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出版者:上海科学技术出版社

作者:（美）保罗·齐策维茨

出品人:

页数:272

译者:仲新元

出版时间:2005-04

价格:28.5

装帧:

isbn号码:9787532378326

丛书系列:物理：原理与问题（全三册）

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穿越时空的思想之旅：从古典到前沿的物理世界探秘 图书名称： 物理：原理与问题（第二册）—— 概念的深度解析与现代物理的基石 书籍定位： 本书旨在为具有一定物理基础的读者提供一个全面、深入且富有启发性的物理学知识体系，重点关注经典物理学的严谨性，并以此为阶梯，探索现代物理学的核心概念与发展脉络。它不仅仅是一本习题集或知识点罗列，更是一场引导读者进行批判性思考、理解物理学基本原理如何构建我们世界观的智力探险。 --- 第一部分：电磁学的精妙构建与统一之美（宏观世界的隐形之手） 本册内容将从麦克斯韦方程组的深刻内涵出发，带领读者领略电磁现象在数学框架下的完美统一。我们不会停留在公式的表面，而是深入剖析电磁场如何从根本上决定了物质的相互作用、光线的传播，乃至我们感知的色彩与形态。 1. 静电场与静磁场的精炼回顾与深化： 势的概念与拉普拉斯/泊松方程的物理意义： 详细探讨势函数在求解复杂几何构型下的电磁场问题中的优势。着重分析泊松方程 ($ abla^2 V = - ho/epsilon_0$) 如何将电荷分布直接转化为空间电势的分布，以及拉普拉斯方程在无源区域的唯一性定理所蕴含的物理学意义——即边界条件决定一切。 高斯定律与安培定律的积分与微分形式的互证： 通过对这两种基本定律的深入分析，展示宏观连续介质（电介质和磁介质）中场强与场位移之间的精确关系。重点讲解极化强度 $mathbf{P}$ 和磁化强度 $mathbf{M}$ 如何描述物质内部的微观响应。 2. 变化的电磁场与电磁波的诞生： 法拉第电磁感应定律的革命性： 不仅关注 $mathcal{E} = -dPhi_B/dt$ 的应用，更深入探讨变化的磁场如何“生成”电场，这是从静态物理学向动态物理学过渡的关键一步。 麦克斯韦引入位移电流的必要性： 详细阐述当安培环路定律应用于电容器充放电过程时遇到的矛盾，以及引入 $epsilon_0 frac{partial mathbf{E}}{partial t}$ 这一“位移电流”项如何保证电荷守恒和数学形式上的自洽性。 电磁波的预言与性质： 严格推导 $ abla^2 mathbf{E} - mu_0epsilon_0 frac{partial^2 mathbf{E}}{partial t^2} = 0$ 这一波动方程。通过分析其解，揭示电磁波的横波特性、速度（明确指出 $c = 1/sqrt{mu_0epsilon_0}$ 的深远意义，它将电磁学与光的速度直接关联起来）、能量流密度（坡印廷矢量 $mathbf{S}$）及其在空间中的传播规律。 3. 光作为电磁现象的终极体现： 反射、折射与惠更斯-菲涅耳原理： 从电磁波的视角重新审视光的几何光学规律，强调光线路径实际上是能量流密度的瞬时轨迹。 物质与电磁场的相互作用： 讨论在介质中传播的电磁波的相速度与群速度的区别，以及色散现象的微观机制。 --- 第二部分：狭义相对论的几何革命（时空观的颠覆） 电磁学的统一性自然引向了对以太概念的否定，本书将系统地介绍狭义相对论，重点在于其基本假设的逻辑必然性，以及由此产生的对时间和空间的重新定义。 1. 相对性原理与光速不变原理： 洛伦兹变换的推导： 不直接跳过代数步骤，而是清晰展示如何通过要求麦克斯韦方程组（或电磁波方程）在不同惯性系下形式不变，来唯一确定洛伦兹变换的系数。 时空间隔的不变性： 引入四维时空的概念，强调 $Delta s^2 = c^2Delta t^2 - Delta x^2 - Delta y^2 - Delta z^2$ 作为时空中的“距离”在所有惯性系中保持不变的本质。 2. 相对论动力学与能量： 相对论质量与动量的修正： 详细分析 $mathbf{p} = gamma m_0 mathbf{v}$ 的物理含义，解释为何只有接近光速时，物体才表现出无限大的惯性。 质能方程的物理基础： 严格推导出 $E^2 = (pc)^2 + (m_0c^2)^2$，并专门讨论静止能量 $E_0 = m_0c^2$ 在核物理中的直接体现，强调质量与能量是同一事物的两种表现形式。 --- 第三部分：量子世界的初现端倪（微观实在的模糊边界） 本部分是连接经典物理与现代物理的关键桥梁，着重于早期量子理论如何解决经典物理学无法解释的“黑体辐射”和“光电效应”等关键难题，并确立了能量量子化的基本概念。 1. 经典物理学的危机与普朗克的假设： 黑体辐射的灾难： 回顾瑞利-金斯定律在短波段的失败（紫外灾难），并解释普朗克如何引入能量量子化假设 $E = nh u$ 来完美拟合实验曲线。强调这不仅仅是一个数学技巧，而是对能量交换本质的深刻修正。 普朗克常数 $h$ 的核心地位： 讨论 $h$ 作为自然界中最小作用量单元的意义。 2. 光的粒子性——光电效应的解析： 光电效应的实验现象： 详述经典理论无法解释的“截止频率”和“瞬时性”。 爱因斯坦的光量子理论： 应用 $E = h u$ 来解释光子（光量子）的概念，并推导光电效应方程 $K_{ ext{max}} = h u - Phi$。重点分析光子能量与频率成正比、与光强度无关的物理事实。 3. 物质的波粒二象性与不确定性原理的萌芽： 德布罗意波： 提出物质波的概念 ($lambda = h/p$)，将波与粒子的属性统一到所有物质实体上。 康普顿散射的实验证据： 利用光子-电子碰撞模型（类比台球碰撞），解释X射线波长的变化，进一步证实光子的动量概念。 海森堡不确定性原理的逻辑推导： 阐述 $Delta x Delta p_x ge hbar/2$ 不仅仅是测量误差，而是微观粒子内在的、不可避免的模糊性，是量子世界的基本属性，而非技术缺陷。 --- 总结与展望： 本书的结构设计确保了读者在掌握电磁学的宏大、统一的经典描述后，能够平稳过渡到相对论对时空结构的重塑，最终以量子理论对能量和物质基本行为的根本性颠覆作为收尾。每一章节都强调了理论的物理图像与数学描述之间的紧密联系，力求培养读者在面对新现象时，能够从最基本的原理出发，进行逻辑严密的分析和推导的能力。本书强调的是“物理学思想”的传承，而非简单知识点的记忆，为后续更深入的量子力学、统计物理或更高级的电动力学学习打下坚实的基础。 本书特点： 深度推导： 核心公式均提供详细的、可追溯的数学推导过程。 概念辨析： 重点区分易混淆的概念（如相对论中的质与能、经典波与物质波）。 历史脉络： 穿插介绍关键实验和理论诞生的历史背景，理解科学发现的曲折性。

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这本《物理：原理与问题（第二册）》真是一本令人爱不释手的经典之作！我刚翻开它，就被作者那行云流水的叙述方式深深吸引住了。它不仅仅是知识的堆砌，更像是一场精心编排的思维探险。书中对电磁学基本原理的阐释，那种层层递进，抽丝剥茧的逻辑梳理，简直是教科书级别的范本。我过去一直对法拉第定律和麦克斯韦方程组感到头疼，总觉得它们抽象得触不可及，但读了这本书后，那些复杂的数学公式仿佛活了起来，不再是冷冰冰的符号，而是描述自然界宏大运作的生动语言。特别是作者在引入矢量势和标量势时，那种由浅入深，步步为营的引导，让原本晦涩难懂的概念变得清晰透彻。书中的例题设计也极其巧妙，它们不是简单的数值计算，而是真正考验你对物理图像理解的“试金石”。我尤其欣赏它在处理边界条件问题时的严谨性，每一个假设、每一步推导都力求完美，这对于培养严谨的物理思维至关重要。总而言之，这本书为我打开了一扇通往更深层次物理世界的大门，其深度和广度都远超我的预期。

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我必须承认，这本书的难度绝对不低，它对读者的基础数学功底和专注力有着较高的要求。但正是这种“高门槛”，确保了内容的扎实与纯粹。它避免了那种为了迎合初学者而过度简化的陷阱，使得每一个推导都经得起最严苛的检验。例如，在处理磁流体力学或介质中的电磁场问题时，书中展现出的数学工具的驾驭能力令人叹服，各种张量分析和偏微分方程的运用，虽然初看令人望而生畏，但一旦掌握了其背后的物理意义，你会发现这些工具是多么强大和优雅。作者在讲解这些复杂数学时，总是小心翼翼地铺垫，确保读者不会因为不熟悉的数学技巧而阻碍了对核心物理概念的理解。这本书更像是为有志于深入研究物理学的学生准备的“精装版武功秘籍”，它不提供捷径，但它提供的每一步都是通往高境界的坚实阶梯。它不是一本可以轻松读完的书，但它绝对是一本值得反复研读、每次都能带来新感悟的宝藏。

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这本书带给我的冲击是结构性的，它彻底颠覆了我对“物理问题解决方法”的认知。过去我习惯于套用公式，遇到新问题就大海捞针般地翻阅章节寻找相似的模板，但《物理：原理与问题（第二册）》教会了我“思考问题的方法论”。作者在每个章节的开篇都会深入探讨该领域的核心物理思想和历史背景，这使得我们不仅仅是学习“是什么”，更理解了“为什么会是这样”。例如，在探讨相对论性电磁学时，它巧妙地将洛伦兹变换作为基础工具来推导电磁场的变换规律，这种视角让人立刻明白，电场和磁场并非孤立存在，而是同一个电磁场在不同参考系下的不同侧面。这种高度统一的视角，极大地提升了我对整个经典物理框架的宏观把握能力。此外，书中的练习题，尤其是那些需要综合运用多个章节知识的“综合应用题”，简直是思维的磨刀石。它们强迫我跳出单一章节的束缚，将能量守恒、动量守恒与场论知识融会贯通，这种训练的价值，远超刷一百道简单题的功效。

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说实话，当我拿到这本厚厚的《物理：原理与问题（第二册）》时，心里是有些忐忑的，毕竟物理的世界充满了挑战。然而，阅读的过程却出乎意料地顺畅，这归功于作者在内容组织上的匠心独运。它不像某些教材那样，只是机械地罗列公式和定义，而是非常注重将理论与实际物理情境紧密结合。比如在讨论波动光学部分，作者没有急于抛出复杂的傅里叶分析，而是先用非常直观的惠更斯原理来构建波前的传播模型，这种“先画骨架，再添血肉”的教学方法极大地降低了读者的学习门槛。我特别喜欢它对“对称性”这一强大工具的强调。在处理复杂的静电场或磁场问题时，书中清晰地展示了如何利用高斯定律、安培定律以及更深层的对称性推理来简化原本需要繁琐积分才能解决的问题，那种豁然开朗的感觉，简直是学习物理的至高享受。书中的插图和图示也相当到位，它们不是可有可无的点缀，而是帮助理解空间几何关系的关键要素，即便是最复杂的电磁波在不同介质中的传播模型，也能通过精妙的示意图得到很好的可视化呈现。

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要说这本教材的独特之处，我认为在于它对“深度挖掘”的坚持。很多教材在讲解到量子力学的前奏，比如黑体辐射或光电效应时，往往一笔带过，仅停留在现象描述层面，但《物理：原理与问题（第二册）》则不然。它用非常详尽的篇幅去解析这些实验的物理意义，特别是对普朗克的量子假设的引入过程，描述得极为细致和富有感染力，让人能真切感受到十九世纪末物理学家面对经典理论崩溃时的挣扎与突破。这种对历史和思想脉络的尊重，让学习过程充满了人文关怀。再者，书中对于实验误差分析和不确定性的讨论也相当到位，它提醒我们，物理学研究不是一个追求绝对精确的柏拉图式理想，而是充满不确定性和逼近真理的过程。这种对科学本质的探讨，使得这本书不仅是物理知识的传授者，更是一位引人深思的哲学导师。读完后，我感觉自己对科学研究的敬畏感又加深了一层。

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