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出版者:科学出版社

作者:程衍富

出品人:

页数:173

译者:

出版时间:2007-8

价格:16.80元

装帧:

isbn号码:9787030195197

丛书系列:

图书标签:

• 大学物理
• 物理实验
• 实验教程
• 高等教育
• 理工科
• 物理学
• 教学参考
• 实验指导
• 本科
• 大学教材

好的，以下是为您撰写的一份不包含《大学物理实验教程》内容的图书简介。这份简介旨在介绍一本专注于高级材料科学与工程领域，侧重于计算模拟与实验表征相结合的专业著作。 --- 《尖端材料的计算模拟与同步辐射表征：从第一性原理到宏观性能预测》 图书概述与定位 本书是一部面向高年级本科生、研究生以及材料科学、凝聚态物理、化学工程等领域研究人员的深度专业参考书。它聚焦于现代材料科学研究的前沿——如何运用先进的计算模拟技术（如密度泛函理论、分子动力学）与尖端的实验表征手段（特别是同步辐射技术）相结合，实现对复杂功能材料微观结构、电子性质及宏观性能的精准预测与验证。 本书的独特之处在于，它不满足于对单一现象的描述，而是构建了一个“模拟-实验-结构-性能”的闭环分析框架。内容涵盖了从原子尺度的量子力学计算，到介观尺度的界面动力学模拟，再到利用高能X射线进行原位、非原位结构分析的全链条技术流程。 第一部分：理论基石与计算模拟前沿 本部分奠定了理解现代材料计算科学的基础，并深入探讨了当前最前沿的计算方法论。 第一章：量子力学基础与密度泛函理论（DFT）的深化应用 本章从严谨的物理学角度回顾了薛定谔方程的局限性，重点讲解了泛函理论的核心思想，并详细剖析了当前主流交换关联泛函（如GGA+U、HSE06）的适用范围与局限性。内容特别强调了如何针对过渡金属氧化物、二维材料中的电子关联效应进行精确的能带结构和态密度计算。 关键内容点： 电子结构计算的收敛性测试、缺陷工程中的有效格林函数方法、自洽场迭代的优化策略。 第二章：多尺度模拟：从原子到连续介质 本章致力于弥合微观理论与宏观现象之间的鸿沟。详细介绍了分子动力学（MD）模拟在材料科学中的应用，特别是如何构建和验证高质量的势函数（如嵌入式原子势EAM、非键合势）。 重点案例： 利用MD模拟研究高熵合金中的位错运动机制；基于蒙特卡洛（MC）方法对相变过程的统计力学描述。 进阶主题： 介绍如何将原子尺度的计算结果映射至有限元分析（FEA）所需的本构关系参数，实现从第一性原理到工程尺度的传递。 第三章：材料基因组计划（MGI）与高通量计算 本章探讨了如何利用并行计算资源和自动化脚本，实现材料数据库的构建与筛选。重点介绍CALPHAD方法在热力学相图预测中的应用，以及如何结合机器学习（ML）模型加速新型催化剂或电池电解质的筛选过程。 第二部分：尖端实验表征技术——同步辐射的赋能 本部分是本书的核心特色之一，深入剖析了如何利用国家级大型科学装置——同步辐射光源获取传统手段无法企及的材料信息。 第四章：同步辐射基础与光束线原理 本章为读者建立了同步辐射光源的工作原理图景，从电子束加速到X射线产生、传输、聚焦的完整流程。详细解释了存储环参数对光束特性的影响，并对比了不同代同步辐射光源的性能优势。 技术细节： 单色器、聚焦元件（如椭偏仪、聚焦镜）的选择标准，以及如何评估光束线的稳定性和通量。 第五章：结构解析的同步辐射技术集锦 本章聚焦于利用高能X射线进行精确结构测定的方法。 高能X射线衍射（HEXRD）： 如何在高温高压（HTHP）或原位反应条件下，解析晶体结构变化，尤其适用于金属或陶瓷材料的相变研究。 X射线吸收精细结构（XAFS）： 详细解析近边吸收结构（XANES）与扩展吸收边精细结构（EXAFS）的物理意义，重点阐述其在确定局部原子配位环境和电子态方面的不可替代性。 小/广角X射线散射（SAXS/WAXS）： 针对纳米复合材料和胶体体系，如何定量分析颗粒尺寸、形状分布及空间排列的参数提取方法。 第六章：基于同步辐射的谱学与成像 本章展示了同步辐射在化学状态分析和微观成像方面的威力。 X射线光电子能谱（XPS）与软X射线激发XPS： 探讨如何利用可调谐软X射线源，实现对薄膜表面和深层化学态的无损、高灵敏度分析。 同步辐射成像（SRI）： 介绍相衬成像（Phase Contrast Imaging）在软物质和生物材料中的应用，以及如何结合断层扫描（CT）技术实现三维可视化。 第三部分：计算与实验的协同：跨尺度性能预测与验证 本部分是全书的升华，旨在展示如何将前两部分的技术工具融会贯通，解决实际的材料工程难题。 第七章：功能材料的计算-实验联合解析 本章通过具体案例，演示计算结果如何指导实验设计，以及实验数据如何反哺修正计算模型。 案例一：锂离子电池电极材料的界面反应机理研究： 利用DFT预测SEI膜的形成能，利用原位XANES跟踪充放电过程中活性材料的价态变化。 案例二：铁电/压电材料的结构-电学耦合： 结合应变工程计算（DFT）与高分辨同步辐射衍射，解析界面应力对宏观介电常数的影响。 第八章：先进材料的可靠性与服役性能模拟 关注材料在复杂环境下的长期性能。 疲劳与断裂的微观机制： 结合分子动力学模拟的损伤累积模型，与同步辐射中子/X射线衍射对内部应力场的实时监测，建立更可靠的寿命预测模型。 复杂环境下的腐蚀与防护： 介绍如何利用同步辐射技术观察纳米涂层下的局部腐蚀，并利用第一性原理计算优化涂层的缺陷容忍度。 结语 本书旨在培养读者构建跨越电子、原子、微米直至宏观尺度的综合性材料理解能力。它不仅是一本技术手册，更是一本引导未来材料科学家进行原创性探索的思维导引。掌握书中所述的计算与实验工具的结合，是进入下一代功能材料研发领域不可或缺的硬核技能。 目标读者： 材料科学与工程、凝聚态物理、应用化学、计算物理方向的研究生及青年研究人员。 ---

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坦白说，我之前对物理实验的印象就是“枯燥”和“重复”，无非就是按照说明书一步步操作，最后得出个差不多的结果，然后赶紧交差。然而，《大学物理实验教程》彻底颠覆了我的认知。它在实验设计上展现出了极高的专业水准和创新精神。很多经典实验的设置，都被赋予了新的视角和更贴合现代科技的背景。 例如，在光学实验部分，对于光的衍射和干涉，教程不仅要求我们精确测量数据，更引导我们思考如何利用这些现象设计出更精密的测量仪器。它会提出一些“开放性问题”，鼓励我们思考如果改变某个参数，比如光源的波长或者缝的宽度，实验结果会如何变化，并要求我们用数学模型去预测。这种从“验证公式”到“探索规律”的转变，极大地激发了我的研究兴趣。我不再是机器般地重复操作，而是真正参与到科学探索的过程中去，体会到物理学的魅力所在。这种将理论深度和实践操作完美结合的编排，实在是高明。

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这本书的排版和图示质量，也绝对是教科书级别的典范。在需要精细操作的环节，比如使用游标卡尺或螺旋测微器进行测量时，教程提供的插图细节丰富到令人称赞。它们不是那种粗糙的、几笔勾勒的示意图，而是近乎工程制图的精度，标注了每一个刻度、每一个旋钮的准确位置。 我记得有一次，我在做一个关于电阻率的测量实验，涉及到微弱电流的读取。我对着书上的电路图看了很久，才发现书上特意用一种不同的颜色高亮显示了电流表正负极的连接方式，并配有文字说明，强调了极性错误可能导致的系统误差。如果不是这样详尽的图文配合，我恐怕会因为接错线而白白浪费掉大量时间。这种对细节的极致追求，体现了编写者对学生学习体验的深度关怀。它减少了因阅读障碍而产生的挫败感，让我们的注意力能更集中于物理现象本身。

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从另一个角度来看，这本书的实用性，体现在它对常见实验仪器的“脾气秉性”的洞察和描述上。很多物理实验教材会假设我们使用的仪器是完美的理想化工具，但现实中，哪有完全没有误差的仪器呢？《大学物理实验教程》非常坦诚地指出了不同型号仪器的局限性。 比如，在进行精确计时实验时，它特别提醒我们某些型号的秒表可能存在启动和停止的延迟，并建议了如何通过多次测量和取平均值来补偿这种机械延迟。又比如，在处理高精度天平的读数时，它会提示我们注意环境温度和湿度的影响，这些都是在课堂上老师可能一笔带过，但学生在实际操作中会反复遇到的“坑”。这种“实战经验”的总结，让这本教程更像是一位久经沙场的“老兵”留下的宝贵经验总结，指导我们少走弯路，真正做到“知其然，更知其所以然”。

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更让我欣赏的是，这本教程不仅仅局限于基础物理的范畴，它还非常前瞻性地融入了数据处理和误差分析的现代方法论。在许多实验的后处理部分，它详细介绍了如何使用电子表格软件进行线性拟合，如何计算不确定度的传播，甚至还引入了最小二乘法的基本思想。 过去我们做实验，误差分析往往只是简单地写个“系统误差和偶然误差”，敷衍了事。但现在，教程要求我们像真正的科研工作者那样，对每一个测量值都进行严谨的统计分析。它清晰地解释了标准差、置信区间这些概念的物理意义，而不是仅仅把公式扔给我们。这种训练，对于我们未来无论进入学术界还是工业界，都是宝贵的财富。它教会我们，实验的价值不仅在于得出一个“正确”的数值，更在于对这个数值的“可信度”有一个清晰的认识和量化说明。

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这本《大学物理实验教程》的出现，简直是为我们这些在物理海洋中摸索前行的学生们投下了一颗定海神针。我清楚地记得，刚接触大学物理时，那些抽象的理论公式简直像天书一样难以理解，每次实验课前都战战兢兢，生怕操作失误或者数据分析出错。但是，自从翻开了这本教程，一切都变得豁然开朗了。它不像市面上那些冷冰冰的、只罗列步骤的实验手册，而是真正融入了教学的智慧。 首先，它的结构编排极其用心。每一章的引入部分，都会用生动的语言将理论知识与实际实验紧密联系起来，让你在动手之前，就能对实验的目的、原理以及可能遇到的难点有一个清晰的预判。比如在测量电磁感应定律那部分，它没有直接给出复杂的数学推导，而是通过一个形象的例子，将磁通量的变化与感应电动势的产生过程描绘得淋漓尽致。这种循序渐进的方式，极大地降低了初学者的心理门槛。作者似乎深谙我们这些“实验小白”的心理，总能在关键时刻给出恰到好处的提示，那种感觉就像身边随时跟着一位经验丰富的老教授在耐心指导。

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