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出版者:

作者:潘学军

出品人:

页数:288

译者:

出版时间:2012-8

价格:45.00元

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isbn号码:9787030352224

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精选力学经典：从理论到实践的桥梁 本书汇集了二十世纪最具影响力的经典力学教材与专著，旨在为物理学爱好者、本科生以及研究生提供一个全面、深入且具有历史纵深感的学习路径。我们精选的内容涵盖了牛顿力学的基础原理，到拉格朗日与哈密顿力学的先进框架，并辅以大量具有启发性的专题讨论。全书力求在保持物理图像清晰的前提下，严格推导数学结构，使读者能够真正掌握力学分析的核心工具。 第一部分：经典力学基础与分析方法（Foundation and Analytical Methods） 本部分致力于巩固读者对经典力学基本概念的理解，并引入一套严谨的分析工具，这些工具是后续处理复杂系统的基石。 第一章：质点动力学与参考系 本章从牛顿运动定律出发，详细探讨了惯性系与非惯性系（如加速系和旋转系）下的动力学分析。重点阐述了科里奥利力、离心力在地球物理、气象学和宏观运动中的实际应用。我们通过一系列富有挑战性的实例，如摆的非小角度摆动、受阻尼的振动系统，来深化对运动方程求解的理解。此外，对动量守恒和角动量守恒在孤立系统中的普适性进行了严格的证明和讨论。 第二章：刚体运动学与动力学 刚体作为理想化的宏观物体，是理解经典力学应用广度的关键。本章系统地介绍了刚体的转动惯量张量、主轴理论及其对欧拉角运动的描述。重点解析了绕固定点和绕定轴转动的动力学问题。通过对陀螺仪和进动现象的细致分析，展示了角动量与力矩之间的非平凡关系。本章特别加入了对对称性和守恒律在刚体运动中如何体现的探讨。 第三章：微扰理论与近似方法 在实际物理问题中，精确求解微分方程往往是不可能的。本章聚焦于处理解析解难以获得的系统，这是理论物理工作者必备的技能。 定态微扰理论： 详细讲解了一阶和二阶能量校正，以及简并情况下的处理方法。通过氢原子结构（非相对论部分）的类比应用，展示了其在量子力学中的重要地位。 时变微扰理论： 重点介绍了玻恩近似和跃迁概率的计算，为理解辐射过程奠定了基础。 WKB 近似： 对势垒穿透和半经典量子化条件的推导进行了深入的探讨。 第二部分：解析力学——从牛顿到拉格朗日与哈密顿（Analytical Mechanics） 解析力学是现代物理学的语言。本部分将引导读者跨越牛顿力学的限制，进入以能量和约束为核心的更简洁、更强大的描述框架。 第四章：虚功原理与约束系统 本章的核心是变分原理的引入。我们首先阐述了虚功原理，并在此基础上推导出达朗贝尔原理。随后，系统地介绍了拉格朗日力学的建立过程，从约束力中解放出来，使用广义坐标。对完整约束和非完整约束进行了区分，并探讨了单形约束（Holonomic Constraints）在拉格朗日方程中的处理方式。 第五章：拉格朗日力学：进阶主题 在建立拉格朗日方程后，本章深入探讨了其内在的对称性与守恒定律之间的深刻联系。 诺特定理（Noether's Theorem）： 详细论证了拉格朗日量在连续对称变换下的守恒量，包括能量、动量和角动量的严格导出。 循环坐标与守恒量： 分析了拉格朗日方程中哪些坐标的消失直接导出了守恒量，并给出了动量积分的具体计算方法。 标准拉格朗日体系： 讨论了耗散力和雷斯（Rayleigh）耗散函数在拉格朗日框架下的处理。 第六章：哈密顿力学与相空间 哈密顿力学将物理系统的描述提升到了相空间（Phase Space），是通往统计力学和量子力学最直接的途径。 勒让德变换： 严格推导了从拉格朗日量到哈密顿量的转换过程，定义了正则坐标 $(q_i, p_i)$。 哈密顿方程： 阐述了正则运动方程的结构，并展示了其在描述守恒系统时的简洁性。 泊松括号： 引入泊松括号作为演化生成元和守恒量的代数结构，这是通往量子化（对易子）的关键桥梁。 第七章：正则变换与生成函数 正则变换是哈密顿力学中进行坐标变换以简化方程的强大工具。本章深入探讨了这一理论： 辛结构： 讨论了正则变换的条件，即保持泊松括号的结构不变性。 四种生成函数： 详细介绍了第一、第二、第三和第四类生成函数的构造及其在求解问题中的实际应用，特别是如何通过生成函数找到积分常数和新的正则坐标。 第三部分：连续介质动力学与波动现象（Continuum Dynamics and Wave Phenomena） 本部分将力学的视角从离散点推广到连续分布的场，探讨流体和弹性体的行为。 第八章：流体力学基础——欧拉与纳维-斯托克斯方程 本章关注不可压缩流体和粘性流体的宏观描述。 欧拉方程： 基于质量守恒和动量守恒，推导了无粘流体的运动方程，并讨论了伯努利定理的普适性。 粘性流体： 引入了牛顿流体的粘性概念，详细推导了纳维-斯托克斯方程（Navier-Stokes Equations），并讨论了其在低雷诺数下的简化（斯托克斯流动）。 势流理论： 在特定假设下（无旋、不可压缩），利用复变函数工具求解二维流场问题。 第九章：经典弹性理论与波传播 本章侧重于材料形变与应力的关系。 应力和应变张量： 引入三维空间中的应力-应变关系，特别是胡克定律的张量形式。 弹性波： 分析了在无限弹性介质中传播的纵波（P波）和横波（S波）的速度与偏振特性。 波动方程的求解： 使用分离变量法求解受限几何（如弦、膜）上的波动问题，并展示傅里叶级数在描述复杂初始条件下的周期性解中的作用。 第四部分：高级专题与应用（Advanced Topics and Applications） 本部分选入了几个具有深刻物理意义的、与经典力学紧密相关的进阶主题，以拓宽读者的视野。 第十章：中心力问题与轨道稳定性 重新审视了开普勒问题，但采用了拉格朗日和哈密顿的语言。重点分析了中心力场中轨道的稳定性问题，并引入了著名的拉普拉斯-龙格-冷贝尔特矢量（Runge-Lenz Vector）作为椭圆轨道的特殊守恒量，展示了其在哈密顿框架中的重要性。 第十一章：刚体力学的欧拉方程与进动 深入探讨了绕质心转动的刚体（如陀螺），详细推导了欧拉陀螺运动方程。通过对欧拉角运动的分析，详细解释了刚体绕主轴的稳定性和次稳定性的条件，以及进动、章动现象的物理机制。 全书力求在概念的严谨性和计算的实用性之间取得平衡，为读者构建起一座从初级概念到尖端研究方法之间的坚实桥梁。

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这本书的语言风格是我非常喜欢的，它不像很多学术著作那样生涩难懂，而是用一种非常流畅、生动的语言来阐述复杂的物理概念。作者善于运用比喻和类比，将抽象的物理原理形象化，让读者更容易理解。比如，在讲解“功”和“能”的概念时，作者可能会用搬箱子来举例，说明力的大小、方向和位移的关系如何决定做功的大小，以及动能和势能之间的转化。而且，书中配备了大量的插图和示意图，这些图画都非常清晰、精美，能够有效地辅助读者理解实验过程和原理。我特别喜欢书中关于“声学”部分的介绍，作者利用一些简单的材料，比如不同长度的玻璃管、橡皮筋等，制作了一些能够演示声音产生、传播和特性的教具，这让我对声音的本质有了更深的认识。

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热学部分的内容也让我受益匪浅。还记得当年学习热力学的时候，熵增原理、热力学第二定律这些概念总是让我感到云里雾里。但这本书通过一些非常贴近生活的实验，将这些抽象的原理变得容易理解。比如，在讲解热传递的时候，书中介绍了如何用不同的材料制作隔热装置，并进行实验对比，直观地展示不同材料的导热性能。更有趣的是，作者还提供了一些关于气体定律的演示方法，比如利用气球和热水来演示气体膨胀的原理，或者用注射器来演示压强和体积的关系。我特别喜欢书中关于“演示教具制作”的部分，它鼓励我们用最简单的方式来呈现最复杂的物理现象。这些教具的制作，往往只需要一些简单的工具和材料，比如酒精灯、烧杯、玻璃管等，但却能够生动地展示热学中的重要概念。这让我觉得，物理的魅力在于它能够解释我们身边的一切现象。

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终于拿到这本《物理实验方法与演示教具制作》了，拿到手的第一感觉就是沉甸甸的，开本不大不小，正好适合捧在手里细细品读。我是一名对物理有着浓厚兴趣的在校大学生，一直以来都觉得物理知识在书本上显得有些枯燥，总觉得缺少一些直观的感受。每次看到那些复杂的公式和理论，我都希望能有一种更生动的方式来理解它们。所以，当我在书店偶然翻到这本书时，简直像是找到了救星。封面设计朴实无华，没有花哨的图饰，只有书名端端正正地印在那里，透着一种严谨和专业的气息。迫不及待地翻开扉页，看到作者的名字，感觉更加安心，因为我之前就听说过这位在物理教育领域颇有建树的老师。第一章的内容，我初步浏览了一下，它并没有像其他很多书那样直接进入实验步骤，而是从物理实验的意义和重要性入手，探讨了实验在认识世界、发展科学中的不可替代的作用。这一点让我非常赞赏，因为很多时候我们急于动手，却忽略了“为什么要做这个实验”的根本问题。作者用流畅的语言，结合了一些历史上的经典物理学发现，说明了实验是检验理论、探索未知的重要手段。这让我对接下来即将接触到的实验内容充满了期待，仿佛已经看到一个个鲜活的物理现象将在眼前展现。

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拿到《物理实验方法与演示教具制作》这本书，我最大的感受就是它不仅仅是一本“菜谱”，更是一本“思想的启迪”。它让我明白，物理学并非高高在上、遥不可及，而是根植于我们生活的方方面面。书中提供的每一个实验，每一个教具的制作方法，都饱含着作者对物理教育的深刻理解和热爱。它不仅仅是在教我“怎么做”，更是在引导我“为什么这么做”，以及“如何用物理的思维去观察和思考世界”。我尤其欣赏书中对于“演示”的强调，它不仅仅是简单地展示实验现象，更是要通过生动、有趣的演示，将物理的魅力传递给更多的人。我甚至觉得，这本书不仅仅适合学生，对于已经工作的物理老师，或者对物理感兴趣的社会人士，都具有非常高的参考价值。它就像一把钥匙，为我们打开了通往物理世界的大门，让我们能够以更亲切、更直观的方式去探索那些深邃而迷人的科学奥秘。

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这本书不仅仅是关于物理实验的“怎么做”，更是关于“为什么这么做”以及“如何更好地做”。在每一个实验讲解之前，作者都会花费不少篇幅去阐述实验的理论背景和研究意义，这对于像我这样希望深入理解物理学的读者来说，无疑是雪中送炭。我尤其欣赏书中在介绍某些实验时，还会提及相关的历史发展过程，以及科学家们是如何一步步探索和发现这些规律的。这让我感觉，我不仅仅是在学习一个实验，更是在参与一段科学史的探索。例如，在讲解电阻和欧姆定律的时候，作者不仅详细介绍了如何用电压表和电流表测量电阻，还通过一些图示解释了电子在导体中的运动过程，以及电阻是如何影响电流的。书中还提供了一些可以自行制作的简易电学元件，例如用铁丝制作可变电阻，这让我感觉自己也能参与到物理学的发展中来。

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这本书的章节安排显得非常有条理，从基础的光学实验，到力学、电磁学，再到热学和现代物理的一些入门级概念，覆盖面非常广。我尤其对其中关于光学部分的内容感到着迷。还记得大学刚开始学习光学时，面对惠更斯原理、菲涅尔衍射这些概念，脑袋里总是空空的，不知道它们到底是怎么一回事。但这本书在这部分的内容，不仅仅是给出实验器材和步骤，而是深入浅出地解释了每一个实验背后的物理原理。例如，在讲解双缝干涉实验时，作者不仅详细列出了制作简易装置的方法，还配有精美的示意图，图文并茂地解析了光波的叠加如何形成明暗相间的条纹。更让我惊喜的是，它还提供了一些创意性的教具制作方法，比如如何用日常材料制作出能够演示光的衍射和干涉的装置，这让我觉得物理实验不再是实验室里遥不可及的事情，而是可以在生活中随时随地进行的探索。我甚至开始想象，如果我能把这些方法应用到自己的课堂教学中，或者在一些科普活动中展示，一定会引起极大的兴趣。这种理论与实践相结合的编写方式，真正做到了“授人以渔”，让我不仅学会了怎么做实验，更明白了实验的意义所在。

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电磁学是物理学中一个非常重要的分支，也是很多人觉得比较抽象的部分。这本书在这方面的内容处理得非常出色。作者没有回避电磁学的复杂性，而是通过一系列精心设计的实验，将抽象的概念变得具象化。例如，在讲解法拉第电磁感应定律时，书中提供了多种制作演示装置的方法，其中一种是利用一个线圈和一个磁铁，通过相对运动来产生感应电流，并可以用一个灵敏的电流计来显示。更吸引我的是，书中还提供了一些可以演示电磁波的实验，虽然这部分内容可能稍微有些挑战性，但作者给出的方法和解释都非常详细，并且强调了安全注意事项。我注意到，书中的很多教具制作，都考虑到了成本和易得性，比如使用普通电池、导线、铁钉等材料。这让我觉得，学习和探索电磁学的乐趣，并不需要花费昂贵的器材，而是可以通过巧妙的设计和动手实践来获得。

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让我印象深刻的是，这本书在讲解每一个实验时，都非常注重细节。不仅仅是告诉你“用什么”，更重要的是告诉你“为什么要用这个”，以及“怎么用才能达到最好的效果”。比如说，在讲解如何制作一个简易的电磁感应演示器时，作者详细说明了导线圈的匝数、铁芯的选择、磁铁的强度等因素对感应电动势的影响，甚至还提到了在绕制线圈时需要注意的细节，比如绕制的松紧程度。这让我意识到，一个小小的实验装置，背后蕴含着这么多需要考量的物理量。而且，书中提供的教具制作方法，很多都取材于我们生活中常见的材料，比如废旧的CD、瓶盖、橡皮筋等等，这极大地降低了实验的门槛，让普通人也能轻松尝试。我试着按照书中的方法，用硬纸板和镜子制作了一个简单的光的反射和折射演示器，效果出奇地好。这让我觉得，物理的魅力就在于它无处不在，触手可及。书中的语言风格也很亲切，没有生硬的术语堆砌，而是用一种娓娓道来的方式，引导读者一步步走进物理的世界。

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我发现这本书在讲解过程中，非常注重激发读者的探索欲和创造力。它并没有将实验步骤写得死板，而是留有一定的空间，鼓励读者在理解原理的基础上进行改进和创新。例如，在制作一个简单的“小苏打火山爆发”的演示时，作者不仅给出了基本的材料和操作方法，还提供了一些可以进一步拓展的思路，比如如何调整小苏打和醋的比例来控制反应的剧烈程度，或者如何添加色素来模拟熔岩的颜色。这让我觉得，物理实验不仅仅是重复已知，更是一种发现未知的过程。书中的许多教具制作，都体现了作者的匠心独运，很多看似简单的装置，却能够以非常直观和有趣的方式来演示复杂的物理原理。我试着按照书中的图纸，用废旧塑料瓶和细绳制作了一个能够演示“伯努利原理”的小型风洞，效果非常惊人，让我对空气动力学产生了浓厚的兴趣。

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翻到力学部分，这本书的讲解方式让我耳目一新。不同于以往很多教科书中枯燥的公式推导，这里更多的是通过生动的实验来阐述运动和力的关系。比如，在讲解牛顿第二定律的时候，作者没有上来就给出一堆公式，而是设计了一个非常直观的实验：利用重物下坠带动小车运动，通过改变重物的质量和小车的受力来观察小车的加速度变化。更重要的是，书中还提供了一些可以自行搭建的装置，比如用滑轮和细绳制作能够演示受力分析的教具，或者用简单的材料模拟惯性定律的演示。这些装置的设计都非常巧妙，既能清晰地展示物理原理，又易于制作和操作。我尤其喜欢书中的一些“脑洞大开”的教具制作想法，比如如何利用橡皮筋和纸板制作一个能够演示能量守恒的摆锤装置，或者用回旋镖的原理来解释角动量守恒。这让我感觉，物理实验不仅仅是验证理论，更是一种创造性的活动，能够激发我们的想象力和动手能力。

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