How to Prepare for the AP Physics B (Barron's How to Prepare for the Ap Physics B Advanced Placemen pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Barron's Educational Series

作者:Jonathan S. Wolf

出品人:

页数:496

译者:

出版时间:2003-09-01

价格:USD 16.95

装帧:Paperback

isbn号码:9780764123597

丛书系列:

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深入解析现代物理前沿：一部涵盖量子力学、相对论与凝聚态物理的综合指南 本书旨在为物理学爱好者、本科高年级学生以及希望拓展知识边界的研究人员提供一个全面而深入的平台，用以探索二十世纪物理学革命所带来的核心概念与最新进展。我们避开了传统教材中对经典力学和电磁学基础的冗长铺陈，将焦点直接聚焦于那些彻底重塑了我们宇宙观的理论支柱：量子力学、狭义与广义相对论，以及凝聚态物理的奇妙世界。 本书的结构经过精心设计，力求在数学严谨性与概念直观性之间取得完美的平衡。它不仅仅是一本知识的罗列，更是一次思想的深度探险。 --- 第一部分：量子世界的基石与演变（The Foundations of Quantum Reality） 本部分将带领读者跨越经典物理的藩篱，进入微观粒子的奇异领域。 第一章：黑体辐射与普朗克假设的诞生 我们首先回顾经典物理学在解释黑体辐射谱时遭遇的“紫外灾难”。随后，我们将详尽剖析马克斯·普朗克提出的能量量子化假设（$E=h u$）。这一章不仅是历史回顾，更是对“能量不连续性”这一革命性概念的数学与哲学基础的深入探讨。我们将计算普朗克常数 $h$ 的意义，并探讨其在半经典物理中的初步应用。 第二章：光电效应与光子的确立 爱因斯坦对光电效应的解释是量子理论的又一里程碑。本章将详细推导光电方程，分析光电子的最大动能与频率的关系，并清晰阐述光子概念如何解决经典波动理论无法解释的瞬时发射问题。我们将通过实例分析工作函数、截止频率与光强之间的精确关系。 第三章：波粒二象性：德布罗意物质波 引入路易·德布罗意的革命性设想——物质也具有波动性。本章将推导德布罗意波长 $lambda = h/p$，并将其应用于宏观物体的可观测性（或不可观测性）的讨论。随后，我们将深入探究戴维孙-革末实验（Davisson-Germer experiment），用实验证据巩固波粒二象性的核心地位。 第四章：薛定谔方程的构建与诠释 这是量子力学数学框架的核心。我们将从经典的哈密顿-雅可比方程出发，通过类比和对相位的需求，推导出含时薛定谔方程。本章的重点在于对波函数 $Psi(mathbf{r}, t)$ 的概率诠释（玻恩定则），以及对算符、本征值与本征态的详细介绍。我们将区分概率密度与概率流，为后续的势阱问题打下坚实基础。 第五章：一维势场中的量子力学 我们将应用薛定谔方程解决一系列基础但至关重要的模型：无限深势阱（粒子在盒中）、有限深势垒（隧道效应）以及谐振子。对于谐振子，我们将着重分析其能量的量子化特性 ($E_n = (n+1/2)hbaromega$)，并讨论零点能的物理意义。隧道效应的计算将通过 WKB 近似法进行初步介绍。 第六章：角动量、自旋与不确定性原理 本章转向三维空间描述。我们将详细分析轨道角动量算符的对易关系，并推导出其本征值——精细结构常数和磁量子数。随后，我们将引入电子的内禀属性——自旋（Spin），并解释泡利不相容原理在原子结构（特别是多电子原子排布）中的决定性作用。海森堡不确定性关系（位置-动量和能量-时间）将被提升至原理层面进行哲学和数学上的探讨。 --- 第二部分：时空与引力的几何（Relativity: Geometry of Spacetime） 本部分抛弃了牛顿绝对时空的观念，转向爱因斯坦对引力本质的全新理解。 第七章：狭义相对论的动力学与四维时空 从迈克尔逊-莫雷实验的零结果出发，重申光速不变原理和相对性原理。本章的核心是洛伦兹变换的完整推导及其对时空结构的重塑——时间膨胀、长度收缩。我们将重点分析四维动量和能量的关系，推导著名的质能等价公式 $E=mc^2$，并讨论相对论性动能的适用范围。 第八章：闵可夫斯基空间与世界线 本章采用更几何化的视角，引入闵可夫斯基度规和四维向量（四矢）。我们将定义“世界线”、“固有时”和“光锥”，清晰区分类时、类光和类空间隔。这种几何语言对于理解后续的广义相对论至关重要。 第九章：广义相对论的原理与等效性 我们从思想实验开始，详细阐述爱因斯坦等效原理（引力质量等于惯性质量）。本章随后过渡到广义相对论的核心——引力不是力，而是时空弯曲的表现。我们将介绍测地线方程，解释为什么行星沿着弯曲的时空“直线”运动。 第十章：爱因斯坦场方程导论 虽然不深入复杂的张量微积分，但本章将清晰地展示爱因斯坦场方程（Einstein Field Equations）的结构，即“时空告诉物质如何运动，物质告诉时空如何弯曲”。我们将分析其初步解，例如史瓦西度规（Schwarzschild Metric），并讨论黑洞的事件视界、奇点概念的物理意义。 --- 第三部分：物质的集体行为与新物理（Condensed Matter and Beyond） 本部分将视野从基本粒子扩展到大量粒子系统所表现出的宏观、涌现（Emergent）性质。 第十一章：晶格振动与固体比热 我们将研究晶体作为周期性势场中电子的集合体。从牛顿力学出发，引入晶格振动的概念，推导德拜模型（Debye Model）和爱因斯坦模型，以解释低温下固体比热的量子效应，而非经典的杜隆-珀蒂定律的失效。 第十二章：自由电子模型与能带理论 本章深入探讨金属中的电子行为。首先，应用费米-狄拉克统计来描述在绝对零度下电子的填充情况，引入费米能级的概念。随后，我们将利用布洛赫定理（Bloch Theorem）来解释周期性势场如何导致能带的形成，以及如何区分导体、半导体和绝缘体。 第十三章：半导体物理基础 重点分析本征半导体和掺杂半导体（N型与P型）。我们将详细计算禁带宽度、有效质量，并阐述费米能级在禁带中的移动如何控制材料的导电性。最后，简要介绍PN结的形成和基本二极管特性。 第十四章：超导现象的量子起源 超导现象是宏观量子效应的典范。我们将介绍低温下电阻的完全消失和迈斯纳效应（Meissner Effect）。随后，深入探讨BCS理论的核心概念：库珀对的形成机制，以及配对能隙在描述临界温度中的作用。 第十五章：前沿探索：拓扑材料与量子信息 作为总结，本章展望了现代物理的研究热点。我们将非正式地介绍拓扑绝缘体（Topological Insulators）的概念，重点关注其表面态的鲁棒性，并简要概述量子比特（Qubit）的基本原理，以及量子计算在未来科学中的潜力。 --- 结论： 本书力求提供一个清晰的路线图，将二十世纪物理学的核心成就串联起来。它要求读者具备微积分和基础线性代数知识，但更强调对物理思想的深度理解和跨学科联系的建立。通过对这些宏大理论的系统学习，读者将能够以更深刻的视角去审视自然界的运行规律。

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