觀念物理V電磁學.核物理

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出版者:天下文化
作者:休伊特
出品人:
页数:240
译者:陳可岡
出版时间:2001-6-30
价格:NT$ 380
装帧:平装
isbn号码:9789576218729
丛书系列:
图书标签:
  • 科普
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具体描述

大家都知道電磁學與核物理很重要,不只在物理考試中是決定分數高低的關鍵,而且處在這個電子時代、核能時代,若缺少了相關常識,旦夕福禍經常就在一念之間。可是在物理課堂上,這些知識的傳授總是壓軸演出,學生往往來不及學會多少招式,就匆匆忙忙綁赴考場了;出了考場,只憑還記得的一招半式就這麼闖蕩險惡的江湖……你也是這樣在對待決定你人生前途的緊要觀念嗎?

如果你的家教老師告訴你,在核反應中,原子核轉變為能量。你聽到之後,就應該另找一位家教才對,為什麼?你看到鳥兒兩腳站在一條幾萬伏特的高壓電線上,卻不會觸電烤焦;而你有時候觸到不過110伏特的家用電器,卻被電得哇哇叫,為什麼?你知道發電廠並不出售電子,而是要由你自己提供,那你為什麼還要乖乖繳電費?請看這本《觀念物理》第V冊吧!與其每個月花數千元去補習,不如一套《觀念物理》寶典在手,妙用無窮。

观展物理V:电磁学与核物理 图书简介:深入探索电磁波的奥秘与微观世界的奇迹 本书《观展物理V:电磁学与核物理》聚焦于现代物理学的两大核心支柱:经典电磁学理论的严谨构建与20世纪以来核物理领域的突破性进展。本书旨在为读者提供一个全面、深入且逻辑严密的知识体系,引导读者从宏观世界的电磁现象出发,逐步深入到原子核内部的微观结构与相互作用。 第一部分:经典电磁学的宏伟蓝图 本书的电磁学部分,建立在经典物理学的坚实基础上,系统性地阐述了电场、磁场、电磁场的产生、传播与相互转化。 一、静电场的精确描述: 我们将从库仑定律开始,详细探讨电荷之间的基本相互作用力。随后,通过引入电位移场和高斯定律,我们学会了如何在各种对称性条件下(如球对称、柱对称、平面对称)快速求解静电场分布。电势的概念被引入,作为标量函数描述电场,使得电势能的计算和静电场的分析变得更为便捷。围绕导体、电介质在静电场中的行为,本书深入讨论了电介质的极化现象,以及界面上的电场与电位移场的边界条件,为理解电容器的充放电和绝缘材料的性能奠定了基础。 二、稳恒电流与磁场: 电流的产生与流动是连接电与磁的关键环节。本书详细讲解了欧姆定律的微观解释,即电流密度与电场之间的关系。在稳恒电流产生的磁场方面,我们着重介绍了毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律。通过这些基本定律,我们能够计算出各种典型几何形状(如长直导线、螺线管、圆环电流)所产生的磁感应强度。特别地,我们对安培定律在存在磁介质时的应用进行了深入剖析,阐明了磁化强度和磁场强度的区别。 三、电磁场的动态统一:法拉第与麦克斯韦的洞见: 本书的核心高潮在于电磁场的时变特性。我们首先通过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。随后,我们引入麦克斯韦对安培定律的修正——引入了“位移电流”的概念,从而完成了对自然界所有电磁现象的统一描述。 麦克斯韦方程组,作为本书电磁学部分的基石,被完整地推导和阐述。我们不仅展示了其微分形式和积分形式在不同介质中的应用,更重要的是,我们推导出了电磁波的波动方程。本书详细分析了电磁波在真空中的传播速度,并将其与光速联系起来,有力地证实了光是一种电磁波。随后,对平面电磁波在理想导体、电介质和具有损耗的介质中的反射与折射现象进行了详细的几何光学和物理光学分析,包括斯涅尔定律和菲涅耳公式的推导。 第二部分:跨越经典边界——核物理的奥秘 在电磁学部分构建的精确数学框架之上,本书的后半部分毅然转向了原子核这一极端微观的世界,探讨了物质最深层的结构与能量来源。 一、原子核的结构与基本性质: 本书从卢瑟福散射实验回顾出发,明确了原子核的存在及其极小的尺度。我们系统地介绍了原子核的组成(质子与中子)、核力的基本性质(如短程作用、对易子与张量力),以及核力的基本图像——通过交换介子产生的相互作用。核质量的精确测量引出了爱因斯坦的质能关系($E=mc^2$)在核反应中的直接应用,即质量亏损与核能的计算。 二、核衰变现象的概率描述: 核衰变是研究原子核不稳定性及其演化的核心内容。本书详细分析了三种主要的自发衰变过程: 1. $alpha$ 衰变: 运用量子力学的隧道效应理论,解释了为什么 $alpha$ 粒子能够穿透比它高的势垒逃离原子核,并推导了 $alpha$ 衰变的半衰期与 $alpha$ 粒子能量之间的关系(葛默夫-葛默夫关系)。 2. $eta$ 衰变: 深入讨论了 $eta$ 衰变中宇称不守恒的发现历程,以及中微子在能量和动量守恒中的关键作用。我们探讨了 $eta$ 衰变的能谱特征,并简要介绍了弱相互作用在其中扮演的角色。 3. $gamma$ 衰变: 阐述了原子核能级的激发与跃迁,以及 $gamma$ 光子的产生机制,包括内转换和电子俘获现象。 三、核反应与核能: 本书随后转向了人工诱发核反应的研究。从靶核与入射粒子相互作用产生的截面概念出发,我们详细分析了各种核反应类型,特别是光核反应和粒子诱发反应。 最终,我们聚焦于人类获取巨大能量的两个主要途径: 1. 核裂变: 详细分析了链式反应的原理,包括增殖因子 $k$ 的概念。我们探讨了铀-235和钚-239的裂变过程,对比了天然反应堆、轻水堆和快增殖反应堆的设计理念与安全挑战。 2. 核聚变: 作为恒星的能量来源,本书探讨了氘核与氚核的聚变反应。我们深入分析了实现可控核聚变所面临的巨大科学和工程障碍,包括如何实现高能点火和长寿命的等离子体约束(如磁约束和惯性约束)。 总结: 《观展物理V:电磁学与核物理》不仅是一本基础理论的教科书,更是一部连接经典物理与现代物理的桥梁。它要求读者具备扎实的微积分和向量分析基础,通过严谨的数学推导,揭示出从导线中的电流到恒星内部的核聚变,自然界统一的电磁规律和微观世界的结构力量。本书旨在培养读者运用统一的物理学思想解决复杂问题的能力。

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读后感

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用户评价

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这本书的封面设计得非常吸引人,色彩搭配既现代又不失学术的严谨感,黑色的背景上,白色的字体犹如夜空中闪烁的星辰,让人对即将开启的物理探索之旅充满了期待。我原本以为这会是一本枯燥的理论堆砌,但翻开内页才发现,作者在概念的阐释上可谓是煞费苦心。尤其是在引入新的物理模型时,那种抽丝剥茧的逻辑推演,仿佛一位经验丰富的导师,耐心地引导你穿过迷雾。他没有直接抛出复杂的公式,而是先从日常现象入手,巧妙地将宏大的物理原理与我们身边的微观世界建立起直观的联系。例如,在讲解电磁场的叠加原理时,书中通过一系列精妙的类比,让那些原本抽象的矢量场变得触手可及。文字的节奏把握得非常好,时而深入细致,时而轻快流畅,读起来一点也不觉得累赘。我特别喜欢它在每一个章节末尾设置的“思维挑战”栏目,它们不像传统的习题那样侧重计算,更多的是启发你对物理现象本质的思考,迫使你跳出固有的思维框架去审视问题。这本书的排版也十分精良,图文的配合浑然天成,那些插图不仅是为了美观,更是对复杂概念的绝佳补充说明,极大地提升了阅读体验,让人沉浸其中,忘记了时间的流逝。

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这本书的阅读体验,更像是进行一次精心策划的智力探险,而不是被动地接收知识。它的行文风格非常具有个人色彩,那种饱含热情的学者腔调,隔着厚厚的纸张都能感受到作者对物理世界纯粹的热爱。我注意到,书中对于历史背景的穿插运用得非常高明。比如,在阐述法拉第发现电磁感应定律时,作者并没有简单复述实验步骤,而是详细描绘了当时科学界对“电”与“磁”之间联系的集体困惑与挣扎,这种对历史脉络的梳理,让知识点不再是孤立的定理,而是人类智慧演进的轨迹。这种“讲故事”的方式,极大地降低了初学者的畏难情绪。此外,书中对一些经典思想实验的重构也做得非常出色,比如费曼的“跟着光子走”的思路,在电磁部分得到了很好的体现,它引导读者从运动的相对性视角去理解电场和磁场的相互转化,是一种更高维度的思维训练。这本书的价值,绝不仅仅是教会你如何解题,更重要的是塑造一种物理学家的思考方式,一种勇于质疑既定框架的批判精神。

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坦率地说,我购买这本书很大程度上是冲着它在“核物理”部分所展现出的前沿视野。许多老派的物理教材,在提到原子核结构时,还停留在液滴模型或壳层模型的早期阶段。但这本书显然紧跟时代步伐,它对夸克-胶子等离子体、标准模型之外的粒子相互作用,以及核反应堆的最新进展,都有着令人耳目一新的论述。特别是对强相互作用力的描述,作者没有回避其数学上的复杂性,而是用一种近乎哲学的笔触,探讨了“禁闭”现象的深层含义。书中引用了许多近年来诺贝尔奖级别的研究成果作为案例分析,这极大地增强了教材的权威性和吸引力。我尤其欣赏它在介绍核裂变和核聚变时所持的客观立场——既不夸大其潜在危险,也不低估其在能源领域的革命性潜力。在讲解核反应堆的控制棒原理时,作者用了一个非常巧妙的类比,将中子的行为比喻成一个高度活跃的社交圈,而控制棒则是那个掌握着“入场券”的权威人物,一下子就把复杂的慢化和吸收过程给具体化了。对于志在从事核技术或高能物理研究的学生来说,这本书无疑提供了坚实且与时俱进的基础。

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我是在一个对电磁学理论感到深深挫败的时期接触到这本教材的。很多市面上的教材,要么过于偏向纯粹的数学推导,把物理直觉碾压在冰冷的符号之下;要么就是过于浅显,蜻蜓点水般地带过核心难点,让人总觉得“差那么一点火候”。然而,这本书的作者似乎完美地找到了那个平衡点。他处理电磁场中的边界条件问题时,那种深入骨髓的物理图像构建,简直是教科书级别的示范。我记得有一节专门探讨涡旋场的特性,作者没有直接给出麦克斯韦方程组的微分形式,而是花了整整三页篇幅,去描绘一个“看不见”的力场是如何在空间中流动、扭曲和相互作用的。这种叙事方式,让人在潜意识里就已经接受了这些场的存在和行为模式,等到公式出现时,它们就成了对已建立图像的精确量化,而不是突兀的“天降正义”。此外,书中对电磁波的传播和辐射的探讨,层次分明,从平面波的理想情况,逐步过渡到实际天线辐射的复杂情境,每一步的递进都自然而然,毫无强行嫁接的痕迹。读完这部分内容,我第一次真正感觉自己“看”到了电磁波,而不是仅仅“计算”了它。

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从工具书的角度来看,这本书的实用性和参考价值是毋庸置疑的。索引做得极其详尽,查找特定公式或概念非常迅速。更难得的是,它的符号定义高度一致且严谨,我在对照其他参考资料时,发现少数书籍在某些矢量符号的使用上存在含混不清的问题,但这本教材在这一点上做得堪称典范,所有的希腊字母、上下标都遵循着清晰的约定,这对于需要进行复杂推导的研究者来说,是节约了大量时间成本的宝贵品质。尤其值得称赞的是,在涉及电动力学中的洛伦兹变换和张量表示法时,作者采用了循序渐进的方式,先用简洁的二维矩阵进行铺垫,然后再自然地推广到四维时空。这种由浅入深的数学处理,避免了初次接触张量分析时的那种“眩晕感”。虽然这是一本概念驱动的书,但其作为一本工具书的精度和完备性,也丝毫不打折扣。无论是在实验室需要快速查阅某个电磁场的特定解时,还是在准备高阶考试需要梳理知识体系时,它都能提供可靠且深入的支撑。

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