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出版者:化学工业出版社

作者:姜岩峰

出品人:

页数:309

译者:

出版时间:2005-5

价格:45.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787502565060

丛书系列:

图书标签:

• 微纳电子
• 电子器件
• 微电子学
• 纳米技术
• 半导体
• 集成电路
• 材料科学
• 物理学
• 器件物理
• 电子工程

宏观世界的奇妙旅程：一览经典力学与流体力学 本书带领读者深入探索宏观物理世界的基石——经典力学与流体力学。它并非专注于微观尺度下的半导体、集成电路或纳米结构，而是将目光投向我们日常生活周遭，那些由质量、力和运动支配的宏大现象。 第一部分：经典力学的恢弘篇章 经典力学，作为物理学的传统支柱，其魅力在于用简洁的数学语言描述了从行星运行到弹道轨迹的万千变化。本书对牛顿三大定律的阐述，将超越教科书式的罗列，着重于其深刻的物理内涵与应用。 第一章：运动的本质——时空与参考系 本章首先对“位置”、“速度”和“加速度”等基本概念进行严谨的定义，并着重探讨惯性参考系与非惯性参考系之间的本质区别。我们将详细分析在旋转参考系（如地球表面）中引入的虚拟力——科里奥利力和离心力，它们如何解释了风暴的旋转和摆锤的微小偏转。这一部分强调的不是材料的电学性质，而是物体在惯性框架下的真实运动状态。 第二章：力与相互作用——牛顿定律的实践 核心内容围绕牛顿定律展开。我们不会涉及电子的能带理论或量子隧穿效应，而是专注于宏观力的平衡与不平衡。详细分析了重力、弹力、摩擦力（静摩擦与动摩擦）以及张力。案例分析将涵盖复杂的受力分析，例如多物体系统的连接、斜面上的运动，以及绳索的张力变化。重点在于如何运用矢量分析来分解和合成这些力，以预测物体的动态行为。 第三章：能量与守恒——机械能的永恒主题 功和能是理解系统演化的关键。本章深入探讨动能和势能（包括重力势能和弹性势能），并详细推导了保守力做功的路径无关性。我们将用能量守恒定律来解决那些用牛顿定律求解起来异常复杂的动力学问题。书中将涉及“能量耗散”的概念，分析摩擦力如何将机械能转化为热能，但这一切讨论均基于宏观热力学视角，而非微观粒子的随机碰撞。 第四章：系统的动力学——动量与角动量 动量守恒定律在处理瞬时、强烈的相互作用（如碰撞）时显示出无与伦比的威力。本章细致区分了完全弹性碰撞、完全非弹性碰撞和非弹性碰撞，并运用动量守恒来推导碰撞后的速度。 更进一步，角动量及其守恒定律是理解旋转系统的关键。我们介绍转动惯量，并将其与质量分布联系起来。讨论将集中在刚体的定轴转动、力矩的计算，以及陀螺仪的进动现象。例如，如何计算一个旋转飞轮在不同转动惯量下的角动量变化率。 第五章：振动与波——周期性运动的数学描述 经典力学也涵盖了系统的周期性响应。本章将详述简谐振动（SHM）的数学模型，包括位移、速度和加速度的三角函数表示。我们将分析弹簧振子的运动，并引入阻尼振动和受迫振动，解释“共振”现象——这是一个纯粹的机械响应，与电子器件中的谐振电路概念截然不同。随后，我们将从一维波动的波动方程出发，探讨机械波（如声波和弦波）的传播特性，如波速、波长、频率、叠加原理和多普勒效应。 第二部分：流体力学的流动之美 如果说经典力学是静止与运动的科学，那么流体力学就是关于物质如何流动的科学。本书的后半部分完全聚焦于液体和气体的宏观行为。 第六章：流体的基本性质与静力学 本章首先界定流体的概念，区分液体与气体。重点介绍流体的宏观属性，如密度、比重、粘性（作为内摩擦力的度量）以及表面张力。流体静力学是本章的核心，我们详细阐述了帕斯卡原理，并深入分析了液体内部压强随深度的变化规律。阿基米德原理的推导和应用（浮力计算）将是重点，通过实际案例展示物体在流体中的平衡状态。 第七章：理想流体的动力学——欧拉方程与伯努利原理 在不考虑粘性（即理想流体）的情况下，流体的运动可以用更简洁的方程描述。我们引入流线、流管的概念，并推导了连续性方程，强调质量的守恒。随后，伯努利方程的详细推导和应用是本章的亮点，它揭示了流速与压强之间的反比关系，是理解飞机机翼升力和文丘里效应的基础。这里的分析完全基于宏观流体元的能量平衡，与半导体材料的载流子运动无关。 第八章：真实流体的运动——粘性与雷诺数 真实流体具有粘性，这是导致能量耗散和复杂流动结构（如湍流）的根本原因。本章将介绍牛顿流体和非牛顿流体的概念，并分析粘性力在流动中的作用。我们将详细讨论层流和湍流的过渡现象，并引入无量纲量——雷诺数（Reynolds Number）的重要性。通过雷诺数的量纲分析，读者可以理解在不同尺度和流速下，流动模式将如何改变，这对于水管设计或空气动力学至关重要。 第九章：边界层与阻力 在流体与固体表面相互作用的区域，粘性的影响被放大，形成了边界层。本章解释了边界层的形成、分离现象及其对物体所受阻力的影响。我们将区分压力阻力（或形状阻力）和摩擦阻力，并探讨如何通过流线设计来优化物体的空气动力学或水动力学性能。例如，分析汽车尾部的涡流如何增加整体阻力。 总结 本书内容体系庞大，旨在为读者建立一个坚实的宏观物理学框架。它专注于描述物质的运动规律、力的平衡、能量的转换以及流体的行为，完全避开了任何关于电子、半导体材料、晶体结构、量子效应或集成电路设计等微纳电子学范畴的内容。读者通过阅读本书，将掌握描述我们可见世界运动法则的经典工具。

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坦率地说，这本书的阅读体验，与其说是在“学习知识”，不如说是在和一位经验极其丰富的导师进行深度对话。它的语言风格非常严谨，但又带着一股让人信服的洞察力。很少看到一本书能如此有效地处理那些在不同尺度下行为迥异的现象。比如，它把宏观尺度的欧姆定律，如何逐渐演变成微纳尺度下的速度饱和乃至负微分电阻，整个过渡过程描述得如行云流水般自然。书中对材料选择的讨论也十分独到，它不仅仅是罗列各种半导体材料的性能参数，而是深入剖析了为什么某些材料组合在特定应用场景下具有不可替代的优势，比如对SOI技术和新型栅极介质材料的选择逻辑的剖析，非常到位。对于我这种长期在实验室摸爬滚打的研究人员来说，这本书提供了一个极佳的框架，帮助我理清了众多看似零散的实验现象背后的统一物理规律。

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这本书读起来真让人耳目一新！我一直以为自己对半导体物理和器件设计有点了解，但这本书的内容深度和广度完全超出了我的预期。它没有那种枯燥的公式推导堆砌，而是通过非常直观的案例和深入的物理图像，把复杂的电子行为解释得清清楚楚。尤其是它对新型二维材料器件的介绍，简直是打开了我对未来电子学的一扇窗。作者在讲解量子效应在微观尺度下的具体表现时，那种行云流水的叙述方式，让人感觉自己就像是在原子层面观察电子的运动一样。而且，书中对工艺限制和实际制造中的挑战也有着非常坦诚的讨论，这对于一个想真正了解“做”出器件的工程师来说，是无价之宝。我特别欣赏作者在构建知识体系上的匠心，它不是孤立地介绍每一个器件，而是将它们置于整个集成电路发展的历史脉络中进行对比和分析，读完后，我对整个微纳电子领域的发展趋势都有了一个更清晰的认识。

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这本书的排版和图示设计简直是教科书级别的典范。我手里有不少同类的专业书籍，但很多时候，复杂的概念都需要反复对照文字和插图才能勉强理解。然而，这本书在这方面做得极为出色。每一个关键的物理过程，每一个器件的截面结构，都有精心绘制的高质量彩色图解。这些图不仅清晰美观，更重要的是，它们真正起到了辅助理解的作用，很多地方图比文字更有说服力。比如在讲解MOSFET的载流子输运机制时，作者用多层次的剖面图展示了沟道电场和能带弯曲的情况，我感觉自己一下子就抓住了问题的核心。而且，书中的示例问题设计得非常巧妙，它们大多来源于实际的研究热点或工业难题，而不是那种脱离实际的纯理论计算。完成这些习题，不仅巩固了理论知识，更重要的是锻炼了解决实际工程问题的能力，这才是学以致用的关键所在。

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我发现这本书在理论深度与工程应用之间的平衡把握得极其精准，这在同类教材中是相当难得的。它没有满足于停留在宏观层面的等效电路描述，而是扎实地回溯到了半导体物理的基础——薛定谔方程的求解和费米能级的概念。然而，一旦理论基础打牢，作者立刻就将其桥接到当前最前沿的纳米尺度效应，比如量子隧穿、载流子散射的面积依赖性等。这种由浅入深、由基础到前沿的结构，使得读者在面对最新文献时，也能迅速找到其背后的理论支撑。我尤其喜欢作者在讨论先进逻辑器件时，那种既充满敬畏又保持批判性的态度。他清晰地指出了现有技术的瓶颈，并前瞻性地探讨了下一代器件（如GAAFET、隧道FET）的潜力与局限。这本书读下来，我感觉自己的理论功底被重新夯实了一遍，思维也变得更加系统和开阔。

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这本书的内容组织逻辑性极强，它像是一部精心编排的交响乐，每一个乐章（章节）都有其明确的主题和功能，但又完美地融入了整体的宏大叙事中。它从最基础的PN结展开，逐步引入了双极型晶体管，然后自然地过渡到场效应晶体管，每一步的衔接都充满了逻辑的必然性，绝无牵强附会之感。特别是关于噪声理论在微纳器件中的体现那一部分，作者没有采用那种高高在上、仅仅罗列公式的做法，而是结合了热噪声、闪烁噪声等，分析了它们对高灵敏度传感和低功耗电路设计带来的实际困扰和可能的抑制策略。这种关注实际应用挑战的写作手法，极大地提升了阅读的趣味性和实用价值。这本书读完后，我感觉自己对如何设计一个稳定、高效、低噪声的微纳电路系统，有了一种全局性的把握，它提供的视角是多层次的、整合性的。

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