重新发现物理实验-中学物理实验资源开发利用的理念与案例 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:高等教育

作者:黄国雄

出品人:

页数:232

译者:

出版时间:2007-5

价格:16.60元

装帧:

isbn号码:9787040219043

丛书系列:

图书标签:

• 1
• 物理实验
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• 教育创新

好的，根据您的要求，为您创作一本图书简介，内容不涉及《重新发现物理实验-中学物理实验资源开发利用的理念与案例》这本书，力求详实自然，展现专业性和深度。 --- 《星际穿越的数学迷宫：从广义相对论到弦论的宇宙几何学解析》 图书简介 在人类对宇宙的终极探索历程中，物理学始终扮演着指引方向的灯塔。然而，当我们试图理解黑洞的边界、时空的结构，乃至宇宙的起源与终结时，经典的牛顿力学和狭义相对论便显得力不从心。本书——《星际穿越的数学迷宫：从广义相对论到弦论的宇宙几何学解析》，正是为那些渴望深入理解支配我们宇宙的深层数学语言的读者量身定制的权威指南。 本书并非一部简单的物理学科普读物，它是一次对现代宇宙学和理论物理学核心数学工具的全面梳理与深度解析。我们旨在揭示隐藏在宏大宇宙现象背后的精妙几何结构，展示数学如何成为我们理解现实的最强大武器。 第一部分：重返时空——广义相对论的几何革命 本书开篇，我们将聚焦于爱因斯坦革命性的成就——广义相对论。这不是对狭义相对论的简单修补，而是一次对“时空”概念的彻底重塑。我们将从黎曼几何的基石出发，系统地介绍张量分析、微分形式和曲率概念。 黎曼几何的入门： 我们将详细阐述流形（Manifold）的概念，以及如何使用度规张量（Metric Tensor）来定义时空中的距离和曲率。读者将清晰理解为何物质告诉时空如何弯曲，时空告诉物质如何运动的内在逻辑。 爱因斯坦场方程的几何解读： 重点解析 $G_{mu u} = frac{8pi G}{c^4} T_{mu u}$ 这一核心方程组。我们不会停留在代数层面，而是深入探讨其在不同背景下的解——从史瓦西（Schwarzschild）解所预示的黑洞奇点，到弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克（FLRW）度规所描绘的膨胀宇宙模型。 引力波的几何印记： 探讨引力波如何作为时空本身的涟漪被探测，并从数学上推导出这些扰动如何通过度规的微小变化体现出来，这要求读者对线性化引力有一个扎实的几何理解。 第二部分：超越奇点——黑洞物理与信息悖论 黑洞，作为广义相对论预言的极端天体，是检验物理学极限的天然实验室。本部分将深入探讨黑洞内部的数学结构和其引发的深刻物理学问题。 克尔（Kerr）黑洞的旋转几何： 相比静态的史瓦西黑洞，旋转黑洞的数学描述更为复杂，涉及到能层（Ergosphere）和无限多精细的解。我们将解析克尔度规，探讨其对穿越时空的影响。 霍金辐射与热力学： 结合量子场论的初步概念，我们将剖析霍金如何将黑洞的事件视界与热力学联系起来。特别是对贝肯斯坦-霍金熵（Bekenstein-Hawking Entropy）的几何推导，强调了面积与信息容量的直接关联。 信息悖论的数学困境： 讨论信息在穿越事件视界后是否真的消失，这涉及到量子力学幺正性与广义相对论奇点理论之间的深刻冲突，为下一部分的弦论铺垫。 第三部分：统一的梦想——弦论与高维几何 当广义相对论在描述微观世界和统一引力与量子力学时遭遇瓶颈，物理学家们将目光投向了更宏大、更抽象的数学结构——弦论。本部分将是全书最具挑战性也最引人入胜的部分，它要求读者从四维时空跳脱出来，进入高维的“玩具模型”。 超对称性的引入： 探讨为何在描述基本粒子时，引入费米子（如电子）与玻色子（如光子）之间的对称性是必要的，这直接导向超引力理论的构建。 卡拉比-丘（Calabi-Yau）流形的奥秘： 弦论的核心难题之一是如何解释为什么我们感知到的宇宙只有四维。本书将详细介绍卡拉比-丘流形的概念，这种特殊的三维复流形，被认为是多余的六维空间“卷曲”的数学模型。我们将探讨它们的拓扑不变量（如霍奇数），以及这些几何属性如何决定了我们宇宙中基本粒子的能谱和相互作用的性质。 M理论与对偶性： 介绍五种不同超弦理论如何通过“对偶性”相互联系，最终汇聚于更基础的十一维M理论。重点解析T对偶和S对偶等数学工具，理解它们如何揭示不同物理理论在特定参数下的等价性。 适用读者 本书面向物理学、数学专业的高年级本科生、研究生，以及对理论物理有浓厚兴趣，并具备微积分、线性代数和基础微分方程知识的科技工作者。它要求读者愿意投入时间和精力去理解抽象的数学概念，并将其应用于对宇宙最前沿问题的探索中。 通过《星际穿越的数学迷宫》，读者将不再满足于表面的现象描述，而是能够拿起数学这一最精密的工具，亲自去“触摸”和“衡量”时空的深层结构，真正理解人类理性所能抵达的最远边疆。

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这本书的结构安排堪称精妙，它巧妙地平衡了宏观的理念阐述与微观的具体操作指南。读到那些详尽的“案例”部分时，我仿佛身临其境，跟随作者的步骤一步步构建起那些令人眼前一亮的物理场景。这些案例并非空中楼阁式的完美实验，而是带着明显的“中学环境适应性”考量，充分考虑了时间限制、安全因素以及不同学段学生的认知水平。例如，书中对某一个力学实验的改进，不是简单地更换昂贵的传感器，而是通过巧妙的几何设计和对误差来源的精确控制，使得一个原本复杂晦涩的结论，变得直观且易于理解。这种“用最少的资源，揭示最核心的原理”的设计哲学，极大地提升了实验教学的效率和深度。它教会的不仅仅是知识点，更是一种解决问题的思维框架，一种面对复杂现象时如何化繁为简的智慧。对于那些渴望提升课堂活力的教师而言，这些案例就是即取即用的“武功秘籍”。

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这本书的叙事风格是严谨而不失温度的，学术性与实践性达到了令人赞叹的平衡点。它仿佛是用一种“脚踏实地，仰望星空”的笔调写就的。在深度剖析了现有实验教学体系的结构性问题后，它并没有停留在批判，而是立即转向了积极的、可操作的解决方案。我尤其欣赏它在探讨“安全与效率”这一永恒矛盾时所展现出的成熟与老练。它提供了一套系统的风险评估与控制框架，确保了在追求实验趣味性和探究深度的同时，可以将风险控制在最小范围。这种对细节的关注，体现了作者对一线教师工作环境的深刻理解和尊重。总而言之，这不仅仅是一本关于中学物理实验的书籍，它更像是一份面向未来教育者的行动纲领，激励着每一位阅读者，用更富激情、更具创意的头脑，去重新点燃学生对真实世界的好奇心和求知欲，这才是教育最终极的价值所在。

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在阅读过程中，我最大的感受是，作者对于“重新发现”这三个字赋予了全新的诠释。它不仅仅是让我们重新认识牛顿或麦克斯韦的定律，更是呼吁教育者重新审视我们手中那些“被遗忘的”教学资源和被束缚的教学思维。书中对实验教学中“生成性评价”的探讨尤为犀利，它挑战了传统测试中对标准答案的过度依赖，转而关注学生在实验过程中的提问能力、数据分析的合理性以及面对意外结果时的反应。这种评价导向的转变，无疑将极大激发学生的内在学习动力，让他们明白实验的价值在于探索过程而非仅仅是最终数据的吻合。它强调了实验教师的角色定位，不应只是一个操作的示范者，更应该是一个探究过程的引导者和学习氛围的营造者。这种由内而外的驱动力，远比任何强制性的规定更能促进教育质量的实质性提升。

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翻开这本沉甸甸的著作，首先映入眼帘的是那股扑面而来的、对基础教育深切关怀的气息。它不像那些高高在上的理论说教，反而像是一位经验丰富、循循善诱的导师，耐心梳理着中学物理实验教育的脉络。作者显然对当前实验教学中存在的“为实验而实验”、“重演示轻探究”等弊病有着深刻的洞察，并试图从根本上重塑我们对“实验”二字的理解。我特别欣赏其中对于“资源开发”这一环节的详尽论述，它超越了简单的器材罗列，而是深入探讨了如何将日常生活中的常见物品、甚至是大自然本身，转化为生动、可操作的教学载体。这种理念的转变，对于那些长期受限于传统实验室条件的学校来说，无疑是一剂强心针。它鼓励教师们挣脱固有的思维定式，将物理学的原理与鲜活的现实世界连接起来，让学生在动手操作中，真正体会到科学的魅力和严谨性。这种回归本质、强调应用和创新的精神，是当前物理教育改革中最稀缺也最宝贵的财富之一。

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这本书带给我的思考，已经远远超出了物理课堂的范畴，它触及了教育本质的一个核心命题：如何培养能够适应未来社会的创新型人才。书中的案例分析中蕴含着一种强烈的批判精神，即对那种脱离实际、只为应试服务的僵化教学模式的抵制。作者似乎在通过每一个实验设计，向我们展示一种更具人文关怀和科学精神的教育路径。例如，在讨论电磁感应现象的演示时，书中不仅给出了标准的电路图，还穿插了历史上科学家们最初发现该现象时的困惑与挣扎，这种历史的厚重感与科学的实践性相结合的方式，极大地提升了知识的感染力。这使得实验不再是枯燥的步骤复现，而是一场跨越时空的、与伟大思想家们同频共振的智力冒险。读完后，我感觉自己对“教育公平”的理解也得到了深化——优质的实验教育资源，不应该仅仅依赖于学校的财政投入，而更应依赖于教师的智慧和创造力。

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