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出版者:浙江大学出版社

作者:沈忠峰

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2005-9

价格:23.00元

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isbn号码:9787308044332

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《探索微观世界的奥秘：从经典力学到量子革命》 本书旨在带领读者踏上一场跨越物理学宏伟大厦的探索之旅，深入理解我们赖以生存的世界是如何运作的。我们不会仅仅停留在日常可见的宏观现象，而是将目光投向微观粒子，探究宇宙最深层的规律。本书将从经典力学这一物理学基石出发，逐步深入到二十世纪颠覆性的量子力学，勾勒出一幅物理学发展波澜壮阔的画卷。 第一章：经典力学的辉煌与奠基 在人类认识自然的早期，我们对运动的理解还停留在直观的观察阶段。然而，随着伽利略等先驱的实验和牛顿的划时代贡献，经典力学应运而生，为我们提供了一套描述物体运动的精确数学语言。本章将详细介绍牛顿运动定律，包括惯性定律、加速度定律和作用力与反作用力定律。我们将通过丰富的实例，例如行星的轨道运动、抛体运动以及简谐振动，来理解这些定律在解释宏观世界现象中的强大能力。 我们将深入探讨能量的概念，包括动能和势能，以及它们之间的转化。功和功率的定义及其在机械能守恒定律中的体现，将帮助我们理解能量在物理过程中的重要性。此外，本章还会介绍角动量守恒定律，并将其应用于理解旋转物体的运动，如陀螺的稳定性和花样滑冰运动员的旋转速度变化。 为了更深刻地理解经典力学的数学框架，我们将简要介绍微积分在描述连续变化物理量中的作用，以及矢量在处理力和运动方向问题上的优势。通过这些基础知识的铺垫，读者将对经典力学建立起一个扎实而全面的认识。 第二章：电磁学的统一与波动之美 当人类对力学的理解达到顶峰时，另一个神秘的领域——电与磁——吸引了科学家的目光。本章将揭示电磁学是如何从看似无关的现象中逐渐统一起来的。我们将从静电学开始，介绍电荷的性质、库仑定律以及电场和电势的概念。电容器的充放电过程以及其在电路中的应用也将得到详细阐述。 接着，我们将进入静磁学，了解磁场是如何产生的，以及磁场对运动电荷和载流导线的作用力。法拉第电磁感应定律将是本章的重点之一，它揭示了变化的磁场如何产生电场，为发电机和变压器的诞生奠定了理论基础。安培定律和麦克斯韦方程组的出现，更是将电和磁统一为一种强大的力量——电磁场。 电磁场理论的建立，预示着光的本质将被揭示。本章将深入探讨电磁波的产生、传播以及其在光谱中的分布。我们将研究光的干涉、衍射和偏振等波动特性，并通过惠更斯原理来理解波的传播。从无线电波到X射线，不同频率的电磁波在日常生活和科学技术中扮演着至关重要的角色，本书将为您一一剖析。 第三章：热力学与统计物理：微观世界的统计规律 宏观的物理定律往往是大量微观粒子集体行为的体现。本章将目光转向热力学，理解能量的另一个重要形式——热能。我们将介绍温度、热量和功的概念，以及热力学第一定律（能量守恒定律）在热现象中的应用。卡诺循环和热机效率的分析，将让我们认识到能量转化的不可逆性以及热力学第二定律的重要性。 为了更深刻地理解热力学定律的微观根源，我们将进入统计物理的范畴。通过玻尔兹曼统计和费米-狄拉克统计等方法，我们将了解大量粒子如何遵循概率分布规律，宏观的热力学量（如温度、压强）是如何从微观粒子的平均行为中涌现出来的。黑体辐射谱的普朗克解释，将是连接经典物理和量子物理的桥梁，为我们打开了通往微观世界的大门。 第四章：相对论的变革：时空观的重塑 进入20世纪，物理学迎来了颠覆性的革命。阿尔伯特·爱因斯坦的相对论，彻底改变了我们对时间、空间、质量和能量的传统认知。本章将首先介绍狭义相对论。我们将探讨光速不变原理以及它对时间膨胀和长度收缩的影响。质能方程E=mc²的出现，揭示了质量和能量之间深刻的联系，为核能的利用提供了理论基础。 随后，我们将转向广义相对论。本章将介绍引力是如何被描述为时空的弯曲，以及爱因斯坦场方程的意义。我们将探讨广义相对论在解释水星近日点进动、光线在引力场中的偏折以及引力波等现象中的成功。黑洞、虫洞等奇特的天体物理现象，也将作为广义相对论的推论进行介绍。相对论的诞生，不仅深化了我们对宇宙的理解，也为后来的宇宙学研究奠定了基础。 第五章：量子力学的奇幻世界：粒子与波的二象性 量子力学是20世纪物理学最伟大的成就之一，它描述了微观粒子行为的奇特规律，与我们的日常直觉大相径庭。本章将带领读者走进这个奇幻的世界。我们将从量子假说开始，了解普朗克常数的作用以及能量的量子化概念。光电效应的解释，将证明光也具有粒子性，即光子。 接着，我们将探讨德布罗意的物质波假说，理解电子等粒子也具有波动性。薛定谔方程的引入，将帮助我们理解如何描述微观粒子的状态，以及波函数的统计学意义。不确定性原理的出现，揭示了微观世界固有的测量限制，以及粒子位置和动量之间不可兼得的特性。 本章还将介绍原子结构的量子模型，解释了电子的能级量子化以及原子光谱的产生。量子隧穿效应、叠加态和量子纠缠等概念，将进一步展示微观粒子的非经典行为，并为量子计算和量子通信等前沿技术埋下伏笔。通过对量子力学的探索，我们将认识到宇宙在最微小的尺度上，呈现出一种令人惊叹的概率性和非确定性。 结语：未尽的探索与未来的展望 本书以量子力学的深邃之处作为对物理学核心内容的探讨终点，但物理学的探索永无止境。本章将简要回顾物理学发展历程中的关键转折点，并展望未来可能的研究方向。从统一场论的追求，到暗物质、暗能量的谜团，再到对宇宙起源和终极命运的追问，物理学始终在不断突破人类认知的边界。 通过对经典力学、电磁学、热力学、相对论和量子力学的系统介绍，本书旨在为读者建立起一个由宏观到微观、由确定性到概率性的物理学知识体系。我们希望这本书不仅能传授知识，更能激发读者对科学的兴趣，培养严谨的科学思维，引导大家在探索自然奥秘的道路上，保持好奇与热情。

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这本书的语言风格是那种既专业又充满温度的融合体，没有高高在上的学术腔调，但又绝不流于浅薄的口语化。作者在讲解那些抽象概念时，仿佛是一位经验丰富的导师，耐心地在你耳边低语，为你解开每一个概念背后的哲学内涵。比如在解释能量守恒的普适性时，那种深入浅出、将复杂物理定律与宏观宇宙运行规律巧妙关联起来的叙述方式，读起来酣畅淋漓，极大地拓宽了读者的视野。更难得的是，书中还穿插了一些物理学史上的小故事和著名科学家的生平片段，这些内容并非简单的花边信息，而是巧妙地嵌入在知识点讲解的上下文之中，帮助读者理解某个理论是如何在历史的曲折中被发现和完善的。这种叙事技巧，使得学习过程不再是孤立的知识点堆砌，而更像是一部生动有趣的科学探索史诗。它激发了我更深层次的求知欲，让我开始主动去思考“为什么是这样”而不是仅仅停留在“它就是这样”的层面。

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我发现这本书在处理那些公认的“难点”——比如量子力学初步概念或者相对论效应——时，采取了一种非常务实且循序渐进的策略，避免了让初学者望而却步。它没有试图在一开始就用复杂的数学工具去硬性碾压读者，而是先通过一系列思想实验来建立直观感受和物理图像。例如，关于时间膨胀和长度收缩的阐述，它用了好几页篇幅来构建一个关于高速运动参照系的思维模型，让读者先在概念上接受这种反直觉的现象。数学推导虽然严谨，但都放置在相对集中的板块，并且每一步都有详细的文字注释，解释了该步骤背后的物理意义，而不是单纯的代数变形。这种“先理解物理图像，后掌握数学工具”的顺序，极大地降低了学习曲线的陡峭程度。对于那些曾经被高阶物理概念吓倒的同学来说，这本书提供了一个非常友好的“再入门”平台，它成功地将深奥的理论转化成了可理解、可掌握的学习内容，这份功力着实令人钦佩。

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与其他市面上那些动辄要求背诵大量实验数据或公式推导的教辅书相比，这本书在实验探究和动手实践方面的引导力度显得尤为突出和现代。它似乎深谙现代物理教育强调“做中学”的理念。我特别喜欢其中关于微观粒子运动和复杂系统模拟的描述，尽管是文字和图示，但那种引导你想象原子尺度上相互作用的笔触，充满了动态感。例如，在介绍波粒二象性时，它没有停留于枯燥的定性描述，而是设计了一套非常形象化的类比系统，帮助我们的大脑去构建那些非直观的物理图像。书中对一些经典实验的重构描述也十分到位，它没有仅仅罗列实验步骤，而是深入探讨了实验误差的来源以及如何通过优化装置来提高测量精度，这对于培养严谨的科学态度至关重要。读完相关章节后，我感觉自己仿佛真的参与了一次次高精度的科学测量，而不是简单地记下了一组实验数据。这种注重过程和方法的教学，远比只关注结果的填鸭式教育要高明得多。

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这本书的装帧设计非常有特色，封面那种略带磨砂质感的纸张拿在手里就给人一种扎实可靠的感觉，不是那种市面上常见的花里胡哨的塑料感。色彩搭配上也比较沉稳，主色调是深蓝和米白，很符合物理学科那种严谨的基调。字体选择也很讲究，主标题的宋体兼具力量感和学术气息，让人一看就知道这不是那种浮于表面的辅导材料。内页的排版更是让人眼前一亮，大量留白的设计使得题目和例证之间有了足够的呼吸空间，阅读起来一点也不觉得拥挤或压抑。而且，纸张的白度适中，不会过分刺眼，长时间盯着看也不会有太大的疲劳感。我注意到他们对于公式和图表的处理非常用心，很多复杂的受力分析图或者电磁场示意图，线条清晰锐利，关键点标注得非常精准，即便是初次接触这些概念的学生也能迅速抓住核心。这种对细节的极致追求，从侧面反映出编者对教学质量的重视程度，让人对书中的内容质量也自然而然地产生了极高的期待值。整体而言，这本教材在视觉和触觉上都提供了一种高级的学习体验，绝对是那种值得收藏和反复翻阅的类型。

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这本书的章节逻辑组织简直是一次精妙的思维导引之旅，它不是简单地堆砌知识点，而是构建了一个层层递进的学习路径。我发现作者非常擅长“设问”和“铺垫”，每一章的开始都会抛出一个与实际生活紧密相关、看似简单实则蕴含深刻物理原理的现象，比如从日常的雨滴下落速度到远距离输电的效率差异，一下子就能抓住读者的好奇心。随后，引出相关的基本定律和公式时，叙述的过渡极其自然流畅，绝非生硬的公式搬运工。更赞赏的是，它没有止步于理论的阐述，而是紧接着安排了一系列由浅入深、精心设计的例题。这些例题的巧妙之处在于，它们大多是复合型的，要求学生综合运用前几节学到的多个概念才能解出，这极大地锻炼了学生融会贯通的能力。尤其那些被称为“思维陷阱”的解析部分，作者没有直接给出标准答案的步骤，而是详细剖析了常见的错误思路可能在哪里产生，这种“反向教学”的方法比单纯的正面指导更具启发性，真正培养了学生独立思考和批判性分析问题的能力。

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