中学化学实验设计与探究 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:湖南师范大学出版社

作者:黄抗强

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005-9

价格:10.00元

装帧:简裝本

isbn号码:9787810815437

丛书系列:

图书标签:

• 化学实验
• 中学化学
• 实验设计
• 探究式学习
• STEM教育
• 科学教育
• 教学参考
• 教辅
• 实验指导
• 化学教学

现代物理学前沿：从量子力学到宇宙学 图书简介 本书旨在为读者提供一个全面而深入的现代物理学导览，涵盖了自二十世纪初以来物理学领域最激动人心、最具颠覆性的进展。它不仅梳理了量子力学、相对论等奠基性理论的建立历程，更深入探讨了当前物理学研究的最前沿课题，如粒子物理学标准模型的深入验证与拓展、凝聚态物理中的新奇物态、以及对宇宙起源、结构与命运的宏大探索。本书的叙述风格力求严谨又不失启发性，旨在使对物理学有一定基础的读者能够理解这些复杂概念的内在逻辑，并体会到物理学作为一门探索自然奥秘的科学所具有的深刻魅力。 --- 第一部分：微观世界的革命——量子理论的深化与扩展 第一章：量子场论的基石与挑战 本章首先回顾了量子力学从非相对论性的薛定谔方程到狭义相对论框架下的狄拉克方程的自然过渡，强调了粒子被视为场激发态的根本观念转变。随后，重点剖析了量子电动力学（QED）的构建及其无可匹敌的精度，介绍了费曼图在计算高阶修正中的核心作用。然而，原始的场论计算中充斥着无穷大，本章将详细阐述“重整化”这一关键技术如何成功地将理论与实验观测衔接起来，使其成为现代物理学的核心工具。 第二章：标准模型的辉煌成就与未解之谜 粒子物理学的标准模型是描述除引力外所有基本粒子及其相互作用的集大成之作。本章将详细介绍夸克和轻子构成的基本物质粒子，以及传递电磁力、弱核力和强核力的规范玻色子（光子、W/Z玻色子、胶子）。尤为关键的是，本章会详细解析希格斯机制如何赋予规范玻色子和费米子质量的物理图像，并结合大型强子对撞机（LHC）对希格斯玻色子发现的实验验证。尽管标准模型取得了巨大成功，本章的后半部分将聚焦于其局限性，包括中微子质量的解释、物质-反物质不对称性（CP破坏的不足）、以及引力未被纳入体系的根本性矛盾。 第三章：超越标准模型的猜想 面对标准模型的不足，物理学家们提出了多种前沿理论来弥补空白。本章将对超对称性（SUSY）进行深入讨论，阐述其如何解决层子质量的“层级问题”并预言了新的超伴侣粒子。接着，我们将探讨超越标准模型中引入新粒子的可能性，例如大统一理论（GUT）试图将强、弱、电磁力统一在高能区。最后，本章将简要介绍弦理论的基本思想，即将基本粒子视为一维的振动弦，以及其对更高维度时空的预言，将其置于理论物理学的最前沿进行审视。 --- 第二部分：物质的复杂性——凝聚态物理的新疆界 第四章：拓扑物态的发现与特性 传统的凝聚态物理主要关注物质的对称性破缺（如晶体的形成）。然而，二十一世纪的凝聚态物理迎来了一场基于拓扑学概念的革命。本章将解释什么是拓扑不变量，以及它们如何在材料内部产生“拓扑保护”的电子态。重点介绍量子霍尔效应的非平凡拓扑解释，以及近年来发现的拓扑绝缘体和拓扑半金属。这些材料的表面或边缘态具有极强的鲁棒性，对实现无耗散的电子输运具有革命性的意义。 第五章：强关联电子系统的奇特行为 在许多材料中，电子之间的库仑排斥作用（强关联效应）远超其动能，导致了远超单电子模型的复杂行为。本章将探讨莫特绝缘体现象，即一个理论上应导电的材料（因泡利不相容原理），却因电子间强烈的相互作用而变成绝缘体。随后，本章将深入分析高温超导现象，特别是铜氧化物（YBCO等）和铁基超导体的电子结构，讨论当前主流的电子配对机制假说，及其与磁性、电子晶格的复杂耦合关系。 第六章：量子信息与新奇功能材料 凝聚态物理的许多前沿研究与量子信息科学紧密相连。本章将介绍如何利用材料中的激发态（如激子、极化激元）以及固态系统中的量子比特（如金刚石色心、超导量子电路）来实现量子计算的基本操作。此外，本章还将介绍一些具有前瞻性的功能材料，如二维材料（石墨烯、过渡金属硫化物）的独特光学和电学性质，以及如何利用其可设计的界面来调控电子的轨道、自旋和电荷自由度，以期开发下一代光电器件和传感器。 --- 第三部分：宏大尺度上的探索——宇宙学与引力 第七章：广义相对论的现代检验与黑洞物理 爱因斯坦的广义相对论是描述引力本质的现代理论。本章将概述该理论的核心概念——时空弯曲。重点讨论自引力波探测（如LIGO/Virgo的成功）如何开启了“引力波天文学”的新纪元，使我们能够直接观测到黑洞和中子星的合并事件。随后，本章将深入探讨黑洞的物理性质，包括事件视界、奇点，以及霍金辐射理论，分析信息悖论在量子引力理论中的地位。 第八章：宇宙的起源与演化：暗物质与暗能量 现代宇宙学发现了一个令人不安的事实：我们所熟悉的普通物质仅占宇宙总能量密度的约5%。本章将详细阐述支持“暗物质”存在的强大实验证据，包括星系旋转曲线、引力透镜效应以及宇宙微波背景（CMB）的观测。本章的核心部分将探讨“暗能量”的性质，它是驱动宇宙加速膨胀的神秘力量。我们将分析标准宇宙学模型（ΛCDM模型）如何解释这些观测，并讨论寻找暗物质粒子（如WIMPs、轴子）的直接和间接实验进展。 第九章：量子引力与时空本质的追问 将量子力学与广义相对论统一起来，构建一个完备的量子引力理论，是理论物理学最艰巨的任务。本章将回顾现有尝试的优缺点，如超弦理论（将基本粒子视为弦）和圈量子引力（将时空本身量子化）。本章还将探讨在极端条件下（如宇宙大爆炸的最初瞬间或黑洞内部）对时空结构的新认识，以及利用全息原理（AdS/CFT对应）等数学工具来研究量子引力现象的可能性。本书在这一部分结束，展望物理学在下一阶段可能出现的突破方向。

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坦白说，我一开始对这本书的期望并不高，总觉得市面上这类书籍大同小异，无非是把教科书上的内容换个形式再罗列一遍。但读了这本书后，我完全改变了看法。这本书的结构安排非常巧妙，它不像有些书那样堆砌大量的理论知识，而是紧密围绕着“设计”这个核心展开。我印象最深的是其中关于“误差分析与改进”的那几章。通常，我们做完实验后，老师会简单提一下误差，但这本书深入剖析了不同实验中误差的来源，并提供了多种改进实验方案的思路。这对于我们备战高水平竞赛或者未来想走科研道路的学生来说，价值是无可估量的。它教的不是“标准答案”，而是“如何得到更可靠的结论”。而且，书里很多实验都是基于我们高中实验室现有条件的，这使得理论和实践的结合非常紧密，避免了纸上谈兵的尴尬局面。这本书真正做到了让学生从知识的接受者转变为知识的创造者。

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这本化学实验的书实在是太让人耳目一新了！我一直觉得传统的化学实验教学，很多时候就是按照步骤照做，结果总是差不多的样子，没什么让人眼前一亮的地方。但这本书的设计理念完全不一样，它更注重的是“探究”的过程。比如，它不会直接告诉你A加B等于C，而是会引导你去思考：如果改变反应条件，或者换一种试剂，结果会怎样？这种设计思路，极大地激发了我们动手实践的积极性。书里有很多关于如何从一个简单的现象出发，设计出具有挑战性的实验的案例，这对于我们这些想深入了解化学原理的学生来说，简直是打开了新世界的大门。我特别喜欢它在实验设计中融入了批判性思维训练的部分，让我们不再是机械地执行操作，而是真正地去思考每一个步骤背后的科学逻辑。这本书的图文并茂的排版也做得非常出色，复杂的实验步骤通过清晰的流程图展示出来，即使是初次接触，也能很快掌握要点。总之，它不仅仅是一本实验手册，更像是一本实验思维的启蒙读物。

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这本书在实验操作细节的描述上达到了一个前所未有的精细度，这对我这种动手能力相对较弱的学习者来说，简直是救星。许多实验指导书往往会跳过一些被认为是“常识”的微小步骤，但恰恰是这些细节决定了实验的成败。这本书没有放过任何一个关键点，无论是玻璃仪器的清洗标准，还是试剂投加的顺序和速度，都有详细的文字描述和配套的示意图。更难能可贵的是，它在介绍完标准流程后，立刻会引导读者思考：如果我改变这个步骤，会发生什么？这种对比性的教学方式，让读者能够深刻理解每个操作环节的内在逻辑，而不是死记硬背。我感觉这本书不仅仅是在教我怎么做实验，更是在培养我对实验环境的敏感度和对操作规范的敬畏之心。读完它，我做实验的信心和准确性都有了显著的提高。

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作为一名对化学有浓厚兴趣的爱好者，我一直在寻找能让我超越课堂教学限制的参考书，这本书恰好填补了这个空白。它的“探究性”设计实在太棒了。书中有一部分专门讨论了如何将不同学科的知识（比如物理中的热力学概念，或者信息技术中的数据处理方法）融入到化学实验的设计中去，这种跨学科的视野让人耳目一新。举个例子，它介绍了一个通过自制传感器来实时监测反应速率的实验，这个设计不仅考验了我们的化学知识，更锻炼了我们的工程思维。书中的语言风格非常亲切、鼓励性强，没有那种高高在上的说教感，更像是经验丰富的导师在手把手地带领你进行思维的拓展。它成功地将实验的严谨性与探索的乐趣完美地结合起来，让每一次实验都变成了一次小小的科学冒险。对于想要深入钻研，不想只满足于基础操作的学生来说，这本书绝对是不可多得的宝藏。

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这本书的视野之开阔，超出了我的想象。它没有局限于传统的无机或有机化学实验，而是引入了大量与现代科学前沿接轨的主题，比如材料化学中的简单合成，或者环境化学中的水质分析方法。它让我意识到，中学化学实验不仅仅是验证书本上的定律，它完全可以成为探索真实世界问题的窗口。书中对实验安全和废物处理的强调也非常到位，并且将其提升到了设计理念的高度，而不是仅仅作为附加说明。它教会我们，一个优秀的实验设计，必须首先是一个负责任的实验设计。此外，这本书的案例选择非常贴近生活，很多看似简单的生活现象，通过书中引导的设计方法，都能转化为具有科学深度的探究课题，这极大地提升了化学与生活的关联感。它真正做到了将实验室的方寸之地，拓展成了一个充满无限可能性的科学探索空间。

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