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出版者:北京理工大学出版社

作者:周玮 编

出品人:

页数:206

译者:

出版时间:2007-9

价格:20.00元

装帧:

isbn号码:9787564012427

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深入探索：现代物理学的基石与前沿 本书聚焦于描述自然界最基本规律的理论框架，内容涵盖经典力学、电磁学、热力学与统计物理学，并对量子力学和相对论的革命性思想进行细致剖析。 本书旨在为对自然科学抱有浓厚兴趣，并希望建立坚实物理学基础的读者提供一本全面、深入且富有洞察力的指南。我们不满足于停留在公式的罗列与简单套用，而是致力于揭示隐藏在数学表达式背后的深刻物理图像与哲学意义。 第一部分：宏观世界的精确描述——经典物理学的精髓 第一章：牛顿体系的严谨与美学 本章从运动的基本概念——位移、速度、加速度——出发，逐步构建起牛顿三大定律的逻辑体系。我们将超越高中物理的范畴，深入探讨矢量在力学分析中的应用，特别是角动量和能量守恒定律的普遍性与重要性。书中会详细分析保守力场中的运动轨迹，引入拉格朗日力学的变分原理作为经典力学的更高层次的描述，展示如何通过最小作用量原理优雅地导出运动方程，为后续学习更深层次的物理理论奠定基础。同时，对开普勒定律的精确推导及其与万有引力定律的内在联系也将被详尽阐述。 第二章：振动与波动的世界 简谐振动是自然界中最基本、最普遍的运动形式之一。本章将细致分析阻尼振动与受迫振动，引入复数表示法来简化微分方程的求解过程，并重点讨论共振现象的物理机制及其在工程学中的应用与危害。随后，我们将视角转向波的传播，从一维波方程的求解入手，推广到三维空间中的波动现象，深入探讨反射、折射、干涉和衍射等基本光学现象背后的波动本质。傅里叶分析作为处理周期性波动的强大工具，将在本章中被充分展示其应用价值。 第三章：电磁场的统一描述 本部分是经典物理学的集大成者。我们从库仑定律和高斯定律出发，逐步建立起静电场的完整理论框架。然后引入电势的概念，探讨导体与电介质在电场中的行为。磁场的引入，从毕奥-萨伐定律和安培环路定律开始，揭示电流与磁场的相互作用。 接下来的重点是法拉第电磁感应定律，这是连接电与磁的关键桥梁。通过对麦克斯韦方程组的系统性推导和解释，我们将看到电、磁、光被统一在一个简洁而强大的数学框架之下。麦克斯韦方程组的矢量微分形式（旋度和散度）将作为核心内容被深入剖析，并展示其如何预言电磁波的存在及其传播速度精确地等于光速。本章还将讨论电磁波在不同介质中的传播特性，包括波的能量、动量和能量流密度（坡印廷矢量）。 第四章：热力学与统计物理学的桥梁 本章从宏观热力学定律开始，详细阐述热力学三大定律（零、一、二律）的物理内涵。零定律是温度概念的基石；第一定律是对能量守恒的宏观表达，并引入了内能、功和热量的概念；第二定律则引入了熵的概念，探讨了过程的方向性与不可逆性，我们将重点分析卡诺循环和热机效率的极限。 随后，我们将转向微观世界的统计描述。统计物理学的核心思想是将大量粒子的宏观热力学性质与其微观运动联系起来。本章将介绍相空间、系综（微正则、正则、大正则）的概念，并推导出玻尔兹曼分布，解释温度、压力等宏观量是如何从粒子速度分布中涌现出来的。对理想气体模型以及真实气体存在的范德华方程的探讨，将展示理论模型与实验现象之间的契合与偏离。 第二部分：时空与物质的深刻变革——现代物理学的曙光 第五章：相对性原理的革命——狭义相对论 本章将彻底颠覆牛顿时代对时间和空间的绝对观念。从对迈克尔逊-莫雷实验的分析入手，引出爱因斯坦的两个基本假设：相对性原理和光速不变原理。基于这两个假设，我们将系统推导洛伦兹变换，并展示时间膨胀、长度收缩、相对论速度叠加等反直觉但已被实验证实的效应。 动量和能量的概念在相对论框架下得到修正，本章将详细推导著名的质能关系式 $E=mc^2$，阐述质量与能量之间可以相互转化的深刻物理意义。本章的重点在于建立一种全新的四维时空观，理解“事件”和“世界线”的概念。 第六章：引力的新几何——广义相对论简介 广义相对论将引力从一种力重新描述为时空本身的弯曲。本章从等效原理出发，将引力与加速度联系起来。我们将介绍张量分析作为描述弯曲时空的基本数学工具，并解释黎曼几何在引力理论中的核心作用。 书中将重点阐述爱因斯坦场方程的物理意义，即物质（能量-动量张量）告诉时空如何弯曲，而弯曲的时空告诉物质如何运动。虽然不对场方程进行严格的求解，但我们会讨论其关键的物理预言，包括水星近日点进动、光线在引力场中的偏折（引力透镜效应的原理），以及黑洞和引力波的理论基础。 第七章：微观世界的量子本质 量子力学是描述原子及亚原子粒子行为的理论。本章将从黑体辐射和光电效应的经典解释失败入手，引入普朗克常数和光子概念，标志着能量量子化的开端。随后，我们将讨论德布罗意物质波的假设，成功地将波动性与粒子性统一起来。 薛定谔方程（定态与含时）是本章的核心，它取代了牛顿定律，成为描述微观粒子演化的基本方程。我们将应用该方程解决简单的势阱问题（如无限深势阱），清晰地展示量子化能级的物理来源。海森堡不确定性原理将作为量子力学的基本限制被详细讨论，它揭示了我们对微观粒子进行精确测量的内在不可兼得的矛盾。自旋的概念作为粒子的内禀属性，也将被引入作为对量子力学图像的补充。 第八章：前沿探索与交叉学科 本章将简要概述现代物理学的一些关键发展方向，作为对前七章内容的延伸和展望。我们将探讨原子核的结构与衰变（核能的来源），半导体物理学的基本概念，并对标准模型（粒子物理学）的基本构架进行概述，介绍夸克、轻子和规范玻色子。最后，我们将对引力与量子力学如何试图在量子引力理论中被统一的挑战进行哲学层面的讨论。 总结 本书力求在知识的深度和广度之间取得平衡，通过对物理学基本原理的严谨推导和深入剖析，帮助读者建立起一个系统、连贯且富有批判精神的现代物理学知识体系，为未来进一步学习专业领域的理论打下坚实而灵活的基础。

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我必须强调一下这本书在对“错误”的处理态度上所体现出的深刻洞察力。在很多教材中，对常见错误往往是一笔带过，或者只是简单地指出“这是错的”。然而，本书专门开辟了一个“陷阱解析”的板块，它细致入微地分析了学生在解题过程中最容易陷入的逻辑误区，比如混淆积分的上下限应用、对定积分和不定积分概念的模糊不清等等。作者不是在指责读者的错误，而是在扮演一位经验丰富的导师，预判你的疑惑，并提前为你搭建好思维的防火墙。这种对学习者心理的精准把握，让我在面对复杂难题时，能够更早地识别并规避那些潜伏的错误路径，大大提高了学习效率和准确率。

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这本书的装帧设计简直是艺术品，封面那种深邃的墨蓝色搭配烫金的书名，透着一股沉稳和厚重感，让人一眼就能感受到它内在知识的含量。内页的纸张质感也极其出色，摸上去细腻柔滑，即便是长时间翻阅，手指也不会感到疲劳。更值得称赞的是它的排版，字体的选择非常考究，清晰又不失古典韵味，段落之间的留白恰到好处，使得阅读体验极为舒适。翻开扉页，那句引用名言更是点睛之笔，一下子将读者的心绪拉入一个求知若渴的境地。我尤其喜欢它在章节标题前的引言部分，那些简短却充满哲理的文字，总能让人在正式进入复杂公式和定理之前，先在思想上做好准备。这本书不仅仅是一本工具书，更像是一件精心打磨的工艺品，每一次的翻阅都像是在进行一场视觉和精神上的享受。

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这本书的习题设计简直是教科书级别的典范，它完美地平衡了基础巩固与思维拓展之间的关系。前半部分的配套练习，题量适中，难度梯度设置得极为科学，基本能够确保读者在掌握每一个知识点后，能立刻通过实战来固化理解。真正让我感到惊喜的是后半部分那些被称为“思维探索引”的综合题。这些题目往往需要读者跳出单一章节的框架，将导数、积分、级数等多个章节的知识点融会贯通，才能找到突破口。它们不是那种标准化的考试题，更像是数学家们在进行思考时会遇到的那种“小挑战”，解开它们带来的成就感，远胜于仅仅做对一道选择题。这使得这本书从一本“学习指导”升华为一本“思维训练手册”。

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从整体结构来看，这本书的逻辑流向堪称教科书级的示范。它没有采用那种生硬的、纯粹的知识点堆砌模式，而是构建了一个清晰的知识地图。每一个新的章节都不是凭空出现的，而是以前面知识为基石，自然而然地推演出来。例如，在引入多元函数微积分之前，它用相当大的篇幅回顾了单变量函数的链式法则及其几何意义，并巧妙地用“从平面走向空间”的比喻来过渡，这种层层递进、环环相扣的编排方式，极大地降低了知识的“断裂感”。读完一个大的单元，你会有一种“原来如此，一切都是水到渠成”的豁然开朗之感，这对于构建一个牢固、系统的数学知识体系，是任何零散资料都无法比拟的价值所在。

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初次拿到手时，我本以为这会是一本枯燥乏味、充斥着标准答案和死板例题的参考书，但实际阅读后的感受完全超出了预期。作者在讲解那些抽象的微积分概念时，没有直接抛出那些令人望而生畏的定义，而是巧妙地引入了大量的现实生活中的类比和情景建模。比如，在解释极限概念时，他没有停留在ε-δ语言的泥潭里，而是用了一个关于“追赶”的生动故事，把一个看似玄奥的数学概念描绘得栩栩如生，让人茅塞顿开。这种叙事性的讲解方式，极大地降低了初学者的畏难情绪。我发现自己不再是机械地记忆公式，而是开始理解这些公式背后的逻辑和它试图解决的实际问题，这对于建立坚实的数学思维至关重要。

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