磁学）在解释特定实验现象时所遭遇的根本性困难，从而自然地引出量子化的必要性。 第1章：黑体辐射与普朗克假说 本章详细梳理了黑体辐射实验的背景和经典理论（瑞利-金斯定律）的失败，特别是“紫外灾难”。在此基础上，我们深入剖析了普朗克如何引入能量量子化假设 $E=nh u$ 来完美拟合实验曲线。本章重点在于理解能量的不连续性并非一个数学技巧，而是对微观世界基本属性的深刻洞察。我们还将探讨普朗克常数 $h$ 的物理意义及其在宏观尺度下被忽略的原因。 第2章：光电效应与光子的概念 光电效应是粒子性概念的有力证据。本章不仅复述了爱因斯坦对光电效应的解释，强调了光子能量 $E=h u$ 与频率的关系，更重要的是，探讨了光电效应如何彻底颠覆了经典电磁波理论中能量完全依赖于强度的观点。本章还将简要提及康普顿散射实验，用以巩固光子作为具有动量粒子的形象。 第3章：原子光谱与玻尔模型 原子光谱的离散性是量子化的最直接体现。本章从氢原子光谱（巴尔末系等）的规律性出发，详细介绍了玻尔模型的假设及其成功之处——特别是对氢原子能级的计算和解释。同时，我们不回避玻尔模型的局限性，例如它无法解释多电子原子、无法解释斯塔克效应和塞曼效应，这为我们向更完备的量子力学迈进铺平了道路。 第二部分：波粒二象性与不确定性原理（第4章至第6章） 在本部分，我们将引入量子力学的核心特征——波粒二象性，并探讨其必然的逻辑推论。 第4章：德布罗意物质波 德布罗意大胆地提出了物质也具有波动性。本章详细阐述了物质波的波长 $lambda = h/p$ 及其实验验证，重点讨论戴维孙-革末实验。通过对电子衍射图案的分析，学生将直观理解宏观物体的波动性为何难以察觉。 第5章：波函数与概率诠释 随着物质波概念的引入，我们需要一个新的数学工具来描述微观粒子。本章正式引入波函数 $Psi(r, t)$，并详细解释了玻恩的概率诠释：$|Psi|^2$ 代表在某一时刻、某一空间找到粒子的概率密度。我们讨论了归一化条件和概率流密度，这是理解量子态概率性的基础。 第6章：海森堡不确定性原理 这是量子力学对经典确定性观念的致命一击。本章从对波包的分析出发，严谨推导出位置和动量的标准差之间的关系 $Delta x Delta p geq hbar/2$。我们还将讨论能量与时间的不确定性关系，并区分不确定性原理（内在属性）与测量误差（技术限制）的区别。 第三部分：薛定谔方程与一维势场问题（第7章至第9章） 本部分是本书的核心数学结构部分，专注于薛定谔方程的应用。 第7章：定态薛定谔方程 本章推导并阐述了时间无关的定态薛定谔方程 $hat{H}psi = Epsi$。我们讲解了动量算符、能量算符（哈密顿算符）的量子力学形式，并强调了该方程作为量子力学基本定律的地位。本章也将讨论本征值问题和本征函数正交性的重要性质。 第8章：无限深势阱与势垒穿透 我们从最简单的势场问题——无限深势阱开始，求解定态薛定谔方程，得出能级的量子化和波函数的宇称性。随后，引入有限深势阱的边界条件处理。高潮部分是势垒问题，详细分析了量子隧穿效应——这一完全依赖于波函数特性的现象，并计算了穿透概率。 第9章：谐振子与量子力学的振动 量子谐振子是物理学中最重要的模型之一。本章介绍其薛定谔方程的求解，重点展示其能级间隔的等距性 $E_n = (n+1/2)hbaromega$，并强调零点能的存在。我们将对比经典谐振子与量子谐振子的行为差异。 第四部分：三维空间与角动量（第10章至第12章） 本部分将理论扩展到三维空间，引入角动量算符和氢原子的精确解。 第10章：三维空间的薛定谔方程与自由粒子 将一维方程推广到三维，讨论球坐标下的分离变量法。自由粒子的解（平面波）展示了动量完全确定的粒子如何具有无限的概率分布，这是对波函数概念的又一次深化。 第11章：轨道角动量与对易关系 本章重点介绍轨道角动量算符 $hat{L}_x, hat{L}_y, hat{L}_z$ 及其平方 $hat{L}^2$。严格推导这些算符之间的对易关系，并解释对易关系在物理上的含义：哪些物理量可以同时被精确测量。本章将得出角动量量子化、$L^2$ 的本征值为 $l(l+1)hbar^2$ 和 $L_z$ 的本征值为 $m_lhbar$。 第12章：氢原子：解决万有引力下的量子系统 这是全书最复杂的数学推导之一。本章利用球坐标下的薛定谔方程，通过分离径向方程和角向方程（角向方程即是前一章的角动量求解），精确求得了氢原子（中心势场问题）的能级 $E_n = -m_e e^4 / (2hbar^2 n^2)$，完美重现了玻尔的结果，并给出了量子数 $n, l, m_l$ 的物理意义。 第五部分：自旋、全同粒子与近似方法（第13章至第15章） 本部分转向对现代量子力学至关重要的概念：内禀角动量和处理复杂系统的工具。 第13章：电子自旋的引入 本章介绍斯特恩-盖拉赫实验的无可辩驳的证据，证明电子具有内在的角动量——自旋 $s=1/2$。我们定义了自旋算符 $hat{S}_z$ 的本征值 $+hbar/2$ 和 $-hbar/2$，并介绍了泡利矩阵，这是自旋理论的数学工具。 第14章：全同粒子与泡利不相容原理 当处理多电子系统时，粒子本质上的不可区分性变得至关重要。本章区分费米子（半整数自旋）和玻色子（整数自旋）。核心是泡利不相容原理，它决定了电子在原子中的排布，是化学键和元素周期表的微观基础。 第15章：时无关微扰论 在实际应用中，很少有系统能够完全用薛定谔方程的精确解来描述。本章详细介绍一阶和二阶非简并定态微扰论的计算方法，并简要介绍简并情况下的处理，为计算原子中的斯塔克效应和塞曼效应等提供了必需的近似工具。 第六部分：延伸与应用（第16章） 第16章：从量子力学到量子场论的展望 本章作为总结和展望，简要讨论了相对论量子力学（狄拉克方程的必要性）、量子电动力学（QED）的基本思想，以及量子信息处理中的基本概念（如量子比特）。本章旨在激发读者对更前沿物理学的兴趣。 本书特色： 严谨的数学推导： 每一步推导都力求清晰，确保读者不仅知道“是什么”，更知道“为什么”。 丰富的例题与习题： 结合清晰的讲解，本书包含大量精选例题和难度分级的课后习题，巩固对核心概念的掌握。 历史背景穿插： 将物理概念的产生置于其历史背景中，帮助理解理论的演进逻辑。 《量子力学导论》旨在打破学习量子力学的恐惧，引导读者以批判性思维和严谨的数学工具，真正掌握这门描述自然界最基本层面的科学语言。

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我对这本书的排版和印刷质量比较挑剔，因为涉及大量矢量符号和复杂的希腊字母，印刷的清晰度直接决定了阅读体验。幸运的是，这本《大学物理一本通》在这方面做得非常出色。所有的图示，尤其是电磁场中那些复杂的磁力线和电场分布图，线条清晰、层次分明，即使用放大镜看，也不会出现模糊的边缘。这在处理三维空间问题时尤为重要。我记得有一次在学习电磁感应定律时，光是那个磁通量的概念就让我头疼不已，但书中的那个动态示意图，通过不同的阴影和箭头方向，极其直观地展示了线圈穿过磁场时的变化过程，一下子就让那个抽象的概念变得具象化了。此外，这本书在公式引用上做得也很好，每一个公式旁边都紧跟着编号，读者可以很方便地在正文和章节末尾的参考表中进行对照，极大地提高了查阅效率，省去了我翻来覆去核对编号的烦恼。

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说实话，当我第一次尝试用这本书来攻克热力学时，体验有些复杂。这本书的理论推导非常严谨，逻辑链条几乎是无懈可击的，每一个公式的引用都有迹可循，这对于追求完美的理工科思维来说是极大的享受。我花了整整一个下午的时间，才把熵增定律那几页内容彻底消化吸收。它不像有些辅导书为了追求“快餐式学习”，把复杂的概念简化得过于粗糙，这本书显然是面向那些希望真正“搞懂”物理的人群。但是，这种严谨也带来了一个小小的副作用——对于时间紧张的学生来说，阅读的节奏会比较慢。我发现自己不得不频繁地停下来，在草稿纸上复述一遍作者的逻辑步骤，否则很容易在下一段就被带偏。不过，这种“慢”其实是一种投资，它强迫你把知识内化，而不是仅仅停留在表层记忆。我特别欣赏它在每一章末尾设置的“易混淆概念辨析”部分，里面针对那些学生最容易犯的认知错误进行了精准打击，每次都让我茅塞顿开，避免了日后走弯路。

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这本书的封面设计得相当朴实，拿到手里分量十足，一看就知道是那种内容扎实、可以作为工具书常备的类型。我当时买它主要是为了应对期末考试周的突击复习，因为手头上的教材内容实在有些零散，需要一本能系统梳理框架的辅导书。翻开目录，我立刻被它清晰的章节划分吸引了，从经典力学的基础概念，到电磁学那些复杂的场论，再到量子力学的初步探索，它几乎涵盖了所有核心领域。尤其让我印象深刻的是，对于那些抽象的数学推导，作者并没有直接扔出一堆公式，而是煞费苦心地用日常的、甚至带点生活气息的比喻来解释背后的物理图像，比如用一个拉紧的皮筋来解释势能，这对于我这种初期对微积分感到畏惧的初学者来说，简直是救星。虽然有些章节的深度可能还达不到专业研究生的水平，但对于本科阶段的要求来说，它的覆盖面和讲解的透彻度是相当令人满意的。特别是那些例题的设计，往往不是那种套路化的简单计算，而是需要你真正理解原理才能下笔的综合应用题，做完一套下来，感觉对知识的掌握又上升了一个台阶。

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说实话，这本书最让我感到物超所值的地方，在于它对解题思维的引导。很多辅导书只会告诉你“怎么做”，但这本书更多地在探讨“为什么这么做”。它在每个知识点讲解后，都会附带一个“思维导图式”的解题步骤梳理，这个梳理不仅仅是步骤的罗列，更像是对解题策略的预演。比如，面对一个复杂的圆周运动问题，它会先分析受力，然后迅速判断需要用到哪个运动学方程，最后提醒读者检查单位和物理意义是否合理。这种系统性的解题框架训练，比死记硬背公式有效得多。我尝试着用它提供的框架去解决我自己的习题集，结果正确率和解题速度都有了显著提升，这感觉就像是突然获得了一套高效率的“操作系统”，让我的物理学习效率实现了质的飞跃。这本书真的教会了我如何像一个真正的物理学家那样去思考问题，而不是仅仅做一个计算机器。

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这本书的风格非常“硬核”，它更像是一位经验丰富的老教授在为你单独授课，而不是一个幽默风趣的同龄人试图让你轻松入门。它几乎没有穿插任何与学习无关的闲聊或轶事，每一个字都紧紧围绕着物理知识的传授。这种不加修饰的直接性，对于那些目标明确、自律性强的学习者来说，简直是如虎添翼。我曾用它来准备一次难度较大的校内竞赛，发现它提供的深度分析角度，往往是教科书不会涉及的“灰色地带”。比如在处理简谐振动的阻尼问题时，它不仅给出了标准的解，还深入探讨了不同阻尼系数下解的渐进行为，这种对极限情况的探讨，极大地拓宽了我的思维边界。唯一的遗憾或许是，对于那些完全没有物理基础的“小白”来说，这本书的起点可能设置得略高，可能需要搭配一些更基础的入门读物作为前置知识铺垫，否则初期的阅读体验可能会有些吃力。

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