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出版者:金盾出版社

作者:胡开文

出品人:

页数:259

译者:

出版时间:2003年07月

价格:18.50元

装帧:平装

isbn号码:9787508225036

丛书系列:

图书标签:

• 物理
• 高二
• 高中物理
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星辰的低语：宇宙探索与新物理的序章 内容提要： 本书并非聚焦于传统高中物理的框架之内，而是将目光投向了浩瀚宇宙的宏伟叙事以及前沿物理学的迷人疆域。我们试图构建一座桥梁，连接起经典物理的坚实基石与二十一世纪物理学革命的最新成果。全书以一种兼具科普的广度与学术探讨的深度的叙事方式，带领读者从宏观的宇宙尺度，深入到微观的基本粒子层面，探索物质的本质、时空的结构以及支配这一切的自然规律。 --- 第一部分：超越引力的边界——宏观宇宙的壮丽画卷 本部分旨在拓宽读者对宇宙的认知，从我们所处的太阳系，延伸至遥远的星系团乃至可观测宇宙的边缘。我们着重探讨了现代天体物理学和宇宙学中的核心概念，这些内容需要坚实的数学和物理基础作为理解的跳板，但本书的叙述方式力求做到既严谨又充满诗意。 第一章：恒星的生与死——核聚变与超新星的能量学 本章深入剖析了恒星演化的核心驱动力——核聚变过程。我们详细描绘了质子-质子链反应和碳氮氧循环在不同质量恒星内部的能量释放机制。重点讨论了恒星生命末期的剧变：当燃料耗尽，引力如何战胜电子简并压力或中子简并压力，引发白矮星的坍缩、中子星的形成，乃至超新星爆发。在这里，我们探讨了超新星遗迹中重元素（如金、铀）的起源，它们是如何通过奇特的中子捕获过程（r-过程）被锻造出来，并最终散播到星际介质中，为下一代恒星和行星系统的形成奠定物质基础。这部分内容对能量转换效率、极端条件下的物质状态（如简并态）的理解提出了更高的要求。 第二章：时空弯曲的几何学——广义相对论导论 爱因斯坦的广义相对论是理解宇宙结构的关键。本章将引力视为时空本身的几何属性，而非牛顿所描述的“力”。我们不直接使用复杂的张量微积分，而是通过等效原理和思想实验（如自由落体参照系、光线在强引力场中的偏折）来阐释其核心思想。特别关注了黑洞的物理特性，包括事件视界、史瓦西半径的概念，以及奇点处物理定律的失效问题。同时，本章也讨论了引力波的预测、探测（如LIGO的里程碑式发现）及其对研究宇宙剧烈事件（如双黑洞并合）的革命性意义。这要求读者对惯性系、非惯性系的概念有清晰的认识，并能初步理解场论的思想。 第三章：宇宙的膨胀与起源——大爆炸模型的现代检验 本章聚焦于宇宙学原理和哈勃定律，解释了宇宙是如何从一个极热、极密的初始状态演化至今。我们详细介绍了宇宙微波背景辐射（CMB）作为大爆炸“余晖”的重要性，以及对CMB各向异性的研究如何揭示了早期宇宙的量子涨落。讨论了暗物质和暗能量的证据链——从星系旋转曲线的异常到宇宙加速膨胀的观测，并探讨了这些神秘成分在宇宙总能量密度中的主导地位，它们对未来宇宙命运的决定性影响。 --- 第二部分：深入微观的探索——量子世界的奇异性 如果说第一部分关注的是尺度的极限，那么第二部分则深入到物质和能量的最基本单元，探索那个充满概率、叠加态和不确定性的量子领域。 第四章：能量的量子化与光子的本质 本章回顾了经典物理在解释黑体辐射和光电效应时的失败，并引入了普朗克的能量量子化假设和爱因斯坦的光子概念。我们详细分析了光电效应的实验数据，说明了光子能量（$E=h u$）与电子功函数之间的精确关系，这是粒子-波二象性在光层面上的直接体现。讨论了康普顿散射实验，进一步确立了光子作为具有动量的粒子的地位。这要求读者对能量守恒和动量概念有深入的理解，并能适应“能量不连续”的概念。 第五章：物质的波性——德布罗意假设与不确定性原理 将波粒二象性推广到物质粒子，德布罗意提出的物质波概念是理解微观世界的基础。本章阐述了电子、质子等粒子如何表现出干涉和衍射现象。随后，我们引入了海森堡不确定性原理，不仅仅是作为实验误差的描述，而是作为自然界固有的基本限制——对一个粒子位置和动量的同时精确测量是不可能的。我们通过对电子在原子核外运动的描述，解释了量子化能级的出现，以及为什么电子不会螺旋式地坠入原子核。 第六章：原子结构与能级跃迁的谱线 以玻尔模型为基础的初步探索之后，本章进入了更精确的量子力学图像。我们探讨了薛定谔方程在描述束缚电子系统（如氢原子）中的应用，重点理解了主量子数、角量子数和磁量子数所定义的电子轨道（或更准确地说是概率云）。对原子光谱（如里德伯公式的更深层解释）的分析，是理解能量离散性的最直接证据。此外，本章还触及了激光技术的基本原理——受激辐射，这是量子力学在现代技术中应用的典范。 第七章：粒子物理学的标准模型初探 本章将视野聚焦于自然界的基本构建块及其相互作用力。我们介绍了夸克（上、下、奇、粲、底、顶）和轻子（电子、缪子、中微子等）的分类，以及它们如何组合成强子（质子和中子）。随后，详细阐述了四种基本力的媒介子（光子、胶子、W/Z玻色子、引力子/引力场），并简要介绍了标准模型如何成功地描述了电磁力、弱核力和强核力。讨论了中微子的三种“味”以及它们之间发生的振荡现象，这是对标准模型可能存在的局限性的有力暗示。 --- 结语：未竟的征途 本书的最终目的，是激发读者对未知领域探索的渴望。我们所揭示的宇宙规律，无论是引力波的涟漪还是夸克的禁闭，都是人类智力所能触及的巅峰。然而，这些成就同时也清晰地指向了未解之谜：量子引力如何统一相对论和量子力学？暗物质的本质究竟是什么？宇宙的最终命运是热寂、大撕裂还是反弹？ 这本书提供的是一套高级的思维工具和广阔的视野，它要求学习者将能量、动量、场、概率等概念进行更高维度的整合和应用，为未来探索更深层次的物理学定律做好充分的思维准备。我们相信，真正的物理之美，在于它揭示了看似复杂万物背后那简洁而深刻的统一性。

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其中收录的例题和习题设计，充满了令人费解的偏执和不切实际的要求。它们似乎是刻意设计出来刁难读者的，而不是为了巩固和检验我们对核心概念的掌握程度。很多题目所设定的情境，完全脱离了现实生活的可能性，充斥着各种不必要的、复杂的干扰信息，比如一个质点被赋予了莫名其妙的周期性外力，或者在某个特定角度下，物体必须满足一个极其苛刻的平衡条件。当你绞尽脑汁，终于解出一个冗长到令人发指的答案后，对照后面的参考答案，你会发现，即便是标准答案本身也充满了令人费解的简写和不清晰的步骤。更气人的是，有些习题甚至前后矛盾，或者干脆就是基于一个错误的物理前提构建起来的。我浪费了无数个晚自习的宝贵时间，试图理清这些“鬼题目”背后的逻辑，最终得出的结论是，出题者可能陷入了某种只有他自己能理解的“解题艺术”中，而我们，只是被迫观赏这场行为艺术的观众。

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这本书的叙事逻辑简直让人抓狂，它仿佛是被随意剪辑的片段集合，而非一个连贯的知识体系。举例来说，在讲解动量守恒定律时，作者似乎默认读者已经完全掌握了前面介绍的能量守恒的复杂变体，直接跳到了一个更高深的、需要结合向量分解的推导，中间的关键桥梁——如何从宏观现象过渡到微积分的初步应用——完全被一带而过。我翻阅了好几遍，试图找到那种循序渐进的引导，但徒劳无功。每次当我以为自己理解了一个章节的脉络时，下一页就会突然出现一个全新的、未曾铺垫的概念，像一块冰冷的巨石砸下来，让人措手不及。这种跳跃式的教学方法，完全忽视了高中生认知发展的规律，它不是在“教”我们，而是在“考”我们是否已经是半个物理学家了。结果就是，我不得不花费大量时间去查阅其他参考资料，甚至上网搜索那些本该在书本中得到解答的基础知识点，这本书的角色，更像是一个昂贵的、效率低下的“目录索引”，而不是知识的源泉。

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这本书简直是物理学习的一场灾难，我怀着无比沉重的心情写下这些文字。首先，从装帧和排版来看，就能感受到一种敷衍了事的态度。纸张的质地粗糙，印刷的油墨总是沾到手上，稍微翻动一下，书页就容易卷边，这对于需要反复查阅和做笔记的教科书来说，无疑是极大的不便。更别提那令人头疼的字体了，大小不一，粗细不均，有时候重要的公式和插图挤在一起，根本无法清晰辨认。我记得有一次为了看懂一个相对复杂的受力分析图，我不得不拿出放大镜，对着那些模糊不清的线条和几乎重叠的标注硬啃了半天，那种挫败感真是难以言喻。它给读者的第一印象，就是一种对学习体验的漠视，仿佛这本书的存在仅仅是为了完成一个任务，而不是真正服务于我们这些渴望理解知识的学子。如果一个载体都无法提供基本的阅读舒适度，那么内容本身的质量就更值得怀疑了，这无疑为接下来的学习之旅蒙上了一层阴影，让人在拿起它的时候就本能地抗拒。

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这本书的插图设计简直是一场视觉上的灾难，它们非但没有起到辅助理解的作用，反而成了阻碍知识吸收的巨大障碍。我必须强调，这里的“插图”并非指缺乏图片，而是指那些被粗暴地塞入文本中的图示。首先，色彩运用极其单调，缺乏必要的对比度，导致关键的矢量箭头和受力方向在背景中几乎融为一体，比如在分析电路中电势差变化时，那些用来区分正负极的细微线条，在灰蒙蒙的背景下显得模糊不清。其次，图注的标注常常出现位置上的混乱，重要的变量符号被其他无关紧要的几何线条所遮挡，让人不得不猜测作者的原意。更糟糕的是，很多示意图为了追求所谓的“简洁”，将复杂的物理模型简化到了失去物理意义的程度，比如一个理想弹簧振动的图像，其周期性曲线看起来更像是随手画的波浪线，完全无法体现出正弦函数的精准形态。我甚至怀疑设计者对物理图形学的美学标准和功能性要求存在严重的误解，这些低质量的视觉材料，无疑是加深了对抽象概念理解的难度。

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语言风格的统一性是这本书一个极其突出的弱点，它读起来就像是多个不同人，在不同心情下，用完全不同的口吻写成的拼凑物。在讲授电磁感应的法拉第定律时，作者的笔触带着一种严谨的、近乎学术论文的冷峻和精确，每一个词都像是经过万次推敲的定理陈述，让人感到敬畏，但也伴随着强烈的疏离感。然而，紧接着在介绍万有引力与卫星运动的章节，语言风格却突然变得极其口语化，充满了“同学们，你们看这里多有趣啊！”之类的劝导性话语，甚至夹杂着一些陈旧的、带有时代感的幽默，读起来让人感觉像是听一位略显唠叨的退休老教师在讲课，风格的突兀转变，使得心绪难以沉淀。这种在“高冷”与“亲民”之间来回摇摆的叙事腔调，严重干扰了阅读的沉浸感，每一次切换，都像是一次强制性的上下文重置，极大地削弱了知识传递的有效性和专业性，让人无法形成一个稳定的学习预期。

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