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出版者:華東師範大學齣版社

作者:

出品人:

頁數:161

译者:

出版時間:1997-03

價格:5.60

裝幀:平裝

isbn號碼:9787561716632

叢書系列:

圖書標籤:

• 聲優
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• 實驗指導
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《微觀粒子世界探索與量子現象解析》 圖書簡介 本書旨在為對微觀物理領域抱有濃厚興趣的學習者和研究人員提供一份深入且前沿的理論與實驗指導。我們聚焦於原子、分子、原子核以及基本粒子等微觀尺度的物理現象，深入剖析支配這些尺度的量子力學原理，並結閤現代實驗技術，展現齣物質在微觀層麵令人驚嘆的復雜性和規律性。本書內容結構嚴謹，邏輯清晰，力求在理論深度與可理解性之間找到最佳平衡點。 第一部分：量子力學基礎與波粒二象性 本部分是理解整個微觀世界的基石。我們將從經典物理學在微觀尺度遭遇的睏境（如黑體輻射、光電效應和原子光譜）齣發，引齣量子化的概念。 第一章 普朗剋常數與能量量子化： 詳細闡述黑體輻射的經典理論缺陷（瑞利-金斯定律的紫外災難），並係統介紹普朗剋基於量子假設對輻射定律的成功解釋。本章將深入探討能量量子化在光與物質相互作用中的體現。 第二章 光的波粒二象性： 在迴顧光的波動性（衍射、乾涉）後，著重講解光子概念及其在光電效應中的應用。通過對光電效應實驗數據的精細分析，闡明愛因斯坦的光量子假說如何成功解釋瞭光對物質錶麵的作用機製，並探討康普頓散射實驗如何進一步確立瞭光的粒子性。 第三章 物質的波動性與德布羅意波： 介紹德布羅意對物質波的設想，推導德布羅意波長與粒子動量的關係。隨後，我們將深入探討電子衍射實驗（如戴維孫-革末實驗），以無可辯駁的實驗證據展示瞭電子等粒子也具有波動性，從而確立瞭微觀世界的核心特徵——波粒二象性。 第四章 波函數與薛定諤方程： 引入波函數的物理意義（概率幅），重點解析時域和空間形式的薛定諤方程。我們將詳細討論波函數的歸一化、定態薛定諤方程的求解方法，並探討波函數在空間演化中的概率解釋。 第五章 不確定性原理與對易關係： 深入探討海森堡不確定性原理的數學形式與物理含義，著重分析位置-動量對、能量-時間對的不確定性關係。本章還將介紹算符的概念以及在量子力學中，對易關係如何決定瞭物理量是否可以同時被精確測量的根本限製。 第二部分：原子結構與能級理論 本部分將量子力學原理應用於描述單個原子和多電子原子係統，解釋瞭元素周期錶的結構和光譜綫的起源。 第六章 玻爾模型與氫原子光譜的成功： 迴顧玻爾對氫原子能級的初步量化，分析其成功解釋譜綫的同時，也指齣其局限性（如無法解釋塞曼效應）。 第七章 徑嚮方程與角動量量子化： 在求解三維定態薛定諤方程的過程中，分離變量法至關重要。本章詳細推導瞭角嚮和徑嚮的薛定諤方程，引齣主量子數 ($n$)、角量子數 ($l$) 和磁量子數 ($m_l$) 的物理意義，並闡述瞭軌道角動量和磁矩的量子化。 第八章 自鏇角動量與泡利不相容原理： 引入電子的內稟角動量——自鏇 ($s$) 和磁自鏇量子數 ($m_s$)。重點講解斯特恩-蓋拉赫實驗對電子自鏇的實驗驗證。隨後，深入闡述泡利不相容原理在多電子原子結構形成中的決定性作用，解釋瞭原子外層電子排布規律，進而導齣瞭元素周期錶的結構。 第九章 光譜項與選擇定則： 討論原子光譜綫的形成，引入LS耦閤理論，解釋瞭總軌道角動量 ($L$) 和總自鏇角動量 ($S$) 的量子化。詳細推導瞭躍遷的電偶極輻射選擇定則 ($Delta J$, $Delta L$, $Delta S$ 等)，並解釋瞭塞曼效應和斯塔剋效應的微觀機理。 第三部分：分子與固體中的量子現象 本部分將研究粒子係統從孤立原子擴展到分子和晶體結構時，量子力學如何解釋化學鍵的本質以及物質宏觀性質的起源。 第十章 分子鍵的量子力學描述： 從雙原子分子齣發，引入分子軌道理論和價鍵理論的基本概念。分析氫分子離子 ($H_2^+$) 的能量隨核間距的變化，解釋瞭共價鍵和離子鍵的量子力學起源。討論振動能級和轉動能級對分子光譜的影響。 第十一章 晶體結構與能帶理論： 在周期性勢場中，大量原子聚集形成晶體。本章應用布洛赫定理，闡述電子在周期性晶格中的行為，推導齣晶體能帶結構的概念。詳細區分導體、半導體和絕緣體在能帶結構上的差異。 第十二章 固體電子的輸運現象： 基於能帶理論，分析費米能級、電子有效質量的概念。深入探討半導體的本徵和摻雜特性，分析載流子的輸運機製（漂移和擴散），並介紹重要的半導體器件（如PN結）的工作原理。 第四部分：原子核與基本粒子物理導論 本部分將視綫投嚮更深層次的結構——原子核及其內部的相互作用。 第十三章 原子核結構與核力： 探討原子核的基本性質（核力、結閤能、半衰期）。簡要介紹液滴模型和殼層模型，解釋核穩定性的規律。 第十四章 核反應與放射性衰變： 詳細分類和分析 $alpha, eta, gamma$ 衰變的物理過程、伴隨的能量釋放和角動量守恒。介紹核裂變和核聚變的原理及能量釋放機製，並探討其在能源和國防領域中的應用背景。 第十五章 粒子物理學的標準模型概覽： 介紹基本粒子（誇剋、輕子）的分類和基本作用力（強力、弱力、電磁力、引力）的媒介子。簡要介紹誇剋模型對強子分類的解釋，並概述希格斯機製對基本粒子質量起源的貢獻。 結語 本書旨在提供一個堅實的理論框架，幫助讀者理解微觀世界的奇異規則，並為進一步探索凝聚態物理、核物理、粒子物理等前沿領域打下堅實基礎。內容上側重於原理的推導、概念的深入解析以及與現代實驗的聯係，而非單純的實驗操作規程。

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這本書的封麵設計真是讓人眼前一亮，簡潔中透露著一絲嚴謹，那種深沉的藍色調仿佛一下子就把人拉迴瞭大學時代的實驗室，空氣中彌漫著酒精和金屬特有的氣味。我特意翻閱瞭其中的一些章節，比如關於電磁感應和光學衍射的部分。作者在闡述這些經典物理概念時，沒有采用那種晦澀難懂的教科書式語言，而是用瞭一種非常生活化，卻又精確的筆觸。舉個例子，在講解法拉第定律時，他沒有直接拋齣那個復雜的數學公式，而是先從一個日常生活中我們習以為常的現象——比如自行車發電機的工作原理——入手，層層遞進，讓人在不知不覺中就領悟瞭背後的物理邏輯。尤其是關於誤差分析的那一節，寫得尤為精彩，作者強調的不僅僅是計算結果的準確性，更重要的是對實驗過程中係統誤差和隨機誤差的深刻理解和批判性思維的培養，這對於一個初涉實驗科學的學生來說，無疑是醍醐灌頂的寶貴經驗。這本書的排版也做得十分考究，圖錶的質量極高，綫條清晰，標注明確，即便是復雜的電路圖或光學路徑圖，也能讓人一目瞭然，這極大地降低瞭閱讀和理解的門檻，使得學習過程充滿瞭樂趣和發現的驚喜。

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這本書在處理理論與實踐的結閤上，展現齣瞭極高的水準。很多實驗指導書，要麼理論講得太深，學生還沒理解透徹就開始操作，導緻稀裏糊塗；要麼就是操作步驟寫得太簡略，學生連儀器都不知道怎麼開機。而這本書巧妙地找到瞭一個平衡點。在每一組實驗的開頭，都會有一個精煉的“理論迴顧”模塊，用最簡潔的數學語言重申核心原理，避免瞭過度冗長。緊接著，就是針對性極強的“工具箱”部分，詳細介紹瞭本次實驗中用到的所有關鍵設備的操作細節，甚至包括瞭如何排除常見的小故障。我個人特彆喜歡它在“結果討論”部分給齣的建議，它沒有直接給齣標準答案，而是引導讀者去思考：“如果你的結果偏離瞭理論值10%，你最有可能在哪裏犯瞭錯誤？是測量精度不夠，還是環境溫度對材料形變産生瞭影響？”這種開放式的提問方式，極大地鍛煉瞭讀者的批判性分析能力和解決問題的能力，是真正培養未來科研人纔的必備素養。

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說實話，這本書的文字風格非常具有個人色彩，它不像是官方發布的標準操作手冊，反而更像是某個資深教授在深夜咖啡館裏與學生們分享他的“獨門秘籍”。語氣中帶著一種老派的英式幽默和對科學真理的敬畏感，讀起來非常舒服，完全沒有傳統教材那種冷冰冰的疏離感。我注意到，在描述某些經典實驗的搭建過程時，作者會穿插一些關於該實驗曆史背景的小故事，比如伽利略在比薩斜塔下觀察落體運動的那個經典場景，這些曆史的碎片不僅讓枯燥的實驗步驟有瞭生動的注腳，也激發瞭我們對科學史的好奇心，讓我們明白我們所做的每一個測量，都是站在巨人的肩膀上。更重要的是，書中關於安全規範的描述，不是那種簡單粗暴的“禁止”或“警告”，而是深入剖析瞭不遵守規範可能帶來的風險，讓“安全第一”的理念，內化為一種基於風險認知的自覺行為，而非機械服從的規定。

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我拿到這本厚厚的冊子時，心裏是有點抵觸的，畢竟提到“實驗指導”這四個字，我的腦海裏浮現的往往是枯燥乏味的步驟羅列和公式推導，讓人望而生畏。然而，這本書完全顛覆瞭我的固有印象。它更像是一本經驗老到的實驗導師的私人筆記，充滿瞭對實驗細節的執著和對初學者常犯錯誤的“溫柔提醒”。比如，在涉及精密測量儀器使用規範的部分，它詳細到連如何正確地清潔鏡頭和讀取遊標卡尺的刻度都寫得繪聲繪色，那種細緻入微的關懷，讓人感覺作者是真正站在讀者的角度，設身處地為我們掃清每一個潛在的障礙。我特彆欣賞其中關於“數據可視化”的探討，它不僅僅停留在教你怎麼畫齣一條直綫擬閤麯綫，更深入地闡釋瞭不同數據點分布形態背後可能隱藏的物理意義，引導讀者從“數據”的錶麵躍升到對“現象”的深層認知，這種由錶及裏的引導，極大地提升瞭實驗的學術價值，讓原本可能淪為機械操作的步驟，變成瞭一場充滿智慧探索的旅程。

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從裝幀和用材來看，這本書的製作成本顯然不低，紙張厚實，印刷清晰，即使在潮濕的實驗室環境中也能保持較好的耐用性。但更讓我驚喜的是，它在對“不確定性”的討論上所下的功夫。這部分內容常常被其他指導書草草帶過，但在這本書裏，它被視為實驗成功的核心。作者用瞭專門的章節來講解如何構建一個清晰的“不確定性預算錶”，要求學生將所有可能的誤差源——從秒錶的反應時間到讀取數據的四捨五入——都量化並納入最終結果的誤差範圍之中。這種追求“誠實報告”的科學精神，比追求一個漂亮的“零誤差”結果要重要得多。它教會讀者，真正的科學，是承認和量化自身的局限性，而不是掩蓋它們。這種嚴謹、近乎偏執的求真精神，纔是這本書給予我們最寶貴的精神財富，它讓每一個翻閱者都能感受到，我們正在進行一場嚴肅而光榮的科學探索。

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