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出版者:科学出版社

作者:叶朝辉

出品人:

页数:379

译者:

出版时间:2001-02-01

价格:49.0

装帧:平装

isbn号码:9787030089137

丛书系列:

图书标签:

• 计算力学5
• 计算物理
• 物理学
• 数值方法
• 科学计算
• 模拟
• 算法
• 高等教育
• 理工科
• 物理建模
• 程序实现

好的，下面是为您撰写的一份图书简介，书名为《计算物理学》，内容聚焦于其他相关领域，且不涉及该书本身的具体内容，旨在提供一个详尽、自然的介绍。 《 电磁波与介质相互作用 》 导论：现代科学的基石 在物理学的宏伟图景中，电磁现象无疑占据着核心地位。从宏观的无线电波、光通讯，到微观的原子尺度上的电子激发与衰减，电磁波与物质的相互作用是理解自然界基本规律的关键所在。本书《电磁波与介质相互作用》旨在系统地探讨这一复杂而迷人的领域，为读者提供一套严谨的理论框架和深入的实践视角。我们相信，只有深刻理解了电磁场在不同介质中如何传播、吸收、散射和折射，才能真正掌握现代物理学和工程技术的前沿动态。 第一部分：理论基础与场论回顾 本书的起点是对经典电磁理论的深入梳理。我们首先从麦克斯韦方程组出发，回顾了电磁场的动态特性及其在真空中的传播规律。然而，现实世界远非真空，物质的存在极大地改变了电磁场的行为。因此，我们花费大量篇幅详细阐述了介质的电学和磁学特性，包括相对介电常数、磁导率、极化率以及宏观本构关系。 重点章节深入探讨了电磁场与介质边界条件的数学描述。通过对菲涅耳公式的推导与应用，读者将清晰地理解光波在不同界面上反射与折射的几何光学描述，并进一步过渡到基于波动的完整电磁学解释。我们探讨了表面等离子激元（Surface Plasmon Polaritons, SPPs）的理论基础，以及这些表面波如何在纳米尺度上被激发和操控。 第二部分：波的传播与色散现象 电磁波在介质中的传播特性是本书的核心内容之一。我们超越了均匀、各向同性的理想介质模型，转向更复杂的、具有空间和频率依赖性的材料。书中详细分析了色散现象，解释了为什么不同频率的光在介质中会以不同的速度传播，并引入了群速度和相速度的概念，这对理解信号完整性和光纤通信至关重要。 我们引入了波动方程的推广形式，以适应具有损耗（如金属）和增益（如激光介质）的材料。在讨论介质对电磁波的吸收时，我们结合量子力学的基本原理，阐述了分子和原子能级跃迁与电磁波频率的精确匹配关系。对于透明介质，我们则侧重于拉曼散射和布里渊散射等非线性光学过程的微扰理论描述。 第三部分：散射、衍射与成像 电磁波与有限尺寸目标的相互作用构成了散射理论的核心。本书系统地介绍了多种重要的散射近似方法，以应对不同波长与目标尺寸比下的物理场景。 瑞利散射（Rayleigh Scattering）： 针对远小于波长的微小粒子，我们详细分析了其与频率的四次方依赖关系，并将其应用于解释天空的蓝色。 米氏散射（Mie Scattering）： 对于与波长尺度相当的散射体，我们给出了完整的、基于球谐函数展开的米氏散射理论，并展示了其在气溶胶光学特性研究中的应用。 几何光学近似（Ray Tracing）： 在波长远小于散射体特征尺寸时，几何光学仍然是一个高效的工具。本书展示了如何结合光线追迹技术来模拟复杂光学系统（如透镜组和反射镜阵列）的光路设计。 此外，我们还覆盖了衍射理论，从惠更斯-菲涅耳原理出发，逐步过渡到夫琅禾费衍射和菲涅耳衍射的定量分析，这些是理解光学成像系统分辨率极限的基础。 第四部分：复杂介质与高级现象 现代材料科学的发展催生了许多具有奇异电磁响应的材料。本书的最后一部分将视角投向了这些前沿领域。 我们详细探讨了超材料（Metamaterials） 的设计原理，特别是负折射率材料和具有极大/极小介电常数的结构对电磁波束的操控能力。通过对单元结构（meta-atoms）的电磁响应进行分析，我们揭示了宏观等效参数如何被精确调控。 针对各向异性介质（如液晶、双折射晶体），我们引入了电磁场张量和本构关系的张量形式，阐述了偏振态在通过这些介质时如何发生旋转和改变，这对偏振光学器件的设计至关重要。 最后，我们触及了时变介质 对电磁波传播的影响，例如多普勒效应在传播过程中的体现，以及如何利用快速变化的电磁环境来调控波的频率和方向。 结语 《电磁波与介质相互作用》不仅是一本理论教科书，更是一部连接基础物理与工程实践的桥梁。通过对麦克斯韦方程组在复杂物质环境下的深入探索，读者将能够批判性地分析和设计涉及光、射频和微波技术的各类系统，为未来在光电子、遥感、先进材料等领域的研究与开发打下坚实的基础。本书的详尽推导和丰富的应用案例，确保了读者能够全面掌握这一领域的核心知识体系。

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对于我这样一个对物理学充满好奇但又缺乏深厚数学功底的读者来说，《计算物理学》无疑是一份难得的礼物。我一直以为物理学是属于少数天才的领域，但这本书的出现，让我觉得普通人也能通过学习和实践，去窥探物理学的奥秘。作者在讲解中，非常注重循序渐进，避免了枯燥的理论轰炸，而是通过一系列精心设计的计算例子，将物理原理和计算技巧巧妙地融合在一起。我尤其喜欢书中关于量子力学模拟的部分，虽然量子力学本身就令人费解，但通过数值方法，比如求解薛定谔方程，能够直观地看到微观粒子的行为。书中提供的Python代码示例，清晰易懂，即使是初学者也能根据提示进行修改和运行。我尝试着去改变一些参数，观察波函数的演变，这让我对量子叠加和量子纠缠有了更感性的认识。这本书没有让我变成物理学大师，但它确实激发了我继续深入学习的动力，它告诉我，只要愿意去探索，计算的力量可以帮助我们理解那些曾经遥不可及的物理现象，也让我看到，物理学并非高高在上，而是与我们的生活息息相关。

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当我拿到《计算物理学》这本书时，内心是有些忐忑的，毕竟“计算”和“物理学”这两个词组合在一起，总给我一种高大上的感觉。然而，翻开书页，我的顾虑很快就被打消了。这本书的叙述风格非常平易近人，作者仿佛是一个经验丰富的向导，带领我一步步探索计算物理学的奇妙世界。我特别欣赏书中关于数据分析和可视化部分的阐述。在科学研究中，数据的获取和解读至关重要，而这本书提供了很多实用的方法和工具。例如，如何用编程语言对实验数据进行拟合，如何使用图表来直观地展示物理量的变化趋势，这些技巧对于任何想要从事科学研究或者进行数据分析的人来说都非常有价值。书中还涉及了一些关于误差分析和不确定性量化的内容，这让我认识到，科学研究并非追求绝对的精确，而是要理解和控制误差。这种严谨的态度和科学的精神，是这本书带给我的宝贵财富，它不仅仅教会了我如何做计算，更教会了我如何去思考，如何去质疑，如何去探索未知的领域。

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这本书真是让我眼前一亮！我一直对物理学领域有着浓厚的兴趣，但很多时候，那些抽象的数学公式和理论让我望而却步。然而，《计算物理学》这本书完全颠覆了我的认知。它不仅仅是罗列公式，而是以一种非常直观和生动的方式，将复杂的物理概念与实际的计算方法相结合。当我翻开这本书的第一页，就被其清晰的结构和丰富的插图深深吸引。作者并没有直接抛出艰深的理论，而是从一些最基础的物理问题入手，比如如何模拟单摆的运动，或者如何计算行星的轨道。我特别喜欢其中关于数值积分的部分，它通过生动的例子，将定积分的概念与实际测量到的数据联系起来，让我第一次真正理解了积分的意义不仅仅是求面积，更是对连续变化的量的累积。书中对各种数值方法的介绍也让我受益匪浅，例如欧拉法、龙格-库塔法等，它们是如何一步步逼近真实解的，都有详细的推导和代码示例，虽然我不是计算机专业的，但跟着书中的引导，也能大概理解其逻辑。更重要的是，这本书让我看到了计算在解决物理问题中的强大力量，它提供了一种全新的视角去理解和探索物理世界的奥秘，让我对未来学习物理更有信心了。

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读完《计算物理学》，我感觉自己仿佛打开了一扇通往物理学新世界的大门。这本书的独特之处在于，它没有停留在理论的层面，而是将抽象的物理模型转化为可以用计算机求解的问题，并且给出了具体的实现方法。我之前对一些复杂的物理现象，比如流体力学中的湍流，或者天体物理学中的星系形成，总是感到难以理解，觉得它们太过于宏大和遥远。但这本书通过引入模拟的思想，将这些复杂的系统简化成可计算的模型，让我能够通过计算机程序来观察和分析这些现象的演变过程。我印象最深刻的是关于蒙特卡洛方法的部分，它用一种“随机抽样”的思路来解决复杂问题，这简直太有创意了！书中通过模拟粒子在随机行走中的扩散，或者计算高维积分，展示了蒙特卡洛方法的强大普适性。即使是那些用传统解析方法难以解决的问题，通过这种统计模拟的方式也能得到近似的答案。我开始尝试着运行书中的一些代码，虽然过程中遇到了不少小麻烦，但最终看到模拟结果与理论预测吻合的时候，那种成就感是难以言喻的。这本书不仅仅是一本教材，更像是一个引路人，它教会了我如何用计算的语言来“对话”物理世界，并从中发现规律。

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《计算物理学》这本书在我的知识库里占据了一个非常特别的位置，它像一座桥梁，连接了我对物理现象的直观感受和对精确计算的追求。我一直对诸如天气预报、交通拥堵等宏观物理现象背后的复杂系统感兴趣，但始终找不到合适的切入点。这本书的出现，让我明白了这些问题是如何通过大量的计算模型来模拟和预测的。书中对微分方程数值求解的详细讲解，以及如何将其应用于流体动力学和热力学等领域，给我留下了深刻的印象。我开始理解，为什么天气预报不可能百分之百准确，因为模型的输入数据和算法本身都存在误差，而计算物理学就是研究如何最大程度地减小这些误差，并给出最可靠的预测。书中的案例分析，比如模拟粒子在磁场中的运动，或者分析电路中的电流分布，都非常贴近实际应用。它让我看到了计算在工程、材料科学、甚至金融建模等领域的广泛应用，这让我意识到，学习计算物理学不仅仅是为了理解物理规律，更是为了掌握一种解决复杂问题的通用方法论。

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