材料物理數理基礎

材料物理數理基礎 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

王疆瑛 等 著
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齣版社: 華東理工大學齣版社
ISBN:9787562848936
版次:1
商品編碼:12143218
包裝:平裝
開本:16開
齣版時間:2017-03-01
用紙:膠版紙
頁數:308
字數:479000

具體描述

編輯推薦

  材料物理數理基礎的內容涉及數學物理方程的解題方法、量子力學基本理論的建立等,基本涵蓋瞭材料類專業所需物理體係基本理論數理基礎的核心方法。本書的特點是突齣物理基本原理和數學方法,可啓迪學生思維,提高學生運用數學方法和基本原理解答習題的能力,也可提高學生解決實際問題的能力。

內容簡介

  《材料物理數理基礎》是作者根據多年授課講義編寫而成。全書共 11 章,第 1 章至第 4 章主要包括數學物 理方程的定解問題、行波法與積分變換法、分離變量法和特殊函數等數學物理方程;第 5 章至 第 9 章主要包括量子力學基本觀念、薛定諤方程和波函數、量子力學中的數學錶示、量子力學 的近似方法、自鏇與全同粒子等量子力學的基本原理;第 10 章與第 11 章主要介紹經典統計力 學基礎、量子統計力學基礎等統計力學的基本原理。  本書可作為高等院校工科類材料專業及相關專業本科教材,也可作為教師參考用書。

目錄

第 1 章 數學物理方程的定解問題
1.1 基本概念 1
1.1.1 偏微分方程的相關概念 1
1.1.2 數學物理方程的一般性問題 2
1.2 數學物理方程的導齣 3
1.2.1 波動方程的導齣 4
1.2.2 輸運方程的導齣 9
1.2.3 穩定場方程:拉普拉斯方程與泊鬆方程 12
1.3 定解條件 13
1.3.1 初始條件 13
1.3.2 邊界條件 14
1.3.3 銜接條件 15
習 題
第 2 章 行波法與積分變換法
2.1 達朗貝爾法(行波法) 19
2.2 反射波 21
2.3 純強迫振動 * 24
2.4 積分變換法———傅裏葉變換法 27
2.4.1 三角函數係的正交性 27
2.4.2 傅裏葉( Fourier )級數 28
2.4.3 傅裏葉( Fourier )變換 30
2.4.4 應用 37
2.5 拉普拉斯變換 38
2.5.1 拉普拉斯變換的概念 38
2.5.2 拉普拉斯變換的存在定理 40
2.5.3 拉普拉斯變換的性質 41
……

前言/序言

  當前一般材料專業的物理知識體係的課程是由數學物理方法、量子力學基礎、統計物理學基礎、固體物理、材料物理性能等課程組成的,以上課程均單獨開設,知識涵蓋麵廣且信息量大,涉及的理論知識比較抽象,學時較多,知識點分散,學生學起來會感覺難度較大。編者根據工科材料類專業中對物理知識體係的需求,針對工科大學生的特點,參閱瞭大量的教材,以“數學物理方法、量子力學、統計物理學”等內容為基礎進行編寫,希望通過對本書的學習能為後續專業課程如固體物理基礎、磁性材料、固體發光基礎等的學習奠定基礎。教材內容涉及數學物理方程的建模、數學物理方程的解題方法、量子力學基本理論的建立、量子力學基本理論的應用以及統計物理基礎等知識,基本上涵蓋瞭材料類專業所需物理體係基本理論數理基礎的核心內容。本教材的特點是突齣物理基本原理和數學方法,啓迪學生科學思維,提高學生運用數學方法和基本原理解答習題的能力,提高解決實際問題的能力。   全書共 11 章,第 1 章到第 4 章主要內容為數學物理方程。主要包括三類典型數學物理方程、定解條件和定解問題等的建立,使讀者瞭解從材料物理、力學以及工程技術問題中抽象齣數學問題,建立數學物理方程的基本方法。還介紹瞭兩種求解無界區域內定解問題的方法:行波法與積分變換法。以及直角坐標係、極坐標係、球坐標係和柱坐標係等典型數學物理方程有界區域的分離變量法。使讀者瞭解復雜的偏微分方程如何簡化為多個單變量的常微分方程,鍛煉讀者分析、運算以及解決問題的能力。第 5 章至第 9 章主要包括量子力學基本概念、薛定諤方程和波函數、量子力學中的數學錶示、量子力學的近似方法、自鏇與全同粒子等量子力學的基本原理,使讀者瞭解量子力學的基本原理及其應用,體會創新思想在科學研究中的重要性和數學物理方程如何應用於解決量子力學問題。第 10 章與第 11 章主要介紹瞭經典統計力學基礎、量子統計力學基礎等統計力學的基本原理,使讀者瞭解如何運用統計方法由體係的微觀狀態推引齣體係的宏觀性質及規律性。本書的附錄提供瞭有關常微分方程和高等數學的常用數學公式,便於讀者學習。   本教材每章後都留有一定量的習題,這些習題是為瞭鞏固每章知識點和檢驗知識掌握程度而設置的。為瞭便於教師的講授和學生自我檢查,本教材給齣瞭習題的最終答案。   受學時的限製,書中帶有 * 號的內容建議選修,對於本教材未涉及的內容,有興趣的讀者可查閱相關的參考書。   限於作者的知識水平,不當之處在所難免,敬請廣大讀者不吝指正。   編者
好的,這是一份關於《材料物理數理基礎》之外的,內容翔實的圖書簡介,聚焦於另一個完全不同的主題,例如《量子場論導論與粒子物理前沿》。 --- 《量子場論導論與粒子物理前沿》 內容提要 本書旨在為物理學、高能物理學以及理論計算領域的研究人員和高年級本科生、研究生提供一個全麵、深入且具有前瞻性的量子場論(QFT)導論。我們力求構建一座堅實的理論橋梁,連接經典的場論框架與現代粒子物理實驗觀測的奇特現象,尤其側重於量子電動力學(QED)、量子色動力學(QCD)的構建,並對超齣標準模型的前沿領域進行必要的探討。 本書的核心目標是使讀者不僅掌握QFT的數學工具和計算技巧,更能深刻理解其背後的物理圖像和哲學意義。我們避免陷入純粹的數學抽象,而是緊密結閤物理直覺和實驗驗證。全書結構嚴謹,由淺入深,覆蓋瞭從經典場論的迴顧到重整化群(RG)的現代應用,確保讀者在完成學習後,能夠獨立閱讀和理解當前高能物理期刊上的專業文獻。 第一部分:經典場論與量子化基礎 第一章:預備知識迴顧與經典場論的構建 本章首先對狹義相對論、群論基礎(洛倫茲群、龐加萊群)進行必要的復習,為後續的場論打下基礎。重點在於拉格朗日力學和哈密頓力學在連續係統中的推廣——即作用量原理在場論中的應用。我們將詳細推導連續介質的歐拉-拉格朗日方程,引入場(Scalar Field, Spinor Field, Vector Field)的概念,並建立描述自由場的拉格朗日密度。對稱性與守恒量之間的深刻聯係,即諾特定理,將被詳盡闡述,並以電磁場為例進行演示。 第二章:初識量子化:正則量子化方法 本章將量子化過程從粒子係統推廣到場係統。我們首先詳細探討正則對易關係在場論中的實現,即如何從經典泊鬆括號過渡到量子對易子。對於無質量標量場,我們將完整推導齣産生(Creation)和湮滅(Annihilation)算符的構造及其代數結構,並定義真空態(Fock Space)。隨後,我們將這種方法推廣到描述費米子(狄拉剋場)和玻色子(嚮量場,如光子)。對費米子量化的關鍵在於理解反交換關係及其與泡利不相容原理的內在聯係。 第三章:路徑積分錶述:現代量子場論的基石 路徑積分(Path Integral Formulation)是現代QFT中最強大、最靈活的工具之一。本章從費曼的啓發式圖像齣發,係統地構建標量場和費米子場的路徑積分。我們將重點展示路徑積分如何自然地生成關聯函數(Correlation Functions)和費曼圖。本章深入探討經典場方程在路徑積分中的體現,並引入源場(Source Field)的概念,這是計算S矩陣展開的起點。 第二部分:相互作用場論與費曼圖技術 第四章:微擾論與費曼圖的係統展開 本章將焦點轉嚮包含相互作用的場論(如$phi^4$理論和QED)。我們將引入相互作用繪景,並利用Dyson級數展開S矩陣的微擾序列。這是費曼圖技術的核心。每一項微擾展開都對應著一個特定的費曼圖。本章將詳細講解如何根據Feynman規則(包括內部綫、頂點因子和外部綫)來計算任意階微分散射截麵和衰變寬度。我們將完整推導QED的費曼規則,這是計算強子對撞機對撞過程的基礎。 第五章:無窮大的齣現與重整化理論 在計算高階修正時,不可避免地會齣現發散積分。本章將係統地分析這些發散的來源——紫外(UV)和紅外(IR)發散。我們將介紹處理這些無窮大的標準方法:正則化(Regularization),重點介紹維度正則化(Dimensional Regularization)。隨後,我們將引入重整化(Renormalization)的物理思想:將不可觀測量(裸量)與可觀測量(重整化量)分離。通過最小減法(MS Scheme)等方案,我們將證明一個理論是否是可重整化的。 第六章:重整化群與有效場論 重整化不僅是一個數學技巧,它揭示瞭物理學對尺度(Scale)的依賴性,這是通過重整化群(Renormalization Group, RG)來描述的。本章將詳細介紹Callan-Symanzik方程和$eta$函數。我們將通過計算QED中電子的有效電荷(跑動電荷)來直觀展示RG的物理意義。本章的後半部分將轉嚮有效場論(EFT)的概念,解釋如何利用RG將不同能量尺度上的物理現象解耦,從而構建齣對特定能標精確描述的理論框架。 第三部分:規範場論與粒子物理標準模型 第七章:規範對稱性與楊-米爾斯理論 本章是通往現代粒子物理的關鍵一步。我們將從第一章的全局對稱性推廣到局域規範對稱性(Local Gauge Symmetry)。詳細闡述引入規範玻色子(Gauge Bosons)的必要性,並完整推導非阿貝爾規範場論——楊-米爾斯理論的拉格朗日密度。我們將展示規範不變性如何自發地限製瞭相互作用的結構,並討論自相互作用(Self-Interaction)的産生。 第八章:自發對稱性破缺與希格斯機製 本章解決瞭一個核心難題:如何讓規範玻色子獲得質量而不破壞規範對稱性。我們將深入探討Goldstone定理及其在對稱性自發破缺(SSB)時的錶現。隨後,我們將引入Goldstone玻色子如何被規範場“吞噬”,從而賦予規範玻色子質量的希格斯機製。我們將構建標準模型中的弱相互作用部分(SU(2) x U(1)),並確定希格斯場的拉格朗日量及其勢能。 第九章:標準模型概述與前沿展望 本章將前麵所有工具整閤起來,構建粒子物理標準模型(SM)。我們將討論誇剋和輕子的質量生成(Yukawa耦閤),規範玻色子的質量矩陣,以及中微子的性質(盡管SM本身難以解釋中微子質量,我們在此指齣其局限性)。最後,我們將討論標準模型的成功之處(如精確的QED和QCD預測)以及其未解決的問題:引力的量子化、暗物質、暗能量、電荷宇稱(CP)破缺的根源等。本章將作為通往超齣標準模型(BSM)物理的引路石,展望超對稱理論、弦論等更宏大的理論圖景。 適用對象 本書適用於已掌握經典力學、電磁學、狹義相對論、高等數學和基礎量子力學的物理專業學生及科研人員。對計算和理論物理有濃厚興趣的工程師和應用數學傢也將從中受益匪淺。 ---

用戶評價

評分

這本厚重的著作,光是翻閱扉頁,就能感受到一股紮實的學術氣息撲麵而來。我最初接觸這類書籍,往往是被那些晦澀難懂的公式和復雜的理論所震懾,心想這大概又是一本隻能束之高閣的“鎮宅之寶”。然而,這本書的敘述方式卻齣乎意料地平易近人。它並沒有一上來就拋齣那些令人望而卻步的抽象概念,而是像一位耐心的老教授,循循善誘地引導讀者進入材料科學的殿堂。從最基礎的晶體結構分析,到深入到電子能帶理論的精妙構建,每一步的推導都力求清晰明瞭。我特彆欣賞作者在引入新概念時,總會輔以大量的實例和類比,這極大地降低瞭理解的門檻。比如,在講解周期性勢場對電子行為的影響時,書中描繪的“海邊打水漂”的比喻,生動形象地解釋瞭布洛赫波的概念,讓我這個初學者茅塞頓開。閱讀過程中,我時常發現自己能跟上作者的思路,甚至能預判下一步的推導方嚮,這是一種非常愉快的學習體驗。它不僅僅是在陳述知識,更是在教授一種思考問題的嚴謹框架,讓我對材料的微觀世界有瞭更深刻的敬畏之心。

評分

這本書的排版和圖示設計,在學術著作中絕對算得上是上乘之作。我非常注重視覺信息的傳遞效率,因為一個糟糕的圖錶常常抵消掉文字闡述的所有努力。這本書在處理高維度的晶體結構和復雜的能帶結構時,所采用的等高綫圖、投影圖以及動態的三維鏇轉示意(雖然是靜態圖像,但設計感極強),都極大地減輕瞭讀者的空間想象負擔。特彆是那些關於電子態密度和費米麵的描繪,層次分明,顔色運用得當,既保持瞭科學的嚴謹性,又兼顧瞭視覺的舒適度。我時常發現,僅僅通過觀察其中幾張關鍵的示意圖,就能對一個復雜的物理概念産生直觀的把握,這比單純閱讀長篇大論的文字描述要高效得多。這種對細節的打磨,體現瞭齣版方對知識傳遞質量的重視,也讓漫長的閱讀過程變成瞭一種享受,而不是枯燥的摺磨。

評分

從結構上來看,這本書的難度麯綫設計得極其平穩,顯示齣作者對教學節奏的深刻把握。它並非簡單地從易到難綫性推進,而是采用瞭一種螺鏇上升的結構。例如,在第一部分介紹完基礎的晶格動力學後,作者會在後續關於介電常數的討論中,不時地“迴溯”並深化對晶格振動模式的運用,而不是將其作為一個孤立的章節處理掉。這種“溫故而知新”的編排方式,使得知識點之間形成瞭一個緊密的網絡,而不是一堆鬆散的碎片。我個人對這種整體構建知識體係的方法非常推崇。它避免瞭初學者在學完一章後,感覺知識點很快就遺忘的通病。每一次“迴望”舊知識點時,都會發現自己對它的理解達到瞭一個新的深度,這極大地增強瞭學習的內驅力。這本書不愧是紮根於深厚教學實踐的結晶,它真正懂得如何引導一個心智去吸收和內化復雜信息。

評分

作為一個已經工作多年的工程師,我的閱讀習慣偏嚮於快速檢索和對比不同理論模型的適用範圍和局限性。我對這本書的評價是:它是一部極佳的“參鑒之作”。它不像某些教材那樣隻側重於單一的、主流的理論體係,而是巧妙地穿插瞭不同學派對同一現象的解釋角度。例如,在討論鐵磁性起源時,書中對比瞭唯象的朗之萬理論和微觀的斯托納模型,並清晰地指齣瞭它們各自在描述臨界溫度附近的失效點。這種包容性和批判性的敘述,極大地拓寬瞭我的視野。很多時候,我們受限於自己最先接觸的理論框架,無法跳齣來審視問題的全貌。這本書就像一麵多棱鏡,讓我從不同的側麵觀察材料物理的復雜性和美感。對於需要進行技術選型或解決疑難雜癥的專業人士來說,這種對理論譜係的全麵梳理,是無價之寶。它不像一本“操作手冊”,更像是一本“理論地圖”,指明瞭各個知識點的相對位置和相互關係。

評分

說實話,我原本對這類偏理論深度的書籍抱持著一種實用主義的期待,希望能找到直接應用於實驗設計或材料製備的“金鑰匙”。這本書雖然在理論基石上打得無比牢固,但它的價值遠不止於此。它的“數理基礎”部分,簡直可以看作是一本精煉的、針對材料物理學應用的數學物理方法手冊。那些關於傅裏葉變換在倒易空間分析中的妙用,以及拉格朗日量在描述晶格振動時的優雅錶達,都展現瞭數學工具在解析物理現象時的強大威力。我曾花費數周時間試圖理解某個特定散射過程的理論模型,睏頓於復雜的積分和近似處理。最終,是這本書中對特定邊界條件下的格林函數解法進行瞭詳盡的剖析,讓我找到瞭突破口。它教會我的不是如何套用公式,而是如何根據物理場景,選擇並構建最閤適的數學模型。這種融會貫通的能力,纔是真正區分“操作工”和“研究者”的關鍵。每當我感覺自己的物理直覺有些模糊時,翻開這書中的某個章節,總能重新校準我的理論坐標係。

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