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出版者:

作者:孙越胜 编

出品人:

页数:245

译者:

出版时间:2009-4

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787118062557

丛书系列:

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• 大学物理
• 物理实验
• 实验教学
• 高等教育
• 理工科
• 物理学
• 实验报告
• 教学参考书
• 大学生
• 实践教学

物理学研究的基石：经典力学与热力学前沿探索 内容简介： 本书深入剖析了十九世纪物理学两大支柱——经典力学与热力学——在现代科学语境下的前沿发展与深刻内涵。它并非传统的实验指导手册，而是侧重于理论的哲学基础、数学模型的精妙构建，以及这些理论如何指导当代物理学更宏大图景的构建。全书旨在为物理学研究生、高年级本科生以及对基础物理学有深厚兴趣的研究人员，提供一个既严谨又富有启发性的视角，以理解自然界最基本规律的数学表达与物理图像。 第一部分：拉格朗日与哈密顿的宇宙——从牛顿定律到场论的桥梁 本部分聚焦于经典力学的分析力学框架，即拉格朗日力学和哈密顿力学。我们首先回顾了牛顿定律的局限性，特别是在处理约束系统和选择最优路径问题时的繁琐性。随后，本书详尽阐述了变分原理（如最小作用量原理）的普适性。 第一章：变分原理的数学基础与物理意义 详细讲解了欧拉-拉格朗日方程的推导过程，重点在于将物理问题从直角坐标系中解放出来，转向更具物理洞察力的广义坐标系。特别讨论了守恒量（如能量、动量、角动量）如何作为拉格朗日量对特定坐标做偏导数为零的直接结果，而非仅仅是积分常数。深入探讨了诺特定理在分析力学中的精确表述及其与对称性的深刻联系。 第二章：哈密顿体系的几何化 哈密顿力学被视为分析力学的最高形式。本书细致地构建了相空间的拓扑结构，定义了正则变换的性质，并展示了如何利用泊松括号来描述物理量随时间的演化，这为后续向量子力学的过渡奠定了必要的数学语言。我们详细分析了正则方程的性质，并以经典的单摆运动为例，展示了如何通过求解哈密顿-雅可比方程来获得系统的完整解，这种方法比直接积分牛顿方程更为高效和系统化。 第三章：从微观到宏观的过渡：刚体运动与陀螺动力学 经典力学在刚体运动中的应用展现了其几何美感。本章重点解析了欧拉角在描述刚体取向时的不完备性，并引入了四元数作为更优雅的旋转描述工具。陀螺仪的进动与章动被当作一个复杂的非线性系统进行剖析，其解法揭示了李雅普诺夫稳定性理论在预测长期行为中的应用。 第二部分：能量的不可逆性——热力学、统计力学与信息论 第二部分将视角转向物质的集体行为，探讨了热力学的基本定律，特别是第二定律的深刻含义，并将其与微观统计力学联系起来。 第四章：热力学第一定律的再审视：功、热与内能的界限 本书不满足于对理想气体的简单应用，而是深入探讨了真实气体（范德华气体）的等温线和临界现象。重点分析了焦耳-汤姆逊效应的微观机制，即分子间势能对气体焓的影响。此外，对热力学中的“准静态过程”进行了严格的数学定义，并讨论了在不可逆过程下，如何定义和计算熵产生。 第五章：熵的统计诠释与玻尔兹曼方程 热力学第二定律的微观基础是本书的重点。我们从微观粒子的概率分布出发，推导了玻尔兹曼熵公式 $S=k ln W$，并讨论了“孤立系统熵最大化”这一过程的统计必然性。随后，本书详细推导了玻尔兹曼输运方程，并讨论了其在非平衡态下的近似解法（如查普曼-恩斯科格展开），用以计算气体的粘滞系数和热导率。 第六章：相变与临界现象的重整化群视角 相变是经典物理学中最富挑战性的问题之一。本书超越了朗道理论，引入了现代物理学的关键工具——重整化群（RG）。通过对临界指数的分析，阐释了普适性（Universality）的概念，即不同系统在相变点附近的宏观行为却表现出相同的标度律。详细介绍了Kadanoff黑箱思想和Wilson的重整化群方法，展示了如何通过迭代地“平滑”或“块化”系统来揭示其在不同尺度下的有效理论。 第七章：信息论与热力学的交汇 本章探讨了香农信息熵与热力学熵之间的深刻联系。通过麦克斯韦妖的思想实验，我们阐释了信息（观测、计算）的代价如何最终转化为能量的耗散，从而维护了第二定律的尊严。详细讨论了朗道尔-莱斯汀不等式，它量化了系统信息量与热力学不可逆功之间的关系，为理解耗散系统提供了新的理论框架。 结语：理论的永恒生命力 本书的宗旨是展示经典力学和热力学并非尘封的历史，而是现代物理学（包括量子场论、凝聚态物理和复杂系统科学）的深厚土壤。对这些基础理论的精确掌握，是进行任何创新性物理研究的必要前提。全书结构严谨，推导详尽，旨在培养读者从第一性原理出发构建物理图像的能力。

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读完这本书，我感觉自己对物理实验的理解又上了一个新的台阶。它不仅教授了我实验的技能，更重要的是，它让我体会到了物理学研究的严谨和乐趣。我之前总觉得物理实验枯燥乏味，但这本书彻底改变了我的看法。书中充满了各种各样有趣的实验，从最基础的力学测量，到复杂的电磁学现象，再到光学世界的奇妙，每一个实验都让我跃跃欲试。我特别喜欢书中关于“相对论”的实验验证部分，虽然那部分内容相对较难，但作者的讲解却深入浅出，让我能够理解那些看似违反直觉的物理现象。

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翻开这本书，我立刻被其严谨的逻辑结构所吸引。从基础的物理概念回顾，到具体的实验设计与操作，再到数据分析与误差处理，整个过程的衔接自然流畅，仿佛一位经验丰富的老师在手把手地指导。我尤其欣赏它在介绍每一个实验时，都会先阐述其背后的物理意义和应用价值，这大大激发了我学习的兴趣。比如说，在介绍“万有引力定律”的验证实验时，作者并没有直接给出实验步骤，而是先从天体运行的奥秘讲起，引出引力对宇宙万物的影响，这样的引入方式，让原本可能枯燥的实验变得生动有趣。而且，书中对于实验器材的介绍也十分详尽，从名称、规格到使用注意事项，都一一列出，这对于我这种初学者来说，无疑是极大的帮助，让我能够避免很多不必要的错误。

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这本书的选题非常贴合大学生的学习需求，它涵盖了大学物理课程中最重要的实验项目，并且对每一个实验都进行了详细的讲解。我发现，书中对每一个实验的原理、仪器、操作步骤、数据处理和结果分析都进行了细致的阐述，这对于我来说，是一个非常全面的学习过程。尤其是在数据处理和结果分析的部分，作者提供了多种统计方法，并结合了图表分析，让我能够更科学、更准确地解读实验数据。我之前在做实验时，常常会因为数据处理的困扰而感到沮丧，但这本书提供的方法，让我能够更有信心地面对这些挑战。

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这本书给我的感觉就像是一本可以反复阅读的百科全书，每次翻阅，都能有新的收获。我喜欢书中那种严谨而又不失活泼的风格，它既能让我感受到物理学的魅力，又能让我从实验中获得乐趣。我尤其欣赏书中在讲解某些实验时，会引用一些最新的科研进展，这让我看到了物理学研究的广阔前景，也激发了我对科学研究的浓厚兴趣。总而言之，这本书是我大学物理学习道路上的一位得力助手，它不仅帮助我掌握了必要的实验技能，更重要的是，它点燃了我对科学探索的热情，让我能够以更积极的态度去面对未来的学习和挑战。

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这本书的插图质量非常高，无论是实验仪器的结构图，还是物理现象的示意图，都描绘得细致入微，栩栩如生。我尤其喜欢那些色彩鲜艳、比例协调的图表，它们极大地增强了我的阅读体验，让原本可能晦涩难懂的物理概念变得更加直观易懂。例如，在讲解“电磁感应”的实验时，书中配有大量的电流、磁场变化的示意图，这些图让我能够清晰地看到变化的磁场是如何引起感应电流的，以及电流的方向是如何遵循楞次定律的。此外，书中还包含了许多真实的实验场景照片，这些照片让我能够更真实地感受到实验操作的乐趣，也为我 zukünftige 实验操作提供了宝贵的参考。

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这本书的语言风格非常独特，既有科学的严谨性，又不失亲和力。作者似乎非常了解读者在学习过程中可能会遇到的困难，因此在讲解过程中，常常会穿插一些生动形象的比喻，或者提出一些引导性的问题，让我能够主动思考。我印象最深刻的是在讲解“光的干涉与衍射”实验时，作者用“水波的叠加”来类比光的干涉，这让我瞬间就理解了那个抽象的干涉条纹是如何形成的。此外，书中还提供了大量的实验数据图表，这些图表不仅清晰直观，而且蕴含了丰富的物理信息，让我能够更好地理解实验结果，并从中学习如何进行数据分析。总而言之，这本书就像一位博学的导师，耐心细致地解答我的每一个疑问，让我能够在这个求知之路上走得更稳健。

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我一直认为，物理实验不仅仅是验证理论，更重要的是培养一种科学探究的精神。这本书在这方面做得非常出色。它不仅提供了规范的实验步骤，更重要的是，它鼓励读者进行独立思考和创新。例如，在某些实验中，书中会提出一些“思考题”或者“拓展练习”，引导我们去探究实验的改进方法，或者去思考实验结果的可能影响因素。这种开放式的教学模式，让我能够从被动的接受者转变为主动的探索者。我尤其喜欢书中关于“误差分析”的部分，它并没有简单地告诉我们如何计算误差，而是深入浅出地讲解了误差产生的各种原因，以及如何通过合理的设计和操作来减小误差，这对于提高实验的准确性和可靠性至关重要。

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我从这本书中获得的不仅仅是知识，更是一种思维方式。作者在讲解每一个实验时，都强调了“为什么”和“如何”，这让我明白，科学研究不仅仅是动手操作，更重要的是逻辑推理和分析能力。书中提供的案例分析，让我能够学习如何从实验数据中提取有用的信息，如何识别和处理误差，以及如何根据实验结果来修正或发展理论。这种学习方式，让我感觉自己不仅仅是在学习物理实验，更是在学习一种科学的思维方式，这对于我未来的学习和工作都将产生深远的影响。

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这本书的封面设计其实蛮吸引人的，一种简约的蓝白搭配，象征着知识的海洋和严谨的科学态度。拿到书的那一刻，我首先关注的是它的装帧质量，纸张的厚度适中，印刷清晰，文字和图表都十分锐利，阅读起来不会感到疲劳。我一直对物理实验充满好奇，虽然大学物理理论课学得磕磕绊绊，但总是觉得亲手操作，看到那些抽象的公式在现实中得以验证，会是一种截然不同的体验。这本书的出版，在我看来，填补了我对这方面知识的空白。我期待它能以一种通俗易懂的方式，引导我一步步走进物理实验的世界，让我能够理解那些我们日常生活中习以为常的现象背后的物理原理。比如，我们每天都用的电灯，发光发热的原理是什么？我们乘坐的电梯，又是如何实现平稳上升下降的？这些疑问，我希望在这本书中能找到答案。

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这本书的排版设计也给我留下了深刻的印象。每章的开头都有一个引人入胜的导语，结尾则是一个小结，帮助我巩固所学知识。段落清晰，重点突出，使得我在阅读过程中不会感到混乱。我特别欣赏书中对实验安全提示的重视，在每一个实验的开头，都会有详细的安全注意事项，这让我能够认识到实验安全的重要性，并在操作过程中时刻保持警惕。而且，书中还提供了许多与实验相关的课外拓展信息，比如历史故事、科学家的生平事迹等等，这些内容不仅增加了阅读的趣味性，也让我能够更全面地理解科学发展的历程。

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