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出版者:

作者:苏州大学《中学数学月刊》编辑部 编

出品人:

页数:315

译者:

出版时间:2007-8

价格:36.00元

装帧:

isbn号码:9787810908634

丛书系列:

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探索物理世界的奥秘：从经典理论到前沿应用 图书名称： 物理学导论：微观、宏观与宇宙 图书简介： 本书旨在为读者提供一个全面、深入且富有启发性的物理学导论。它不仅仅是一本知识的陈述手册，更是一次引领读者穿越人类认识自然界核心规律的思维旅程。我们致力于构建一个从宏观世界的经典现象到微观粒子的奇特行为，再到宇宙演化宏大叙事的清晰逻辑链条，确保读者在掌握扎实基础知识的同时，也能领略到当代物理学研究的广阔前沿。 全书内容分为四个核心部分，共计十八章，结构严谨，层层递进。 --- 第一部分：经典物理学的基石（第1章至第6章） 本部分聚焦于19世纪末以前建立的、描述日常尺度物体运动与相互作用的经典理论框架。这是理解整个现代物理学的基础。 第1章：运动学的几何描述与动力学的逻辑 本章从最基本的概念入手，定义了位移、速度与加速度，并使用矢量分析工具来精确描述物体的运动轨迹。随后，我们引入牛顿运动定律——这三条定律是经典力学的心脏。我们深入探讨了惯性系与非惯性系的概念，并详细解析了动量守恒和角动量守恒在复杂系统分析中的强大作用，特别关注了碰撞、转动惯量计算以及刚体运动的分析方法。 第2章：功、能与保守力场 能量是物理学中最重要的概念之一。本章详细阐述了功的概念，推导出动能定理，并系统地介绍了保守力（如重力、弹簧力）的概念，引出了势能的概念。通过机械能守恒定律，读者将学会如何简化许多看似复杂的力学问题。我们还会探讨非保守力（如摩擦力）对系统能量的影响。 第3章：振动与波的传播 本章转向描述周期性运动和信息传递的物理现象。从简谐振动（SHM）的数学模型和物理意义出发，逐步推广到阻尼振动和受迫振动，并引入了共振现象的物理本质。随后，内容过渡到机械波，探讨波的叠加原理、反射、折射、干涉和衍射现象，为后续的电磁波学习打下基础。 第4章：流体静力学与动力学 流体（液体和气体）的运动和平衡状态是工程学和地球科学的基础。本章首先介绍流体的基本性质，如密度和压强，推导出静水压力公式和阿基米德浮力定律。在动力学方面，我们将重点讲解理想流体的连续性方程和伯努利方程，并简要讨论粘滞流体和湍流现象的初步概念。 第5章：热力学定律与宏观平衡 本部分将视角从力学扩展到能量的另一种形式——热能。我们从宏观现象出发，定义了温度、热量、内能和熵。详细阐述了热力学第一定律（能量守恒在热过程中的体现）和第二定律（关于过程方向和不可逆性的深刻洞察）。焦耳定律、热膨胀以及理想气体的状态方程是本章的核心内容。 第6章：气体动理论与微观基础 本章开始将宏观的热力学现象与微观粒子的随机运动联系起来。通过对大量分子运动的统计描述，推导出气体分子的平均动能与温度的关系，解释了气体压强产生的微观机制。麦克斯韦速率分布函数的引入，为理解气体分子的速度差异提供了精确的数学工具。 --- 第二部分：电磁学的统一（第7章至第11章） 本部分是物理学史上一次伟大的综合，展示了电、磁以及光是如何被统一在同一个理论框架之下的。 第7章：静电场与高斯定律 本章以电荷的基本性质为起点，引入库仑定律。随后，我们建立起电场的概念，并通过矢量积分工具——高斯定律，展示了电场在具有高度对称性情况下的简化求解方法。电势的概念及其与电场的联系也是本章的重点。 第8章：导体、电介质与电容 本章探讨电场中的物质效应。分析了静电平衡状态下导体内部电场的特性，深入讲解了电介质（绝缘体）的极化现象及其对电场强度的影响。电容的计算和储能是本节的实践重点。 第9章：稳恒电流与磁场起源 内容转向电荷的定向运动——电流。介绍欧姆定律，并讨论电路中的能量耗散。随后，我们引入磁场的概念，讨论毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律，这是计算稳恒电流产生磁场的两大基本工具。 第10章：电磁感应与麦克斯韦方程组的初步 法拉第电磁感应定律揭示了变化的磁场如何产生电场，这是发电机和变压器工作的基本原理。本章最后将前述所有电磁定律——库仑定律、安培定律、法拉第定律，结合麦克斯韦引入的“位移电流”概念，汇集成完整的麦克斯韦方程组，预示着电磁波的诞生。 第11章：电磁波与光的本质 基于麦克斯韦方程组的直接推论，本章证明了电磁波的存在，并计算了其在真空中的传播速度。我们探讨了电磁波的能流密度（坡印廷矢量）和动量，并从电磁学的角度回顾了光的波动性，包括光的干涉和衍射现象的电磁场解释。 --- 第三部分：现代物理学的革命（第12章至第15章） 本部分描述了20世纪初对经典物理学带来颠覆性变革的两大支柱——相对论与量子力学。 第12章：狭义相对论：时空的新观 本章从对光速不变原理和相对性原理的深刻反思出发，抛弃了绝对时空观。读者将学习洛伦兹变换，并理解时间膨胀、长度收缩等效应，它们不再是理论假设，而是物理实在。质量与能量的等价性（$E=mc^2$）作为本章的终极结论被深入剖析。 第13章：量子化的开端：黑体辐射与光电效应 本章追溯了量子理论的起源。首先分析了经典物理无法解释的黑体辐射问题，引出普朗克量子假设。随后，通过爱因斯坦对光电效应的解释，确立了光的粒子性（光子概念），标志着波粒二象性的萌芽。 第14章：原子结构与波粒二象性 本章聚焦于原子物理。从卢瑟福的原子核模型入手，讲解玻尔模型如何成功解释了氢原子光谱。随后，德布罗意提出了物质波的概念，将波粒二象性推广到所有物质粒子。海森堡不确定性原理则从根本上限制了我们对微观粒子状态的精确描述能力。 第15章：量子力学基础：薛定谔方程与氢原子 本章引入量子力学的核心数学工具——薛定谔方程（定态与含时）。通过对简单势阱和谐振子的分析，展示了能量量子化和波函数的概率解释。最后，我们将应用薛定谔方程求解氢原子能级和轨道，深入理解电子的轨道和量子数。 --- 第四部分：核物理与宇宙的尺度（第16章至第18章） 本部分将焦点从原子内部扩展到原子核，并最终延伸至宇宙的结构与演化。 第16章：原子核结构与核反应 本章介绍原子核的基本构成（质子与中子），核力的性质，以及核能的来源（质能亏损）。详细讨论了放射性衰变（α, β, γ）的规律和半衰期。核裂变与核聚变的物理机制及其在能源和军事上的应用也将被全面介绍。 第17章：固体物理与半导体基础 本章将量子理论应用于材料科学。讲解晶体结构、能带理论的形成，区分导体、半导体和绝缘体。重点剖析了半导体的掺杂机制（N型和P型），并简要介绍了PN结的形成和基本二极管的工作原理，为现代电子技术奠定理论基础。 第18章：广义相对论与宇宙学导论 本章将相对论的框架扩展到引力领域。介绍等效原理，爱因斯坦的引力场方程的定性理解，以及它对水星近日点进动、光线在引力场中弯曲的精确预测。最后，我们将简要探讨宇宙学原理、大爆炸模型的证据（如宇宙微波背景辐射）和当前对暗物质、暗能量的研究方向，带领读者展望物理学的未来疆域。 --- 本书的编写风格力求严谨又不失生动，所有公式推导都辅以清晰的物理图像和实际应用背景。大量的例题和课后习题被精心设计，旨在巩固概念、训练分析能力，并帮助读者将理论知识转化为解决实际问题的能力。本书适合高等院校非物理专业的基础物理课程教学，亦是所有对探索自然界终极规律抱有热忱的自学者理想的入门和进阶读物。

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