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出版者:中国青年出版社

作者:任勇

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2006-07-01

价格:22.50元

装帧:简裝本

isbn号码:9787500658627

丛书系列:

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• 高考物理
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挑战物理极限：为未来工程师与科学家打造的深度学习指南 一、引言：超越课本的物理视野 在瞬息万变的科技前沿，对物理学基础的深刻理解是构建未来科技大厦的基石。本书并非旨在简单地覆盖高考物理的知识点，而是以培养独立思考的物理学家和工程师的眼光，对经典物理学、热力学、电磁学、光学以及现代物理学的核心概念进行一次彻底而深入的再审视。我们相信，真正的物理学习在于理解概念背后的深层逻辑和数学框架，而非仅仅记忆公式和解题步骤。 二、经典力学的深度剖析与拓展 本书将经典力学（牛顿力学）的讨论提升至一个全新的高度，重点关注那些在传统教材中被一带而过的关键概念和高级应用。 2.1 运动学的严谨性与矢量分析的精妙 我们首先从运动学的基本定义入手，但很快将焦点转向高维空间中的运动描述。 多维运动的耦合与解耦： 深入探讨抛体运动、斜面上的复杂运动，并引入相对运动的概念，例如伽利略变换对速度和加速度的非线性影响。我们将详细分析如何在不同参考系之间进行精确的运动学参数转换。 圆周运动与简谐振动 (SHM) 的统一视角： 不仅限于简谐振动的标准解法，更侧重于微小的非线性振动系统（如单摆在较大角度时的运动）如何通过微扰方法或数值模拟进行分析，引出傅里叶分析在描述复杂周期运动中的应用。 2.2 动力学的核心：约束、功与势 本书将牛顿第二定律作为起点，但很快将其置于更广阔的理论框架下审视。 约束力的处理艺术： 重点剖析各种复杂的约束条件（如光滑接触、滚动约束、多重几何约束），并展示如何利用约束方程来简化动力学问题的求解，而非仅仅依赖于力的分解。 功、能与守恒定律的哲学意义： 深入探讨保守力场的定义、势能的概念如何从宏观的力学推广到微观的场论。我们将详细解析机械能守恒的普适性，并讨论在非保守力作用下能量如何转化为其他形式（如内能、弹性形变能）。 动量与角动量的高级应用： 动量守恒的本质是系统与外力无关，角动量守恒则与旋转对称性紧密相关。本书将通过刚体转动（如陀螺进动）来阐释角动量在三维空间中的矢量特性及其守恒的深层物理图像。 2.3 振动、波动的精细结构 波动现象是自然界普遍存在的规律。 耦合振子系统： 传统教材很少涉及两个或多个相互作用的振子系统（如耦合的弹簧-质量系统）。本书将使用矩阵方法或拉格朗日力学导引，求出系统的正常模式（本征频率）和相应的振动形式，揭示能量如何在不同模式间传递和交换的机理。 机械波的非线性效应： 讨论声波在介质中传播时，幅度过大可能引起的非线性效应，如激波的形成，这为流体力学中的波现象奠定了基础。 三、热力学与统计物理的桥梁 热力学是连接微观粒子行为与宏观现象的桥梁。本书着重于构建这个桥梁的逻辑结构。 热力学第一、二、三定律的微观诠释： 不仅是状态函数的定义，更深入探讨熵（$S$）的统计力学定义 $S = k_B ln W$ 的意义，理解“无序度”在信息论和物理学中的深刻含义。 气体分子动理论的精确化： 从理想气体模型出发，引入范德华方程，探讨分子间相互作用（吸引力和斥力）如何影响气体的真实行为，特别是在临界点附近的相变。 热机的效率极限与信息熵： 详细分析卡诺循环的不可逆性，并引入朗道尔原理（Landauer’s principle），探讨信息擦除过程与最小能量耗散之间的基本联系，这是现代计算物理与信息物理交汇的前沿课题。 四、电磁学的统一场论基础 电磁学是物理学中最优雅、最统一的理论之一。本书的目标是让读者理解麦克斯韦方程组的内在美和其所蕴含的物理实在。 4.1 静电场与静磁场的几何基础 电势与高斯定律的对偶性： 深入分析泊松方程和拉普拉斯方程的数学解法（如分离变量法、唯一性定理），这些方法是处理复杂边界条件电势分布的关键工具。 磁场的源与安培定律的修正： 探讨变化的电场（位移电流）如何引入磁场，并强调法拉第电磁感应定律与变化的磁场之间的对称性。 4.2 变化的电磁场与电磁波的产生 麦克斯韦方程组的完整形式： 将四个方程作为一个整体来理解，它们如何预言了电磁波的存在，以及电磁波速度的来源（仅依赖于真空介电常数和磁导率）。 电磁波的辐射与接收： 分析振荡电偶极子如何产生电磁波，并讨论波的能量流（坡印廷矢量 $mathbf{S}$）在空间中的传输特性，包括辐射压力效应。 4.3 交流电路的稳态与瞬态分析 RLC电路的解析解： 深入分析串联和并联 RLC 电路中电流和电压的响应，包括过阻尼、欠阻尼和临界阻尼三种情况下的解，揭示振荡衰减的内在机制。 电磁场的边界条件： 详细推导电磁场在不同介质界面处的反射和折射规律，为光学奠定坚实的电磁学基础。 五、光学：从几何到波动 本书中的光学部分完全基于电磁波理论，避免了纯几何光学的局限性。 惠更斯-菲涅尔原理的严谨推导： 展示如何从该原理出发，严格推导出光的直线传播、反射和折射定律。 干涉与衍射的定量分析： 聚焦于单缝衍射、双缝干涉的强度分布函数（三角函数项的平方），并探讨光栅衍射在光谱分析中的高分辨率特性。 光的偏振与散射： 阐述光的横波性质，分析线性偏振、圆偏振和椭圆偏振光的叠加，并深入探讨瑞利散射（如天空呈蓝色的原因）的微观机制。 六、现代物理学的思想革命 现代物理学是对经典物理学在高速、微观尺度下失效的修正。 6.1 狭义相对论的几何世界观 洛伦兹变换的本质： 将其视为时空坐标的旋转操作，理解时间膨胀和长度收缩的互易性。 质能关系与四维动量： 深入理解 $E^2 = (pc)^2 + (m_0c^2)^2$ 这一关系如何统一了能量和动量，并讨论静止质量的意义。 6.2 量子力学的基本假设与应用 波粒二象性与不确定性原理： 讨论德布罗意波的意义，并从海森堡不确定性原理（$Delta x Delta p ge hbar/2$）推导出能量和时间的不确定性关系，强调其作为基本限制而非测量误差的本质。 薛定谔方程及其势阱问题： 详细求解一维无限深势阱和有限深势阱的定态薛定谔方程，展示量子化能级的必然性，以及隧道效应（穿透势垒）的概率解释。 原子结构与能级： 在玻尔模型的基础上，引入量子数，解释氢原子光谱的精细结构和泡利不相容原理对多电子原子结构的影响。 七、结语：物理学的工具箱与思维模式 本书最终目的是提供一个强大的物理学思维工具箱。我们强调模型建立、数学抽象和实验验证三者结合的方法论。掌握这些内容，意味着读者不仅能解决标准问题，更能独立构建和分析全新的物理现象模型，为未来在工程、材料科学、计算物理或基础研究领域的发展奠定不可动摇的理论基础。

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如果说它有什么特点，那一定是它对“错题回顾与反思”的重视程度。我注意到，在书的最后几章，它并没有急着收尾介绍最新的物理前沿或者一些虚无缥缈的探讨，而是用相当大的篇幅，详细分析了历年来高考中那些“高频陷阱题”的统计数据。它不是泛泛而谈，而是具体到某个力学模型下，学生在哪些步骤最容易犯错。更绝的是，它提供了一个“自我诊断清单”，让你根据自己做错的题型，快速定位自己的薄弱环节。这让我感觉这本书不仅仅是一本知识的传授者，更像是一个贴身的、非常了解我学习弱点的“私人教练”。它教会我的不仅仅是如何解题，更重要的是如何科学地回顾和纠正自己的错误，这种学习方法论的指导，对我后期的复习策略制定起到了决定性的作用。

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这本书的封面设计就透着一股子“干货满满”的劲儿，那种深邃的蓝色调，配上清晰的字体，让人一看就知道它不是那种花里胡哨的辅导材料。我印象最深的是它对基础概念的梳理，简直是教科书级别的严谨。比如，在讲到牛顿第二定律的时候，它并没有停留在简单的公式罗列上，而是深入剖析了矢量分解在不同情境下的应用，甚至还穿插了一些历史背景，让你明白这个定律的提出是多么的巧妙和具有划时代的意义。对于那些初次接触物理，或者感觉基础不牢的同学来说，这种由浅入深的讲解方式，就像一位耐心的老教授在为你拨开迷雾。我特别喜欢它在每一章节末尾设置的“易错点解析”，那些常常在考试中让人失分的陷阱，都被用红字标出来，还配有详细的图示说明，看得人是心服口服。做题时，我总会习惯性地翻到这一部分，确保自己不再同一个地方跌倒。这套书的体量感十足，拿在手里沉甸甸的，让人觉得踏实，仿佛拥有了通往高分之路的秘密武器。

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我最欣赏的是它在难度梯度上的把握，简直是教科书级别的“阶梯式上升”。一开始的习题，基础到不能再基础，基本上就是对概念的直接应用，让你建立信心。然后，难度会慢慢过渡到那些需要综合运用多个知识点的中档题，这时候，你会发现很多题目其实是把前面学过的热学和力学知识点巧妙地糅合在了一起。但最让人眼前一亮的是那些“压轴题型”的讲解。它不是简单地给出答案，而是提供至少两种不同的解题思路。比如，一道关于能量守恒的难题，它会先展示传统的代数解法，然后再引入更简洁的能量图像法，让你体会到不同思维路径的效率差异。这种设计极大地拓宽了我的解题视野，让我意识到物理题是可以有多种美妙的解法的，而不是只有一条“标准答案”的死胡同。这种对思维训练的重视，是很多同类书籍所欠缺的。

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说实话，我拿到这本“最新修订版”的时候，其实是抱着一种“试试看”的心态的。毕竟市面上的高考物理资料太多了，很多都是换汤不换药的陈旧内容。然而，这本给我带来了惊喜，尤其是在处理那些复杂电磁场和光学问题时，它的解题步骤划分得异常清晰。我之前在处理一道关于霍尔效应的题目时，总是混淆磁场力的方向，搞得一团糟。但这本书里，它专门开辟了一个“空间想象力训练”的版块，通过三维坐标系的图解，把力的方向、电流方向和磁场方向的关系，掰开了揉碎了教，看完之后，我感觉自己的空间感都提升了。而且，它对公式的推导过程也毫不含糊，没有那种直接“跳步”的情况，每一步的逻辑衔接都非常顺畅，让你清楚地知道“为什么”是这样，而不是死记硬背。这种注重底层逻辑的教学方式，对于我这种喜欢刨根问底的学生来说，简直是福音。

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这本书的排版和印刷质量也值得称赞。要知道，高考复习是个持久战，书本要翻阅无数次，如果纸张太薄或者油墨容易蹭掉，那体验感会直线下降。这本选用的纸张质感非常好，墨色浓郁却不刺眼，即使用强光灯长时间学习也不会感到视觉疲劳。更关键的是，它在图示的绘制上投入了极大的精力。很多物理模型，比如波的叠加、电路中的等效变换，仅仅依靠文字描述是很难理解的。但这本书里的插图，不仅数量多，而且线条清晰，关键的受力点、电场线方向都用不同的颜色做了标记，简直是“可视化教学”的典范。我个人对磁场中的粒子运动轨迹部分印象尤其深刻，那些螺旋线画得既标准又美观，让人在学习枯燥的公式时，也能享受到一定的视觉愉悦感。

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