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出版者:Birkhäuser Basel

作者:Sylvia Leydecker

出品人:

页数:192

译者:

出版时间:2008-03-11

价格:USD 54.95

装帧:Paperback

isbn号码:9783764379957

丛书系列:

图书标签:

• 纳米材料
• 纳米技术
• 材料科学
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• 材料工程
• 纳米化学
• 物理
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• 工程学
• 科学

深入探索：经典物理学的基石与前沿 图书名称：经典物理学的基石与前沿 内容简介 本书旨在为物理学、工程学、化学等相关领域的学生、研究人员和专业人士提供一个全面而深入的经典物理学知识体系。我们聚焦于十九世纪物理学取得的辉煌成就及其奠定的理论基础，同时追溯这些理论如何为二十世纪及以后的现代物理学（如量子力学和相对论）铺平了道路。本书的叙述风格力求严谨而富有启发性，不仅注重理论的推导和数学的精确性，更强调物理图像的建立和实际应用中的直观理解。 本书结构清晰，分为四个主要部分，共计二十章，涵盖了力学、热力学、电磁学、光学等核心经典物理学分支。 --- 第一部分：宏观世界的运动与平衡——经典力学 本部分从牛顿力学的基本原理出发，逐步深化至更抽象和更具普适性的分析力学框架。 第一章：运动学的精确描述与动力学基础 本章首先回顾了伽利略的相对性原理，并在此基础上系统阐述了牛顿三大定律。我们详细讨论了惯性系和非惯性系中的运动描述，特别关注了在旋转参考系中引入的惯性力（如科里奥利力和离心力）及其在地球物理学中的应用。通过大量实例，我们确保读者能够熟练运用这些基本工具分析平面和空间中的复杂运动。 第二章：功、能与保守系统 能量概念是物理学的核心支柱之一。本章深入探讨了功的概念，定义了动能、势能以及机械能守恒定律。我们着重分析了保守力场中的势能函数构造，并引入了势阱、势垒等概念，这些是理解原子尺度束缚态的基础。 第三章：拉格朗日力学：通往现代物理的桥梁 本书将分析力学视为经典力学的最高成就。本章详细介绍了变分原理、最小作用量原理（哈密顿原理）以及拉格朗日方程的推导。我们运用拉格朗日量处理约束系统，例如多摆、滚珠等复杂机械系统，展示了拉格朗日形式在简化问题求解上的巨大优势。 第四章：哈密顿力学与相空间概念 在拉格朗日力学的基础上，本章引入了正则坐标和正则动量，推导出哈密顿方程。相空间的几何解释是理解动力学轨迹的关键。我们详细分析了泊松括号及其在守恒量识别中的作用，并简要介绍了刘维尔定理，这是统计力学的重要前置知识。 第五章：刚体运动学与动力学 刚体是宏观力学中的重要模型。本章侧重于刚体的描述，包括欧拉角、转动惯量张量和转动定理。我们系统地解决了定点转动和自由转动问题，包括陀螺仪的进动和章动，这些都是工程和空间科学中的基础知识。 --- 第二部分：物质的热力学行为与统计诠释 本部分关注系统的宏观热力学性质，并开始引入微观的统计观点来解释这些宏观现象。 第六章：热现象与热力学第零、第一定律 本章定义了温度、热量、功和内能等基本热力学量。我们详细讨论了热平衡的概念，并推导和应用了热力学第一定律，分析了各种过程（等温、绝热、等容、等压）下的能量传递。 第七章：熵与热力学第二定律 熵是理解不可逆过程的关键。本章从卡诺循环和热机效率出发，严格推导了热力学第二定律的各种表述（克劳修斯不等式、开尔文表述）。我们探讨了熵在隔离系统中的最大化趋势，并引入了热力学第三定律。 第八章：热力学关系式与相变 本章致力于推导和应用麦克斯韦关系式，这些关系式使得我们可以通过可测量量来推导其他热力学术量。我们深入分析了一级和二级相变，并讲解了吉布斯自由能、亥姆霍兹自由能等热力学势在化学平衡和相图分析中的应用。 第九章：理想气体的统计力学基础 本章首次将微观分子运动与宏观热力学联系起来。我们推导了理想气体的压强和温度的统计诠释，引入了分子速率分布（麦克斯韦分布），并计算了平均动能和方均根速率。 第十章：玻尔兹曼分布与配分函数 本章是统计力学的核心。我们介绍正则系综，推导出玻尔兹曼分布，并阐述了配分函数在计算系统热力学量的核心作用。通过实例（如双能级系统），展示了如何从微观分布导出宏观热容量等性质。 --- 第三部分：电荷的规律与场的统一——经典电磁学 本部分系统地梳理了从库仑定律到麦克斯韦方程组的全部经典电磁学内容，展示了电与磁的深刻统一。 第十一章：静电学：场、势与高斯定律 本章从库仑定律出发，定义了电场强度。我们详细讲解了电场的叠加原理，并重点阐述了高斯定律在求解高对称性电荷分布电场问题中的高效性。静电场的势能、等势面和电势的计算是本章的重点。 第十二章：静磁学：电流、磁场与安培定律 本章引入了稳恒电流的概念，并使用毕奥-萨伐尔定律和安培环路定律来计算不同电流分布产生的磁场。磁矢量势的概念也被引入，为后续的电磁感应分析打下基础。 第十三章：电磁感应与法拉第定律 法拉第电磁感应定律揭示了变化的磁场如何产生电场。我们详细讨论了动生电动势和感生电动势，并通过对磁通量的分析，建立了感应电流与电磁场变化的定量关系。 第十四章：麦克斯韦方程组的完整性 本章是电磁学的高潮。我们讨论了位移电流的必要性，并在此基础上完整地写出了四个麦克斯韦方程组（微分形式和积分形式）。通过对这些方程的分析，我们展示了电场、磁场如何相互激发，构成电磁波。 第十五章：电磁波的传播与性质 基于麦克斯韦方程组，本章推导了自由空间和介质中的电磁波方程。我们分析了平面波的特性，包括坡印廷矢量（能流密度）、波阻抗以及横波的性质。 第十六章：电磁场的边界条件与导体 本章关注电磁场在不同介质界面上的行为。我们推导了电场和磁场在理想导体、电介质界面上的六组边界条件，并讨论了静电场中导体内部电荷的重新分布。 --- 第四部分：光与场的相互作用——波动光学与场论 最后一部分将经典电磁学的成果应用于光现象，并对整个经典物理学的框架进行提升。 第十七章：几何光学与成像理论 本章从费马原理出发，建立了光的传播规律。我们详细讨论了光的反射和折射定律，并运用几何光学方法，系统分析了透镜和反射镜的成像过程，包括矩阵方法和像差的初步概念。 第十八章：物理光学：干涉与衍射 本章处理光的波动性。我们详细分析了光的叠加原理，通过杨氏双缝干涉实验阐述了相干性的概念。随后，我们转向夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射，讨论了单缝、圆孔衍射的定量分析及其在仪器分辨率中的意义。 第十九章：偏振态与光的散射 本章研究光的横波特性。我们分类讨论了线偏振光、圆偏振光和椭圆偏振光，并介绍了偏振片的分析方法。斯托克斯参量和琼斯矩阵被引入用于更精细的偏振态描述。此外，瑞利散射和汤姆孙散射的经典解释也被纳入讨论范围。 第二十章：经典场论的几何化与回顾 本章对前述所有内容进行系统性总结，从更抽象的角度审视经典物理学。我们简要介绍了拉格朗日场论的基本形式，并探讨了诺特定理的初步思想——即对称性与守恒量的深刻联系，这为读者过渡到更现代的理论提供了坚实的思维框架。 --- 本书的每一章都配有大量的习题，旨在巩固读者的理论理解和计算能力。通过对经典物理学各个分支的全面覆盖和深入剖析，《经典物理学的基石与前沿》将成为物理学学习者掌握严谨科学思维、迎接现代物理挑战的宝贵参考书。

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这本书的叙述风格非常“务实”，少有华丽的辞藻，却充满了技术细节的精准描述。它更像是一本详尽的实验手册和理论指南的结合体，而不是一本故事书。我最欣赏它在介绍不同制备技术时的那种冷静、客观的分析态度。比如，在描述溶胶-凝胶法时，它不仅列出了反应方程式，还细致分析了醇解速率、缩聚程度、水解条件对最终产物形貌（是凝胶、粉末还是薄膜）的决定性影响，甚至用到了颗粒生长模型的拟合参数。这种对工艺参数的敏感度，是许多教材所忽略的。每当我在自己的实验中遇到表征结果不如预期的情况时，翻阅这本书中的相关章节，总能从中找到关于如何优化前驱体配比或退火温度的细微提示，仿佛是经验丰富的老教授在耳边提醒。这种强调“可重复性”和“可控性”的写作基调，对于培养严谨的科研工作者至关重要，它让我们明白，在纳米尺度上，每一个微小的操作都可能导致宏观性能的巨大差异。

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我发现这本书的独特魅力在于它对前沿交叉领域的敏锐捕捉和前瞻性布局。它没有将自己局限于传统的无机或有机纳米材料，而是花了大篇幅讨论了生物相容性纳米探针的设计原则以及如何利用仿生学原理来优化纳米载体的靶向输送效率。特别是关于“智能响应”材料的部分，作者探讨了pH敏感、温度敏感以及光响应型纳米结构如何实现药物的“按需释放”，这在实际医疗应用中具有巨大的指导意义。我特别喜欢它收录了大量近五年的文献引用，这使得全书内容紧跟科技脉搏，避免了“经典但过时”的尴尬处境。阅读过程中，我甚至感觉自己不仅仅是在学习材料本身，更是在学习一种跨学科的思维模式——如何将物理、化学、生物学乃至信息学巧妙地融合在一个微观尺度的问题中。对于那些希望将纳米技术应用于生物医学或环境工程领域的读者来说，这本书无疑是一份极具启发性的地图，它指引了未来科研的多个重要方向。

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从阅读体验的角度来看，这本书的专业性是毋庸置疑的，但真正让我愿意为之点赞的是其丰富且高质量的图表资料。很多复杂的晶体结构、能带图以及TEM/SEM的微观图像，都经过了精心的处理和标注，清晰度极高，即便是打印成A4大小进行细节比对也毫无压力。例如，书中对比了两种不同掺杂剂对量子点发光效率的影响时，所用的四张能级图排列得井井有条，对比度鲜明，让人一眼就能看出能量跃迁路径的差异。此外，作者在每章末尾设置的“思考与拓展”部分，也极具价值。它们通常是一些开放性的问题，引导读者去思考现有技术的局限性和未来可能的改进方向，而不是简单地复述书本知识。这些问题常常需要读者综合运用前几章学到的知识去回答，极大地锻炼了分析和综合能力。对于那些希望将此书作为自学教材的人来说，这些思考题无疑是检验学习成果、深化理解的最佳工具，它确保了知识的内化，而不是停留在表面的记忆层面。

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这本书的内容深度和广度着实令人咋舌，它绝非市面上那些泛泛而谈的科普读物可比拟。我印象最深的是关于表面等离子体共振（SPR）的那几章，作者没有满足于仅仅描述现象，而是深入挖掘了其背后的电磁场理论和介观效应，甚至追踪到了不同形貌纳米粒子对谱线宽化和局域场增强的微妙影响。在我看来，这本书的价值在于它构建了一个从原子尺度到宏观器件应用的完整链条。很多地方的深入讨论，即使是研究生级别的研讨会也未必能触及如此细致的层面。例如，在讲解碳纳米管的合成控制时，作者细致对比了CVD和电弧放电法的优劣，并引入了催化剂纳米颗粒尺寸对管径分布的统计学分析，这种严谨的态度令人钦佩。不过，我也必须承认，对于背景知识储备不足的读者来说，某些章节的数学推导会显得比较陡峭，需要反复阅读和对照其他基础物理教材才能完全消化。但这恰恰证明了它面向的是严肃的科研工作者和高阶学生，它提供的不是答案，而是通往更深层次理解的阶梯。

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这本书的装帧设计简直是艺术品，硬壳封面采用了哑光处理，手感温润细腻，配合烫金的书名，在灯光下低调地散发着专业的光泽。拿到手里就能感受到分量，这绝不是那种轻飘飘的速成读物，而是沉甸甸的知识结晶。我尤其欣赏它内页的排版，字体选择非常考究，既保证了阅读的舒适度，又在关键图表和公式旁留有足够的注释空间。虽然我不是纳米材料领域的专业研究人员，但作为一名材料学方向的本科生，很多教材上的概念晦涩难懂，而这本书在基础概念的引入上却做得极为平易近人。比如，它在解释量子限制效应时，引入了非常生动的类比，让我这个初学者也能迅速抓住核心。更让我惊喜的是，它对实验方法的描述也十分详尽，每一个关键步骤的注意事项都被标注得清清楚楚，仿佛作者正站在我身边手把手指导一般。这本书的结构逻辑性极强，章节之间的过渡自然流畅，读起来丝毫没有跳跃感，这对于构建一个完整的知识体系至关重要。总而言之，从视觉到触觉，再到知识的承载力，这本书都展现出了极高的水准，让人愿意花时间沉浸其中，细细品味每一个细节。

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