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出版者:陕西西北工业大学

作者:长安大学力学实验教学中心 编

出品人:

页数:132

译者:

出版时间:2006-11

价格:19.00元

装帧:

isbn号码:9787561212400

丛书系列:

图书标签:

• 实验力学
• 力学实验
• 材料力学
• 应力应变
• 测量技术
• 实验方法
• 工程力学
• 机械工程
• 结构力学
• 测试技术

理论化学基础：从量子力学到分子模拟 本书导言： 本书旨在为学习化学的初学者和希望深入理解现代化学核心理论的研究人员提供一个全面而深入的理论基础。我们聚焦于解释物质在原子和分子尺度上的行为，通过严谨的数学框架和直观的物理图像，勾勒出理解化学现象的蓝图。本书内容涵盖了量子化学的核心原理、计算化学的基本方法，以及这些工具在解决实际化学问题中的应用。我们力求平衡理论的深度与可读性，引导读者建立起扎实的理论素养，为后续的专业学习和研究打下坚实的基础。 第一部分：量子力学的基石 第一章：经典物理的局限与量子革命的开端 本章追溯了20世纪初物理学面临的危机，从黑体辐射的能量分布问题，到光电效应的解释，再到原子光谱的离散性，阐述了经典物理学无法解释的现象如何催生了量子化的概念。重点介绍普朗克的量子假设和爱因斯坦对光量子（光子）的引入。随后，我们探讨了德布罗意物质波的概念，将波粒二象性推广到宏观物质，为薛定谔方程的建立铺平了道路。本章强调了从确定性到概率性的概念转变，这是量子力学的核心特征之一。 第二章：薛定谔方程及其一维应用 本章的核心是引入时间无关和时间依赖的薛定谔方程，将其作为描述微观粒子运动的基本定律。我们详细推导了该方程，并解释了波函数（$Psi$）的物理意义——它代表了粒子在某一位置出现的概率幅。通过对无限深势阱（一维方势阱）和有限深势阱的分析，读者将直观地理解量子化能级、零点能以及波函数的边界条件对系统性质的决定性影响。此外，本章还讨论了隧穿效应，一个纯粹的量子力学现象。 第三章：三维问题与角动量 我们将量子力学的框架扩展到三维空间，重点讨论球坐标系下的薛定谔方程。详细分析了中心力问题，特别是自由粒子的描述。本章的核心内容是角动量算符的代数性质和其在球坐标系下的表示。通过对轨道角动量的特征值和本征函数的求解，我们引入了磁量子数 ($m_l$) 和轨道量子数 ($l$)，并探讨了球谐函数作为这些本征函数的数学形式。 第四章：氢原子——量子力学的胜利 本章将氢原子模型作为量子力学成功的典范进行深入解析。通过分离变量法求解中心势场下的薛定谔方程，推导出主量子数 ($n$)、角量子数 ($l$) 和磁量子数 ($m_l$) 的确定性。我们详细解释了这些量子数如何决定了电子的能量、空间分布（原子轨道形状，如s, p, d轨道）以及其角动量。最后，本章会涉及氢原子能级的精细结构以及斯特恩-盖拉赫实验对电子自旋角动量（$pmhbar/2$）的引入。 第二部分：多电子系统与化学键 第五章：自旋与泡利不相容原理 本章介绍了电子的内禀属性——自旋，并正式引入自旋量子数 ($m_s$)。随后，我们将讨论泡利不相容原理的重要性，它是理解多电子原子电子排布和元素周期律的基石。通过对全同粒子波函数对称性的要求（费米子波函数反对称），我们解释了电子如何填充原子轨道，并初步引入了洪特规则。 第六章：变分法与近似计算 由于除了氢原子以外，几乎所有多电子系统的薛定谔方程都无法解析求解，本章聚焦于近似方法。详细阐述了变分原理，说明如何利用试探波函数来估计系统的基态能量上限。本章也将介绍微扰理论的基本思想，即如何处理微小扰动下的系统，并简要提及它们在原子结构计算中的应用背景。 第七章：分子轨道理论导论 本章从原子轨道线性组合（LCAO）的角度出发，介绍分子轨道的构建方法。我们详细解释了原子轨道如何通过加成和减法形成键轨道（$sigma, pi$）和反键轨道（$sigma^, pi^$）。通过对双原子同核分子（如 $ ext{H}_2, ext{He}_2$）的分子轨道能级图的构建和电子填充，读者将掌握理解化学键性质的分子层面的视角，并理解键级（Bond Order）的概念。 第八章：价键理论与杂化轨道 作为对分子轨道理论的补充，本章深入探讨了价键理论（VB Theory）。重点阐释了共价键的形成是通过原子轨道重叠来实现的。详细讨论了中心原子轨道的杂化概念（如 $sp, sp^2, sp^3$ 杂化），解释了分子几何构型（如 VSEPR 理论的量子力学基础）。本章将通过甲烷、氨和水等简单分子的实例，展示杂化理论如何成功预测键角和分子形状。 第三部分：计算化学方法与应用 第九章：从分子轨道到密度泛函理论（DFT） 本章将理论化学引向计算化学领域。首先回顾了 Hartree-Fock（HF）方法，作为多电子系统的基石，并解释了电子相关能的缺失。随后，重点介绍密度泛函理论（DFT）。我们将阐述 Hohenberg-Kohn 定理的核心思想，即系统的基态能量完全由其电子密度决定。本章将详细分类和讨论常见的交换泛函（如 LDA, GGA）和它们在结构预测中的精度与成本平衡。 第十章：分子振动与红外光谱 本章将理论计算与实验光谱联系起来。我们通过谐振子模型来描述分子内部的振动模式，推导振动能级的量子化。重点讨论如何利用量子化学计算预测分子的正常模式和红外吸收强度，从而实现对实验红外光谱的理论解释和峰指认。 第十一章：电子激发态与紫外-可见光谱 本章关注分子吸收光子后的激发过程。我们将使用时间和空间相关的微扰理论来描述电子跃迁，引入斯托克斯位移和反斯托克斯位移的概念。通过分析激发态的能量和性质，解释紫外-可见光谱的起源，并简要介绍时间依赖性密度泛函理论（TD-DFT）在计算激发能和跃迁偶极矩中的应用。 第十二章：分子动力学模拟基础 本章将视角从静态的量子化学计算扩展到时间演化的系统模拟。介绍分子动力学（MD）模拟的基本框架，包括牛顿运动方程的数值积分（如 Verlet 算法）。重点阐述势函数（力场）在描述经典系统中的重要性，以及如何利用 MD 模拟来研究分子在溶液或固态下的构象变化、动力学过程和热力学性质。 结语：理论化学的未来 本书最后总结了现代理论化学工具的强大能力，并展望了未来研究的前沿方向，例如高精度量子化学方法、更准确的泛函开发、以及机器学习在加速化学模拟中的潜力。 本书特色： 本书内容逻辑清晰，从最基本的量子力学原理逐步深入到复杂的多电子系统和先进的计算方法。每章后附有大量的习题，涵盖概念回顾和定量计算，帮助读者巩固所学知识。本书适合作为高等化学、物理化学、材料科学专业本科高年级及研究生阶段的教材或参考书。

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我拿到《实验力学》这本书，是被它所承诺的“实践性”所吸引。我一直觉得，理论学习如果不与实践相结合，就容易变得空洞和脱节。而力学，尤其是涉及到材料和结构的时候，更是如此。我希望这本书能够为我打开一扇通往实际工程应用的大门。我设想书中会包含大量不同工程领域中典型的力学问题，并给出相应的实验解决方案。例如，桥梁和建筑结构的受力分析，飞机和汽车的强度设计，机械设备的动力学仿真等等。书中可能会介绍如何通过模型试验来验证理论计算的准确性，如何通过缩尺模型来研究大型结构的力学性能，以及如何通过传感器网络来监测结构的健康状况。我特别希望能看到书中关于结构振动和动力学分析的实验内容，比如如何测量结构的固有频率和阻尼比，如何进行模态分析，以及如何设计减振和隔振措施。此外，对于那些材料在极端环境下的力学行为，比如高温、低温、高压、腐蚀等，我也希望能够有相关的实验介绍和分析。如果书中还能涉及一些故障诊断和失效分析的案例研究，并指导读者如何通过实验手段来找出问题的根源，那这本书的实用价值将会大大提升。我希望通过这本书，能够将抽象的力学理论转化为解决实际工程问题的有力工具。

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拿到《实验力学》这本书，我的第一反应是：“终于可以摆脱枯燥的教科书了！” 我一直觉得，传统的力学教学方式，太过依赖公式和推理，虽然严谨，但却常常让人望而却步。我更希望能够通过动手实践，去感受和理解那些力学概念。我期待这本书能够提供一系列设计精巧、易于操作的实验项目，让我们能够亲身体验各种力学现象。比如，从最简单的杠杆原理，到复杂的材料疲劳寿命预测。我希望书中能够详细介绍每一个实验的原理、目的、所需材料和仪器，以及详细的实验步骤和注意事项。更重要的是，我希望书中能够提供清晰的实验数据记录表格和图表，并指导我们如何分析和解读这些数据，从而得出有意义的结论。我喜欢那种能够激发思考的实验，比如通过改变实验条件，观察现象的变化，从而发现规律。我也希望书中能够包含一些趣味性实验，让我们在玩乐中学习，比如制作一个简单的弹射装置，或者设计一个能够承受最大载荷的纸桥。如果书中还能附带一些关于实验误差的分析和讨论，以及如何提高实验结果的准确性，那将非常有价值。我希望这本书能够让我感受到力学的魅力，并在动手实践中，建立起对力学的深刻理解和浓厚兴趣。

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翻开《实验力学》，我首先期待的是一种“解惑”的体验。我脑海里总是有很多模糊不清的概念，比如为什么有些材料在受力时会发生塑性变形，而有些则会直接断裂？为什么同一个材料，在不同的温度或湿度下，其力学性能会有如此大的差异？我希望这本书能够用实验的语言，来回答这些疑问。书中应该会详细介绍不同材料在各种加载条件下的力学响应，比如在恒定载荷下的蠕变行为，在循环载荷下的疲劳失效过程，在冲击载荷下的动态响应等等。我特别感兴趣的是那些关于材料失效机理的讨论，比如脆性断裂、韧性断裂、疲劳裂纹扩展、应力腐蚀开裂等等。如果能通过实验的手段，展示这些失效过程是如何发生的，以及哪些因素会加速或减缓这些过程，那将非常有启发性。我也希望书中能够介绍一些先进的实验技术，比如电子显微镜下的微观断口分析，X射线衍射在残余应力测量中的应用，以及数字图像相关技术在变形场测量中的威力。这些技术能够让我们“看到”材料内部正在发生的一切，从而更深入地理解材料的力学行为。这本书，我希望它不仅仅是实验步骤的罗列，更是对材料力学行为背后机理的深入探索，用严谨的实验证据来支撑理论的构建，也用丰富的实验现象来启发对未知领域的思考。

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这本书的市场定位，在我看来，或许是面向那些对工程实践有浓厚兴趣，但又缺乏系统实验训练的学生和工程师。当然，也包括我这样，一直想把理论知识和实际应用结合起来的爱好者。《实验力学》这个名字，本身就充满了行动力和探索欲。我设想书中会深入讲解各种材料的力学性能测试，比如拉伸试验、压缩试验、弯曲试验、扭转试验、硬度试验等等。每一个试验都会详细介绍其原理、试验设备、操作步骤、数据采集方法以及数据处理和分析的要点。更重要的是，我希望书中能够深入解读这些试验结果的意义，如何从这些看似简单的数据中，提取出关于材料强度、刚度、韧性、疲劳寿命等至关重要的信息。而且，我也期待书中能够讲解一些非金属材料的力学性能测试，比如高分子材料、复合材料、陶瓷材料等，它们在现代工程中的应用越来越广泛，其力学性能的测试方法和解读也与金属材料有所不同。如果书中还能涉及一些传感器技术在力学测试中的应用，比如应变片、力传感器、位移传感器等，以及如何使用这些现代化的工具来精确测量和记录力学行为，那将极大地提升这本书的实用性和前沿性。我希望通过阅读这本书，能够掌握一套系统性的力学性能测试和评价方法，从而在未来的工作中，能够更自信地选择和应用合适的材料，并对材料的服役性能有更准确的预判。

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《实验力学》这本书，老实说，我拿到它的时候，内心是忐忑的。我一直对力学这个领域充满好奇，但又常常被那些抽象的公式和理论弄得头昏脑涨。所以，当我看到这本书名的时候，脑海里闪过的第一个念头就是：“终于有机会把那些枯燥的知识变得生动起来了！”我期待着它能够像一位经验丰富的向导，带领我穿越力学世界的迷宫，用实验的方式去感受那些看不见摸不着的力。我希望它能从最基础的概念讲起，比如什么是应力、应变，它们是如何产生的，又会对材料产生怎样的影响。最好能有一些非常直观的图示，就像亲眼看到一块橡皮筋被拉伸，或者一根钢梁在重压下弯曲一样。我更希望书中能介绍一些经典的力学实验，那些曾经推动人类文明进步的伟大发现，比如伽利略的自由落体实验，牛顿的万有引力定律的验证，还有那些关于材料强度和弹性的探索。如果能附带一些动手实践的建议，哪怕只是用身边最简单的道具，比如弹簧、重物、尺子，来模拟一些简单的力学现象，那就更棒了。我一直觉得，理论学习固然重要，但亲手去验证，去观察，去感受，才是真正理解事物本质的最好方式。我希望《实验力学》能够做到这一点，让我不再只是一个旁观者，而是能够成为一个积极的探索者，在实验中发现力学的奥秘，并在实践中找到学习的乐趣。

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