具体描述
好的，以下是一份针对一本不包含《Physics for Scientists and Engineers》内容的图书的详细介绍。 --- 《现代工程物理基础：从原理到应用》 内容概述 《现代工程物理基础：从原理到应用》是一本专为跨学科的工程学和应用科学学生精心设计的教材。本书摒弃了传统大学物理教材中过分强调理论推导和抽象数学模型的倾向，转而聚焦于物理学概念与现代工程实践之间直接、清晰的联系。全书旨在构建一座坚实的桥梁，将抽象的物理定律转化为解决实际工程问题的实用工具。 本书的结构清晰，逻辑严谨，内容覆盖了经典力学、热力学、电磁学、波动光学以及基础量子现象，但其核心出发点始终是“工程应用”。我们假定读者具备一定的微积分基础，但无需深厚的理论物理背景。 第一部分：经典力学与材料基础 (Classical Mechanics and Material Foundations) 本部分着重于理解物体在受力作用下的运动规律，以及这些规律如何影响工程材料的选择和设计。 第一章：运动学与动力学基础 本章从牛顿定律出发，但立即引入了工程中常见的分析框架，如自由体图（Free-Body Diagrams）的系统化绘制方法。重点讲解了功、能、功率的概念，并深入讨论了在机械设计中，如何利用能量守恒原理来评估系统效率。例如，分析起重机的工作循环效率，以及摩擦力在不同工况下的影响。 第二章：刚体动力学与转动 重点不再是复杂的拉格朗日方程，而是转动惯量、角动量守恒在旋转机械（如陀螺仪、涡轮机）中的实际应用。详细介绍了扭矩、应力与应变的基本概念，为后续的材料力学打下基础。特别引入了有限元分析（FEA）的思想，说明如何在计算机模型中模拟这些力学行为。 第三章：振动与阻尼 本章探讨了简谐振动（SHM）在结构工程中的重要性。从单自由度系统开始，详细分析了共振现象的危害及控制方法，例如在桥梁设计中如何引入阻尼器（如粘滞阻尼器或粘弹性材料）来抑制有害振动。本章提供了大量的案例研究，展示了振动分析在航空航天和土木工程中的实际应用。 第四章：流体力学基础 本章聚焦于工程流体力学，而非纯粹的流体力学理论。内容侧重于伯努利方程在管道设计中的应用、雷诺数（Reynolds Number）对层流与湍流的判断，以及如何计算流体阻力。涉及了泵、阀门和通风系统的基本原理，强调了流体动力学在热交换器和水力发电中的作用。 第二部分：热力学与能量转换 (Thermodynamics and Energy Conversion) 本部分将热力学定律置于能量系统和环境相互作用的背景下进行阐述。 第五章：热力学第一定律与能量平衡 本章着重于工程系统中的能量流。定义了功、热量和内能，并侧重于对控制体（Control Volume）的分析。详细讲解了封闭系统和开放系统的能量方程，并应用于蒸汽动力循环（如朗肯循环）的分析，计算热机和制冷机的性能系数（COP）。 第六章：热力学第二定律与熵 第二定律被引入作为评估过程“可行性”和“效率极限”的工具。重点讲解了熵增原理，并将其应用于不可逆过程的分析，例如分析热损失和摩擦引起的能量退化。对比了卡诺循环与实际循环的效率差距，强调了提高能源利用率的设计思路。 第七章：传热学导论 (Introduction to Heat Transfer) 本章涵盖了工程中最常见的三个传热机制：传导、对流和辐射。传导部分深入分析了傅里叶定律，并讨论了复合壁结构和热阻的概念，这对于建筑保温和电子设备散热至关重要。对流部分结合了流体力学，分析了自然对流与强制对流的边界条件。辐射部分则侧重于黑体和灰体辐射的计算，应用于高温炉和空间热控。 第三部分：电磁学与电子基础 (Electromagnetism and Electronic Fundamentals) 本部分的目标是使工程学生能够理解电磁场如何产生、如何操控，并将其转化为实际的电路和设备。 第八章：静电学与电介质 从库仑定律出发，引入电场、电势的概念。重点讲解了电容器的结构和存储能量的原理。特别关注了电介质材料的极化效应，以及如何利用电介质来增强电容器的性能，这在传感器技术中非常关键。 第九章：稳恒电流与电路分析 本章直接进入工程应用——电路。详细介绍了欧姆定律、基尔霍夫定律（KCL和KVL），并系统地阐述了直流电路分析的节点法和网孔法。重点介绍了电阻、电容和电感元件在直流和低频交流电路中的行为，并探讨了电源、负载匹配的基本概念。 第十章：磁场与电磁感应 本章将毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律应用于工程中的磁场配置，例如螺线管和电磁铁的设计。随后深入讲解法拉第电磁感应定律，这是理解所有发电机、变压器和电感器件工作原理的核心。讨论了磁滞现象及其对电机效率的影响。 第十一章：交流电路基础 将复数分析引入正弦稳态分析，用于处理交流电路中的阻抗（Impedance）。详细分析了RLC串联和并联电路的谐振现象，以及如何利用调谐电路（Tuned Circuits）进行信号选择，这是无线通信和电力电子学的基石。 第四部分：光学与现代物理的工程侧面 (Optics and Engineering Aspects of Modern Physics) 最后一部分将视野扩展到波动现象和20世纪物理学的工程体现。 第十二章：几何光学与成像系统 本章采用几何光学模型，快速建立对透镜和反射镜的理解。详细分析了照相机、显微镜和望远镜等光学仪器的成像原理，包括光圈、焦距和放大率的计算。强调了像差的产生原因和校正方法。 第十三章：波动光学与干涉 从惠更斯原理出发，探讨了光的干涉和衍射现象。分析了杨氏双缝实验、薄膜干涉（如抗反射涂层）和夫琅禾费衍射的应用。这部分内容直接关联到光学传感器的设计和光刻技术。 第十四章：基础量子现象与半导体 本章不会深入复杂的量子力学理论，而是侧重于解释宏观工程现象背后的微观基础。讨论了光电效应、物质波概念，并用能带理论来解释导体、绝缘体和半导体的本质区别。这为理解二极管、晶体管等现代电子元件的工作机制提供了必要的物理图像。 教学特色与优势 1. 应用驱动型叙事： 每章概念引入后，紧接着会有一个或多个“工程案例分析”，例如用热力学分析燃气轮机，用电磁学设计电感式传感器。 2. 强大的数学工具箱： 本书的数学推导保持在“足够用”的水平，所有微积分和向量分析工具都放在专门的附录中，确保读者能够集中精力理解物理概念，而非被复杂的代数运算分散注意力。 3. 强调实验与测量： 贯穿全书的实验室指南部分，侧重于如何使用现代仪器（如示波器、热电偶、光谱仪）来验证和量化所学原理，培养学生的动手能力。 4. 跨学科融合： 特别关注机械、电子、土木和化学工程领域中最常遇到的物理挑战，内容组织更符合工程领域的专业划分。 《现代工程物理基础：从原理到应用》是一本实干家的物理学指南，它教会读者如何“使用”物理，而不是仅仅“描述”物理。
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