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出版者:

作者:邓剑平 编

出品人:

页数:316

译者:

出版时间:2009-2

价格:32.00元

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isbn号码:9787811252224

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机械与材料力学基础：结构设计与分析导论 本书导读： 本书旨在为工程技术人员和理工科学生提供一套扎实、系统的机械原理与材料力学知识体系。我们聚焦于工程实践中最为核心的力学分析方法，从最基础的静力学平衡原理出发，逐步深入到材料的本构关系、梁的弯曲应力分析，以及复杂结构下的疲劳与蠕变问题。本书内容完全独立于《大学物理实验》，不涉及任何大学物理实验的具体操作流程或数据处理方法，而是侧重于理论模型的建立、数学工具的应用以及工程设计准则的阐述。 第一部分：静力学与结构分析基础 第一章：力系与平衡的原理 本章从力的矢量特性和物理定义入手，详细阐述了力的合成与分解。重点剖析了平面力系和空间力系下的平衡条件，并引入了等效力系的概念。我们深入探讨了自由体图（Free Body Diagram, FBD）的绘制规范与应用技巧，这是后续所有力学分析的基石。本章通过大量工程实例，如桁架、刚架和链式机构的受力分析，巩固学生对“隔离体”和“平衡方程”的理解。特别关注了虚功原理在静定结构分析中的应用，展示了如何利用能量方法简化复杂的平衡求解过程。 第二章：结构分析基础——桁架、框架与拱 本章将静力学原理应用于常见的工程结构。首先，详细介绍了桁架的节点法和截面法，强调了在应用这些方法时必须对杆件假设（如两端铰接、仅受轴向力）的清晰认识。随后，过渡到更复杂的框架结构。对于静定框架，使用平衡方程直接求解；对于静不定框架，则引入了超静定概念，并简要介绍了位移法和力的基本思想，为后续的材料力学奠定基础。拱和缆索作为曲线结构，本章分析了在均布荷载和集中荷载作用下的内力分布规律。 第三章：摩擦力与接触应力 摩擦力的概念是工程力学中不可或缺的一环。本章区分了静摩擦和动摩擦，并基于库仑摩擦定律，分析了楔子、螺纹机构以及机器部件（如轴承和制动器）中的摩擦效应。我们强调了摩擦角和摩擦系数在设计中的重要性。此外，本章引入了接触应力分析的初步概念，讨论了两个受压物体接触面的应力分布特征，为分析轮对、滚子轴承等接触问题提供了理论准备。 第二部分：材料力学与应力分析 第四章：应力、应变与本构关系 这是材料力学部分的核心。本章严格定义了正应力、剪应力以及应力状态（应力张量）。我们探讨了如何通过莫尔圆来确定平面应力状态下的主应力和最大剪应力。应变的定义随后引入，包括正应变和剪应变。重点讲解了胡克定律，并将其推广到各向同性材料的三维本构关系，引入了杨氏模量、泊松比和剪切模量之间的关系。 第五章：轴的设计与扭转 本章专门针对圆轴的扭转问题进行深入分析。从微小扭转变形开始，推导出纯扭转下的剪应力公式（$ au = Tr/J$），并解释了极惯性矩$J$的物理意义。本章详细区分了实心轴与空心轴的扭转刚度与强度计算，并讨论了非圆截面扭转的修正系数。最后，本章将扭转分析扩展到传递功率和效率的实际应用中，并涉及了扭转疲劳的初步概念。 第六章：梁的弯曲理论 梁是工程中最常见的受力构件。本章系统地推导了弯曲正应力的分布规律，重点阐述了中性轴、惯性矩$I$的计算及其在应力分析中的作用。引入了梁的挠度与转角的概念，并利用积分法（双重积分法、弯矩-面积法）求解不同边界条件下的梁的变形。剪应力在梁中的分布是本章的另一核心内容，详细分析了剪应力集中现象。最后，本章介绍了简支梁、悬臂梁和超静定梁的内力图（剪力图和弯矩图）的绘制技巧。 第七章：组合应力与失效判据 工程构件往往承受复杂的应力组合。本章讲解了如何将轴向力、弯矩和扭矩共同作用下的应力分量叠加，形成复杂应力状态。随后，引入了材料的失效理论，包括最大剪应力理论（Tresca准则）和最大变形能理论（Von Mises准则）。这些理论是判断材料在复杂载荷下是否安全的关键标准，本章通过具体算例展示了如何应用这些判据来确定安全系数。 第三部分：结构稳定性与进阶主题 第八章：轴的屈曲与稳定性 稳定性是结构安全的重要考量。本章专注于细长杆件在轴向压力下的屈曲问题。详细阐述了欧拉屈曲公式的推导过程及其适用范围，明确了临界载荷与截面几何特性（惯性矩）和有效长度的关系。本章还讨论了廷斯卡定律和非线性屈曲对偏心受压和短柱的影响，为理解结构失稳现象提供了理论框架。 第九章：疲劳、蠕变与断裂力学引论 本章将分析从静力学过渡到动态和长期服役性能。疲劳部分介绍了S-N曲线、疲劳极限、疲劳强度估计的关键参数，以及影响疲劳寿命的表面处理和应力集中因素。对于高温和长期载荷下的蠕变现象，本章阐述了蠕变阶段的特征。最后，提供断裂力学（线性弹性断裂力学）的基本概念，解释了裂纹尖端的应力奇性、应力强度因子$K$和断裂韧度$K_{IC}$在预测结构断裂行为中的作用。 第十章：有限元方法概述 本章作为理论学习的收尾，向读者介绍了现代工程分析的强大工具——有限元法（FEM）。我们不侧重于具体的软件操作，而是解释其核心思想：将连续体离散化为有限个单元，并基于能量原理或虚功原理建立单元刚度方程。本章概述了网格划分、边界条件施加和全局刚度矩阵组装的基本流程，为读者后续深入学习高级结构分析打下坚实的理论基础。 本书特色： 本书内容组织遵循“从静到动，从简单到复杂”的逻辑主线，强调物理概念的直观理解和数学模型的严谨推导。例题选取均源于航空航天、土木工程和机械制造领域中的典型问题，旨在培养读者将抽象力学原理转化为实际工程解决方案的能力。本书严格聚焦于理论力学和材料力学的核心知识体系，未涉及任何与物理实验测量、仪器使用或数据分析直接相关的内容。

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这本书的结构安排和内容深度，让我感到惊喜不已。在“振动与波动部分”，对简谐振动的研究，书中不仅从动力学角度讲解了受迫振动和共振现象，还从能量的角度阐述了振动过程中的能量转换。在实验操作指导方面，无论是如何搭建声波发生器，还是如何精确测量不同频率下的振幅，都提供了详实的操作指南。让我印象深刻的是，书中对实验数据的处理部分，它并没有仅仅提供公式，而是通过实例，一步步演示如何使用最小二乘法来拟合振动方程，并从中提取振动参数。这种“手把手”的教学方式，对于初学者来说非常有益。更难得的是，书中在讨论实验结果时，鼓励我们思考“为什么”会产生这样的结果。比如，在研究阻尼振动时，书中会引导我们分析不同阻尼系数对振动衰减速度的影响，以及如何从实验数据中辨别阻尼的类型。这种探究式的学习方法，让我感觉自己不仅仅是在完成实验任务，更是在进行一次科学的探索。书中还提到了一些更高级的振动理论，虽然我目前还没有完全理解，但它为我今后的深入学习指明了方向。

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这本书的价值绝不仅仅在于它是一本实验操作指南，更在于它塑造了我对待科学研究的态度。在“近代物理部分”的光电效应实验中，书中对实验的背景和意义进行了详尽的介绍，例如爱因斯坦如何用光子理论解释这一现象，以及这一发现如何推动了量子力学的发展。这让我明白，每一个实验都有其深远的科学意义和历史价值。在实验步骤的描述中，作者也特别强调了实验过程中需要注意的细节，例如如何调整光电管的电压，如何精确记录光电流的大小，以及如何避免环境光干扰等。更让我受益匪浅的是，书中在数据分析部分，不仅提供了常见的曲线拟合方法，还鼓励我们尝试不同的拟合模型，并对拟合结果进行评估。这让我意识到，在科学研究中，并没有唯一的“正确”答案，而是需要不断地尝试和验证。书中还提供了一些“扩展阅读”的内容，介绍了一些相关的现代物理学进展，这极大地拓宽了我的视野，让我对物理学前沿领域产生了浓厚的兴趣。这本书不仅仅教会我如何做实验，更教会我如何思考，如何用科学的方法去认识和改造世界。

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《大学物理实验》这本书，对于我这个物理小白来说，简直是一本“救星”。它用一种非常易于理解的语言，将复杂的物理概念和实验过程娓娓道来。在“磁学部分”的测量地磁场强度实验中，书中首先回顾了磁场和磁矩的基本概念，并详细解释了地磁场如何影响小磁针的偏转。让我惊喜的是，书中对于实验装置的介绍，非常贴合实际情况，比如如何选择合适的载体，如何固定磁针，以及如何精确读取偏转角度等。更让我感到贴心的是，书中在实验过程中，还列举了可能出现的各种“陷阱”，比如磁针在空气中受到的阻力，或者测量仪器本身存在的系统误差，并给出了相应的规避或补偿方法。这让我觉得，作者非常了解学生在实验过程中可能遇到的困难。在数据分析部分，书中不仅提供了计算地磁场强度大小的公式，还详细讲解了如何进行多次重复测量，并对结果进行平均和误差分析，以提高测量精度。这种严谨的科学态度，让我受益匪浅。书中最后还鼓励我们去思考，地磁场强度在不同地点可能存在的差异，以及这种差异可能产生的影响，这极大地拓展了我的思维。

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作为一名对实验充满好奇但又略带畏惧的学生，《大学物理实验》为我打开了一扇全新的大门。这本书的叙述方式非常亲切，像是有一位经验丰富的老师在耳边悉心指导。在“电磁学部分”的法拉第电磁感应定律实验中，书中对于实验装置的介绍极其详尽，从线圈的匝数、导线的粗细，到磁铁的强度、移动的速度，都给出了具体的参数范围和选择依据。这让我明白，在设计实验时，每一个细节都可能对实验结果产生重要影响。令人赞赏的是，书中还提供了一些“进阶”的思考题，引导我们去探索如何优化实验条件，如何提高测量精度。例如，在测量感应电动势时，书中提出了可以尝试不同磁铁、不同线圈组合，以及改变磁铁进入和退出线圈的速度，并让读者分析这些改变对结果的影响。这种开放式的提问方式，极大地激发了我的探索欲望。此外，书中对于实验数据进行“误差分析”的部分，更是细致入微。它不仅介绍了系统误差和随机误差的概念，还提供了多种处理方法，比如绘制散点图、计算标准偏差等。通过这些方法，我能够更客观地评价实验结果的可靠性。这本书的每一处细节都体现了作者对教学的用心，让我感受到了学习的乐趣和成就感。

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这本书带给我的惊喜是层出不穷的。我一直认为，物理实验的难点不在于动手操作，而在于理解实验背后的物理意义以及如何从繁杂的数据中提炼出有价值的信息。而《大学物理实验》恰恰在这方面做得非常出色。在“光学部分”的衍射实验中，作者并没有直接给出操作步骤，而是先花了相当篇幅讲解了惠更斯原理以及衍射现象产生的根本原因，这让我从理论上对实验有了更深刻的理解。当我看到实验装置图时，我不再感到困惑，而是能够根据原理图，清晰地理解每一个元件的用途和连接方式。更令我称赞的是，书中对实验结果的讨论部分，它并没有局限于简单的对错判断，而是鼓励读者去思考实验结果与理论预测之间的差异，并引导读者分析产生这些差异的可能原因。例如，在测量单缝衍射条纹宽度时，书中列举了光强分布、测量误差、仪器分辨率等多种可能因素，并给出了相应的讨论思路。这让我意识到，科学研究就是一个不断质疑、不断修正的过程。此外，书中还穿插了许多历史上著名的物理实验及其演变过程，这让学习过程变得更加生动有趣，也让我对物理学的发展脉络有了更清晰的认识。总而言之，这本书不仅仅传授实验技能，更重要的是在培养我的科学素养和批判性思维，这对于我未来的学习和研究之路有着深远的影响。

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我不得不说，《大学物理实验》这本书，彻底颠覆了我对物理实验的刻板印象。它用一种非常生动活泼的方式，将枯燥的物理知识变得妙趣横生。在“电学部分”的“电阻的测量”实验中，书中首先回顾了欧姆定律和串并联电路的特点，并详细解释了不同测量电阻的方法，比如单用电压表电流表法，或者使用惠斯通电桥法，并分析了它们的优缺点。在实验操作指导方面，书中用精炼的语言和清晰的图示，指导我们如何连接电路，如何选取合适的量程，以及如何避免操作失误。我特别喜欢书中在实验结果分析部分，它不仅仅是简单地给出电阻值，而是鼓励我们思考，为什么实际测得的电阻值会与标称值存在差异？是导线电阻的影响，还是接触不良的问题？书中还提供了多种方法来评估测量结果的准确性，比如多次测量求平均值，或者与理论值进行比较分析。让我感到惊喜的是，书中还穿插了一些关于电阻在现代电子技术中的应用案例，比如在集成电路设计和传感器制作中的重要作用，这极大地激发了我对电子学研究的兴趣。这本书真正做到了寓教于乐，让我从被动的学习者，转变为主动的探索者。

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这本《大学物理实验》着实是一本令人印象深刻的学习指南，虽然我才刚刚接触，但其中的条理性和逻辑性已经深深吸引了我。初翻开书页，最先映入眼帘的是清晰的排版和详实的文字说明。对于我这个物理基础不算扎实的学生来说，这一点至关重要。每一章的开篇都对实验目的、原理以及相关的理论背景做了细致的阐述，这让我能够提前对实验有一个宏观的认识，而不是盲目地动手操作。例如，在讲到“力学部分”的牛顿第二定律验证实验时，书中不仅给出了实验装置的图示，还附带了详细的图解，解释了各个部件的作用以及如何进行组装。更难得的是，作者并没有止步于描述静态的图示，而是通过文字生动地描绘了实验过程中可能遇到的各种情况，以及如何应对。书中还预设了多种可能出现的误差来源，并给出了相应的分析方法，这让我还没开始做实验，就已经对实验的严谨性和精确性有了初步的了解。这种“防患于未然”的写作风格，对于培养学生的科学思维和实验探究能力非常有帮助。我特别喜欢书中关于数据处理的章节，它不仅仅是简单地罗列公式，而是通过具体的例子，一步步教导我们如何进行有效的数据分析，如何绘制误差棒，如何进行统计学分析，甚至是如何撰写规范的实验报告。这让我觉得，这不仅仅是一本实验操作手册，更是一本关于科学研究方法的启蒙读物。我期待着在后续的学习中，能够通过这本书，将理论知识转化为实际操作，真正体会到物理学的魅力。

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《大学物理实验》这本书，仿佛一位经验丰富的向导，引领我在物理世界的奇妙旅程中探索前行。其在“波动力学部分”的迈克尔逊干涉实验的讲解，就极具代表性。作者并没有简单地介绍实验装置的组成，而是花费了大量篇幅解释了光波的干涉原理，以及迈克尔逊干涉仪如何巧妙地利用光的干涉来测量微小的距离变化。这种从原理到应用的循序渐进的讲解方式，让我对实验的理解更加透彻。在描述实验步骤时，书中非常细致，比如如何调整反射镜的角度以获得清晰的干涉条纹，如何在操作过程中保持系统的稳定性，以及如何读取和记录干涉条纹的位移等，都进行了清晰的图文说明。我尤其欣赏书中对实验结果的分析方法。在测量光波长时，书中不仅给出了计算公式，还详细讲解了如何通过多次测量取平均值来减小随机误差，以及如何评估实验测量的不确定度。这让我意识到，科学测量不仅仅是得出数据，更重要的是理解数据的可靠性。此外，书中还穿插了一些关于干涉和衍射在实际生活中的应用案例，比如CD光盘上的彩虹色，或者某些光学仪器的设计原理，这让物理知识的学习变得更加有趣和贴近生活。

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翻开《大学物理实验》，我仿佛走进了一个充满智慧与挑战的知识殿堂。书中对“力学部分”中“万有引力定律的验证”实验的阐述，更是让我印象深刻。作者并没有直接给出实验步骤，而是先详细讲解了牛顿的万有引力定律，并解释了如何通过实验来间接测量引力常数。在实验装置的介绍方面，书中使用了大量的示意图和照片，清晰地展示了实验的各个组成部分，包括转盘、砝码、连接杆等，并详细说明了它们的材质和规格。我特别欣赏书中对实验过程中关键点进行的强调，例如在测量引力时，需要排除空气阻力和摩擦力的影响，并且要确保转盘的转速稳定。此外，书中在数据处理部分，提供了多种计算引力常数的方法，并详细讲解了每种方法的优缺点，以及如何根据实际测量数据选择最合适的方法。让我感到兴奋的是，书中还提供了一些关于引力常数在不同测量实验中的应用案例，比如在测量行星质量或轨道周期时的作用，这让我对这个看似抽象的物理量有了更直观的认识。总而言之，这本书不仅仅是一本实验手册，更是一本关于如何通过实验来探索自然规律的智慧指南。

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翻阅《大学物理实验》，我感受到了一种严谨而又不失活泼的学术氛围。书中对于实验步骤的描述，清晰而又不冗余，每一个操作都像是经过千锤百炼般精准。在“热学部分”的测量比热容实验中，作者首先对热力学第一定律进行了简要回顾，并详细解释了热量传递的各种方式，这为理解实验原理奠定了坚实的基础。我特别欣赏书中关于“实验注意事项”的提醒，例如在测量温度时，需要确保温度计完全浸没在被测物质中，以及在加热过程中要保持搅拌均匀等，这些看似微不足道的小细节，往往是影响实验结果准确性的关键。更重要的是，书中在讲解完实验过程后，还会提供一个“讨论与分析”的环节，引导读者对实验结果进行深入的思考。比如，在测量水的比热容时，书中会引导我们思考，为什么实际测量值可能与理论值存在偏差？是加热过程中的热量散失，还是测量仪器本身的误差？这些引导性的问题，让我不再仅仅满足于得到一个数值，而是开始主动去探究数值背后的物理过程。这本书就像一位耐心十足的导师，引导我一步步走向科学探究的殿堂，让我从被动的接受知识，转变为主动的探索和思考。

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