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出版者:武汉大学出版社

作者:马清茂 编

出品人:

页数:169

译者:

出版时间:2004-1

价格:14.60元

装帧:

isbn号码:9787307034822

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• 物理实验
• 实验教程
• 大学物理
• 物理学
• 实验指导
• 教学参考
• 理工科
• 高等教育
• 实践教学
• 物理

《光影流转：光学现象的探索与创造》 引言 宇宙万物，皆以光为媒介，传递信息，绘制色彩，勾勒形态。从日出日落的壮丽，到彩虹横跨天际的奇妙，再到物体在光线下呈现的千姿百态，光学现象无处不在，深刻地影响着我们的认知与生活。然而，这些司空见惯的现象背后，蕴藏着深刻的物理原理和迷人的数学规律。 《光影流转：光学现象的探索与创造》并非一本枯燥的教科书，而是一次引人入胜的探索之旅。它将带领读者走出书斋，走进生活，用全新的视角去观察、去理解、去创造与光有关的奇妙世界。本书旨在通过深入浅出的讲解，结合丰富生动的实例，揭示光学的奥秘，培养读者对科学的兴趣，激发他们独立思考和动手实践的能力。我们将一起探寻光的本质，理解光是如何传播、反射、折射、衍射和干涉的，以及这些基本原理是如何在自然界和社会中展现出令人惊叹的应用。 第一章：光的涟漪——光的直线传播与成像 本章将从最基本的光的传播方式——直线传播出发，揭开光学面纱的一角。我们将探讨： “影”的秘密： 为什么会有影子？光线被阻挡后形成的影子，其形状、大小和位置与光源、物体以及它们之间的相对位置有着怎样的定量关系？我们将通过简单的实验和几何光学原理，理解小孔成像的原理，以及它在相机、人眼等成像设备中的应用。 光的“拐弯”： 当光遇到平面镜时，会发生什么？反射定律，即入射角等于反射角，是如何精确描述这一过程的？我们将学习如何利用平面镜成像的特点，理解镜面反射在日常生活中的广泛应用，例如潜望镜、内窥镜以及各种观察装置。 光与界面的舞蹈： 光线从一种介质进入另一种介质时，为何会发生“拐弯”？这便是折射现象。我们将深入理解折射定律（斯涅尔定律），探究光线在空气、水、玻璃等不同介质中传播时的路径变化。我们将解释海市蜃楼为何会出现，水中筷子为何看起来会“折断”，以及我们如何利用透镜来纠正视力问题，制造相机、显微镜等光学仪器。 透镜的魔力： 凸透镜的会聚作用和凹透镜的发散作用，将如何塑造我们看到的世界？我们将详细分析不同焦距的透镜如何形成实像和虚像，它们在放大镜、照相机、投影仪、望远镜等设备中的作用。我们将学习如何通过透镜组合，实现更复杂的成像效果，例如天文望远镜的原理。 光的“轨迹”： 当光线穿过一系列介质时，它的路径是如何变化的？我们将通过实际观察和理论分析，理解多透镜系统的成像规律，以及如何设计复杂的光学系统来满足特定的成像需求。 第二章：光之舞曲——光的波动性与干涉、衍射 光不仅仅是粒子的直线传播，它更展现出迷人的波动特性。本章将带您领略光的波动之美： “彩虹”的秘密： 肥皂泡和油膜上为什么会呈现出绚丽的色彩？这是光的干涉现象。我们将深入理解相干光源的概念，以及双缝干涉实验如何直观地证明光的波动性。我们将学习不同厚度和折射率的薄膜如何产生不同颜色的干涉条纹，以及这一原理在防反射涂层、光学滤光片等领域的应用。 “光栅”的奇迹： 光通过狭缝或光栅时，为何会出现明暗相间的条纹？这是光的衍射现象。我们将学习惠更斯原理，理解光波在遇到障碍物边缘时会发生绕射。我们将探讨单缝衍射和光栅衍射的规律，以及它们如何被用于光谱分析，分辨物质成分。 “极化”的光： 光的不同振动方向，将如何影响我们对它的感知？我们将介绍光的偏振现象，理解线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光的形成与性质。我们将探讨偏振片在液晶显示器、太阳镜、3D电影等技术中的关键作用，以及偏振光在生物学和材料科学中的应用。 “色彩”的来源： 物体之所以呈现不同的颜色，是由于它们对光的吸收和反射能力不同。我们将从光的干涉和衍射角度，更深入地理解色彩的产生机制。例如，蝴蝶翅膀和孔雀羽毛的鲜艳色彩，并非由色素引起，而是光的结构色，是衍射和干涉的结果。 第三章：光的奇遇——光的非线性效应与激光技术 在现代科技中，光的作用远不止于成像和显示，它还可以作为一种强大的工具，引发许多令人惊叹的现象。本章将聚焦于光的非线性效应和激光技术： “非线性”的世界： 当光的强度足够高时，介质的性质将不再是恒定的，而是会随着光的强度而改变。我们将介绍光的非线性光学效应，例如二次谐波产生、三次谐波产生等。这些现象如何将一种颜色的光转化为其他颜色的光，以及它们在光信号处理、激光器设计等方面的应用。 “激光”的诞生： 什么是激光？为何它的光束如此集中、平行且单色性极好？我们将深入了解激光的产生原理，包括受激辐射、粒子数反转、谐振腔等关键概念。我们将探讨不同类型的激光器，例如气体激光器、固体激光器、半导体激光器等。 激光的“万能”： 激光为何在科学、工业、医疗、通信等领域有着如此广泛的应用？我们将详细介绍激光在精密加工（切割、焊接）、信息存储（CD、DVD、蓝光）、医学治疗（近视手术、肿瘤治疗）、光通信、科学研究（光谱学、粒子加速）等方面的具体应用案例。 “全息”的幻影： 全息技术是如何记录和再现三维图像的？我们将揭示全息术背后的光学原理，理解全息图如何记录光的振幅和相位信息，并通过相干光照射重现出物体的三维立体影像，带来身临其境的视觉体验。 第四章：光的足迹——光与生命的交织 光不仅塑造了我们的视觉世界，更与生命的演化和存在息息相关。本章将从生命科学的角度，探索光的奥秘： “光合作用”的奥秘： 植物如何利用光能将二氧化碳和水转化为有机物，支撑着地球上绝大多数生命的生存？我们将从生物化学和物理学的角度，解释光合作用中光能的吸收、转化和利用过程，以及叶绿素等光敏色素的作用。 “视觉”的奇妙： 我们的眼睛如何感知光线，并将光信号转化为大脑能够理解的信息？我们将探索视网膜中感光细胞（视锥细胞和视杆细胞）的工作机制，以及它们如何响应不同强度和颜色的光。我们将理解色彩视觉的形成，以及色盲等视觉缺陷的成因。 “生物发光”的魅力： 萤火虫的闪烁，深海鱼类的发光，这些生物为何能够自己发光？我们将介绍生物发光的化学反应机制，以及生物发光在生物交流、伪装、捕食等方面的功能。 “昼夜节律”的调控： 昼夜交替的光线变化，如何影响着生物体的生理活动和行为？我们将探讨光信号如何通过眼睛传递到大脑，调控生物钟，影响睡眠、体温、激素分泌等生命节律。 结语 《光影流转：光学现象的探索与创造》是一扇通往光学世界的窗口，它将带领您以更敏锐的目光去观察，以更深刻的理解去认知，以更创新的思维去实践。本书不仅是知识的传递，更是激发您对科学探索热情的一次启迪。我们希望通过本书，让您感受到光学现象的普遍性与深刻性，理解科学理论在实际生活中的无限应用。从微观的光子行为到宏观的宇宙星辰，光以其独特的方式，连接着我们与世界的每一个角落。让我们一同踏上这场光影流转的探索之旅，发现更多科学的乐趣，创造更多美好的可能。

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这本所谓的“教程”简直是灾难，我怀着极大的期望打开它，希望能找到一些扎实可靠的实验指导，结果呢？简直是一场文字游戏。首先，从排版和设计上看，就透露出一种廉价和敷衍的味道。图示模糊不清，很多关键步骤的示意图像是匆匆忙忙用最基础的绘图软件拼凑出来的，颜色对比度极低，很多物理量符号和文字混在一起，我盯着看了半天，才勉强分辨出那是什么操作。更要命的是，理论背景的介绍部分，简直是东拼西凑的学术“黑话”，用一堆我从未在正规教科书上见过的晦涩术语堆砌起来，仿佛作者生怕别人能看懂似的。比如，在介绍一个简单的电路实验时，它花了近三分之一的篇幅去阐述一个与实验操作几乎没有直接关联的、极其复杂的量子场论的某种猜想——这是在写实验指导，还是在写晦涩的理论前沿综述？读者真正需要的那种清晰、分步、配有注意事项的指导，却被压缩到寥寥数语，简直是本末倒置。我不得不承认，我花了比平时多三倍的时间来试图理解它到底想让我做什么，但最终，我还是不得不求助于网络上的其他资源来确认基本的操作流程。这本书不仅没能帮到我，反而极大地消耗了我的学习热情和宝贵时间。如果有人想通过这本书真正学会做实验，我劝你三思，或者直接放弃，另寻高明。

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这本书的结构安排简直是反人类的设计，完全不符合认知科学的学习规律。它没有一个清晰的主线，章节之间的跳转突兀且缺乏逻辑过渡。你可能前一页还在讨论磁矩的测量，下一页突然跳到了半衰期的测定，中间没有任何章节小结或知识点关联的提示。这使得知识点的整合变得异常困难，读者的大脑必须不断地、强制性地进行领域切换，这极大地增加了学习的认知负荷。我翻阅这本书时，感觉像是在一个堆满了各种实验器材的仓库里摸索，找不到任何清晰的索引或指引。更糟糕的是，它对于实验器材的选择和替代方案的讨论几乎为零。例如，当书中提到使用某一种特定型号的传感器时，却没有给出任何关于如果该传感器不可用，可以用哪些常见替代品进行等效操作的说明。在资源有限的实验室环境中，这种“非此不可”的写法无疑是巨大的障碍。这本书真正需要的，是一个清晰的“流程图”式的引导，告诉读者“完成这个实验需要经过哪几个步骤，每一步的目标是什么”，而不是这种散乱无章的知识点堆砌。我用了它来准备一项重要的期末实验，结果光是弄明白书上描述的流程需要用到哪些仪器，就花费了我一整个下午的时间。

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我必须指出，这本书在安全规范和操作细节上的处理是极其不负责任的。物理实验，尤其是涉及高压、高温或腐蚀性物质的实验，安全永远是第一位的。然而，在这本“教程”中，我看到的对安全风险的提示少得可怜，而且往往是那种一笔带过的格式化语言，毫无警示力度。例如，在介绍高压电学实验时，它只是简单地提醒“注意高压”，却完全没有提及如何正确地使用绝缘工具、如何进行安全放电操作，甚至连实验结束后设备冷却所需的时间都没有明确指出。这种疏忽在严肃的教学材料中是绝对不能容忍的。此外，书中对于仪器的日常维护和校准程序也几乎是空白。一个好的实验教程，应该教会学生如何“爱护”和“信任”他们使用的设备。这本书似乎假设我们使用的都是完美无瑕、状态恒定的仪器，完全忽略了现实中仪器漂移、读数不准等常见问题。我怀疑编写者是否真正亲自操作过这些实验。如果这本书被一个毫无经验的学生误用，后果不堪设想。安全和规范性是基础，这本书在这方面的失职，让它失去了作为一本严谨实验指导书的资格。

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这本书最让我感到不解的是它对“数据处理”环节的轻描淡写。在现代物理实验中，数据采集固然重要，但如何从原始数据中提炼出有意义的结果，并准确评估其可靠性，才是衡量实验成功与否的关键。这本书在这方面显得异常苍白无力。它仅仅提供了一些基础的线性拟合公式，却完全没有涉及更高级的、在实际研究中常用的最小二乘法进阶应用，比如如何处理非线性数据、如何进行多变量回归分析来排除干扰因素。更别提对数据可视化工具的使用指导了，作者似乎认为，打印出来的几组散点图和一条拟合直线就足以代表整个数据分析过程。当我尝试用它提供的方法来分析我实验中产生的复杂数据时，发现完全力不从心，我不得不自己去查阅统计软件的使用手册和更专业的分析书籍。这本“教程”似乎停留在上世纪八十年代的教学水平，它错过了将实验教育与现代计算工具相结合的最佳时机。一本面向未来的教程，应当是理论与实践，以及现代数据处理技术三者的有机结合，而这本书，在这方面是彻底的缺席者，留给读者的，只有一堆需要自我完善的“半成品”实验流程。

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我对这本书的“深度”感到非常困惑，它似乎陷入了一种自我感觉良好的泥潭，将简单的概念过度复杂化，而对真正的实验难点避而不谈。以光学实验为例，我们期待看到的是如何精确调整透镜焦距、如何减小系统误差的实用技巧。然而，这本书的论述方式更像是给已经拿了博士学位的人讲授某种前沿的光谱分析。它罗列了大量的公式，但这些公式的推导过程却语焉不详，好像我们这些读者都是“天生就会”的数学天才。更令人抓狂的是，它在讨论误差分析时，用了一种非常规的、在我看来是错误的统计方法。当我尝试按照它给出的步骤计算不确定度时，得到的结果与我用标准方法计算出来的结果相差甚远，这在需要高精度测量的物理实验中是致命的缺陷。这本书仿佛是以一种“鄙视基础”的态度来编写的，它完全没有考虑到初学者或需要巩固基础知识的学生的实际需求。它提供的数据表格设计也极其不合理，很多重要的辅助数据缺失，反而留出大片的空白给一些无关紧要的、可以轻易查到的常数。这本书与其说是“教程”，不如说是一本缺乏实践经验的学者为了展示自己知识广度而拼凑出来的“理论大杂烩”。我真诚地希望，未来的修订版能够回归实验的本质，注重“如何做”而不是“如何用复杂的语言去描述已经知道的事情”。

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