量子化学和量子物理题解 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:北京人民教育出版社

作者:C.S.约翰逊

出品人:

页数:320

译者:肖鹤鸣

出版时间:1981

价格:2.25

装帧:平装

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现代材料科学导论 第一章：材料的结构与性能基础 本章旨在为读者构建一个理解材料世界的基本框架，从原子尺度深入到宏观性能的展现。我们将探讨晶体结构对材料力学性能的决定性影响。首先，我们会详细剖析晶格的概念，介绍布拉维点阵的分类及其在常见金属和陶瓷中的实例。重点将放在晶体缺陷理论上，包括点缺陷（如空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错的类型：刃型、螺型及其复合）、面缺陷（晶界、孪晶界）。通过深入分析位错的运动和交互作用，我们将解释金属塑性变形的微观机制，并引入对加工硬化和再结晶过程的初步认识。 随后，我们将转向非晶态和准晶材料。对于玻璃态物质，讨论其结构上的短程有序和长程无序特性，以及玻璃化转变温度（$T_g$）对材料粘弹行为的意义。准晶的奇异对称性及其在热力学稳定性方面的争议，也将作为本章的拓展内容呈现。 在电学性质方面，本章概述了固体中电子的能带理论。从狄拉克-本生法构建的自由电子模型出发，过渡到周期性晶格势场下的薛定谔方程的周期性边界条件解。详细阐述能带结构的形成，区分导体、半导体和绝缘体的导电性差异，并引入有效质量的概念来描述电子在能带中的运动。对于离子晶体，则需要引入晶格振动理论，讨论德拜模型和布洛赫模型，以解释热容和热导率的物理本质。 第二章：热力学与相变动力学 本章聚焦于材料科学的核心——相图的构建与应用，以及驱动材料转变的能量学原理。首先回顾经典热力学定律在材料系统中的应用，重点讲解吉布斯自由能（$G$）在确定平衡相中的核心地位。我们将推导相平衡条件（化学势相等），并利用热力学数据构建单组元和双组元相图（如Fe-C相图的简化）。相图的解读将贯穿本章，包括非平衡相（如过饱和固溶体）的存在条件。 相变过程的动力学研究是本章的另一核心。我们将引入形核理论，区分均匀形核和异相形核的临界半径和过冷度要求。随后，详细讨论生长机制，特别是扩散控制的生长模型，如勃朗运动模型。对扩散现象的深入探究包括菲克第一定律和第二定律的推导，并结合扩散激活能和预指数因子，解释温度对扩散速率的指数依赖性（阿伦尼乌斯关系）。 此外，本章还将覆盖固态反应动力学，如氧化还原反应和固态扩散连接的界面反应。利用Avrami方程分析非晶态材料的结晶动力学，探讨影响结晶速率的微观因素。 第三章：金属材料的力学行为与工程应用 本章将理论力学与材料科学相结合，深入分析金属在外力作用下的响应。我们将从应力-应变关系出发，定义杨氏模量、剪切模量和泊松比，并区分弹性变形和塑性变形的本构关系。 塑性变形的机制在本章中得到强化。除了第一章介绍的位错运动外，本章将详细分析加工硬化机制，如位错塞积（Pile-up）和位错网络的形成。我们将引入关于屈服准则的讨论，如冯·米塞斯准则，用于预测多轴应力状态下的屈服点。 疲劳和蠕变是工程应用中至关重要的失效机制。关于疲劳，我们将讨论S-N曲线的构建，低周疲劳（LCF）和高周疲劳（HCF）的差异，以及疲劳裂纹的萌生、扩展和断裂机制。我们将利用帕里斯-厄门（Paris-Erdogan）定律描述裂纹的稳定扩展速率，并讨论断裂韧度（$K_{IC}$）作为材料抗裂纹扩展能力的量化指标。蠕变行为则从高温下扩散和位错攀移（Climb）机制出发，分析稳态蠕变速率，并与阿伦尼乌斯关系联系起来。 本章的最后部分将涉及金属材料的强化方法，包括固溶强化、晶粒细化强化（Hall-Petch关系）、第二相粒子强化（Orowan强化）和位错缠结强化。 第四章：陶瓷与复合材料 本章探讨结构与功能陶瓷的独特性能，以及复合材料在克服单一材料局限性方面的优势。 陶瓷材料因其高硬度、高熔点和优异的化学稳定性而备受关注。我们将从离子键和共价键的特性出发，解释陶瓷的脆性本质——高杨氏模量下的低断裂韧性。重点分析陶瓷的断裂机制，包括室温下的脆性断裂和高温下的韧性增强机制（如裂纹偏转、桥接）。陶瓷的烧结过程是制备的关键，本章将详细讨论液相烧结和固相烧结中的物质迁移和孔隙去除动力学。 功能陶瓷，如压电材料和铁电材料，其性能根植于其特定的晶体对称性和电畴结构。我们将解释巴里相（Barium Titanate, $ ext{BaTiO}_3$）的结构相变如何导致其压电效应。 复合材料部分，我们将重点分析纤维增强复合材料（FRC）和层状复合材料的性能预测。引入“混合律”（Rule of Mixtures）来估算沿纤维方向和垂直于纤维方向的模量，并讨论界面结合对整体性能的决定性作用。对于层状结构，探讨层间剪切应力和分层风险。 第五章：聚合物科学基础 本章系统介绍聚合物的结构、构象、粘弹性以及加工特性。 聚合物的化学结构，从单体到高分子链的形成（加成聚合、缩聚），将是本章的起点。我们将分析高分子链的构象统计力学，包括随机游走模型、高斯链模型，并引入特征长度如均方末端距$langle R^2 angle$。链的缠绕（Entanglement）是影响聚合物流变学性能的关键因素。 聚合物的热行为非常复杂，本章将详细区分玻璃化转变（$T_g$）和熔点（$T_m$）。利用迪勒（Dill）方程和维特尔（WLF）方程，解释温度对聚合物粘弹性的影响，并将聚合物的力学行为模型化为粘滞体（Dashpot）和胡克体（Spring）的串并联组合（如Voigt模型和Maxwell模型）。 最后，探讨聚合物的结构-性能关系，包括结晶度对拉伸强度和模量的影响，以及交联（硫化）对材料从粘流态向弹性体的转变作用。

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作为一名理工科学生，我深知“读万卷书不如行万里路”，在物理学习中，这个“行”自然就是指解题实践。我手边放着好几本不同版本的参考书，但真正能让我反复拿出来翻阅的，只有这一本。它的排版设计非常人性化，公式居中，关键步骤加粗，使得长时间阅读眼睛也不易疲劳。最让我感到惊喜的是，它对一些“陷阱”题的处理方式。很多题目故意设置了容易混淆的概念点或者需要巧妙代换的数学技巧，以往我总是踩坑后才恍然大悟。而这本书则像一位经验丰富的导师，提前预警了这些潜在的困难，并详细解释了为什么其他方法行不通。这种前瞻性的指导，极大地提升了我的应试能力和对物理本质的理解深度。如果说基础教材是骨架，那么这本书就是充盈其间的血肉，让整个知识体系变得鲜活且富有弹性，能够应对各种刁钻的考题。

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这本书简直是物理学习者的福音！我刚开始接触量子力学时，感觉就像在迷雾中摸索，那些抽象的概念和复杂的数学公式实在让人望而生畏。很多教材读起来就像天书，讲师的讲解也常常让人抓不住重点。但是，当我翻开这本题解时，我立刻感受到了它的不同。它不是那种高高在上的理论说教，而是脚踏实地地带你一步步攻克难题。每一次习题的解析都极其详尽，不仅仅给出了最终答案，更重要的是解释了推导过程中的每一个逻辑跳跃点。那种豁然开朗的感觉，真是无法用言语形容。尤其是一些涉及薛定谔方程求解的经典习题，以往我总是卡在积分或者边界条件处理上，但这里的解答思路清晰得令人发指，仿佛作者就在我身边手把手地教我。对于那些渴望通过实战训练来巩固理论基础的自学者来说，这本书的价值无可估量。它有效地弥补了课堂教学中因时间限制而无法深入剖析的细节，真正做到了“授人以渔”。我强烈推荐给所有正在为量子力学苦恼的朋友们。

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我一直认为，衡量一本物理习题集质量高低的关键，在于它是否能教会你如何“思考”物理问题，而不是如何“套用”公式。幸运的是，这本题解在这方面做得堪称典范。它在解析过程中，常常会穿插一些关于物理图像构建的讨论。比如，在处理散射理论的相关问题时，书中不仅展示了如何计算截面，还详细描绘了波包的演化过程，帮助读者建立起直观的物理画面感。这对于培养物理直觉至关重要。我发现，当我开始能够想象电子在势场中是如何“运动”时，那些原本晦涩难懂的代数运算也变得有迹可循了。此外，书中对单位制和量纲分析的重视也值得称赞，这常常是粗心大意导致错误的根源，而这本书反复强调了这一点，帮助我养成了严谨的科学态度。它不仅仅是解题的工具，更像是物理思维训练的陪练。

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说实话，我对这种“题解”类的书籍一直抱有保留态度，总觉得它们充其量就是标准答案的堆砌，缺乏对知识体系的系统性梳理。然而，这本关于物理难题解析的书籍彻底颠覆了我的看法。它在处理具体问题时，并没有割裂理论与实践的联系。每一道题的引入，都会先简要回顾相关的物理原理和数学工具，确保读者不会因为遗忘了某个关键公式而掉队。更让我印象深刻的是，它对不同解题方法的探讨。比如，同一个粒子在势阱中的问题，书中会展示矩阵对角化方法和波函数直接求解法的优劣和适用场景，这极大地拓宽了我的思维边界。这种多角度的剖析，远比单纯的步骤演示要深刻得多。我感觉自己不仅仅是在做题，而是在进行一场深入的物理思想辩论。这本书的编排结构也十分合理，难度递增的设计让我在逐步建立信心的同时，也能接触到更前沿、更复杂的应用场景，非常适合作为进阶学习的参考资料。

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从一个资深“刷题党”的角度来看，这本书的选材范围非常全面，覆盖了量子力学和相关物理领域的核心知识点，几乎涵盖了研究生入学考试和高阶课程所需的全部难度区间。它的魅力在于其广度与深度的完美平衡。对于那些基础扎实的读者，可以直奔那些富有挑战性的压轴题去检验自己的能力；而对于需要巩固基础的同学，从前几章那些经典的谐振子或角动量分解题入手，也能迅速找到自信。更值得称赞的是，它对一些前沿或交叉学科的题目也有所涉猎，比如与固体物理或粒子物理初步相关的应用示例，这让学习过程充满了探索的乐趣，让人看到了理论知识在实际研究中的巨大潜力。总而言之，这是一本真正能伴随学习者从入门走向精通的宝贵资源，内容扎实，解析精妙，是案头必备的良师益友。

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