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特高级教师点拨：高中物理（选修3-2 配人教），ISBN：9787538360615，作者：荣德基 编
探寻物理世界的奥秘：一部面向未来的基础物理学导论 书名： 基础物理学前沿探索与应用案例精选 内容简介： 本书旨在为高中阶段物理学习者构建一个扎实而前沿的物理学知识体系，超越传统教材的局限，深入探讨现代物理学的核心概念、基本原理及其在当代科技中的广泛应用。我们深知，物理学不仅是解决问题的工具，更是理解自然界运行规律的哲学框架。因此，本书力求在严谨的科学基础上，激发读者对未解之谜的好奇心和探索欲。 第一部分：经典物理的再认识与拓展 本部分将对高中阶段已接触的经典力学、电磁学和热学进行一次深度回顾与提升。我们不满足于公式的简单罗列和习题的机械训练，而是着重剖析这些理论背后的思想精髓和适用边界。 第一章：精妙的运动学与动力学 我们将从伽利略和牛顿的思维范式出发，探讨惯性、参考系的选择对物理图像构建的重要性。重点解析了非惯性系下的动力学分析，如科里奥利力和离心力的引入，为理解旋转体系中的复杂运动（如地球上的天气系统或高速旋转机械）打下基础。同时，引入拉格朗日力学的初步概念，以能量（标量）而非力（矢量）来描述系统的演化，展现物理学语言的抽象美和普适性。我们将详细分析复杂振动问题，包括耦合振动系统的简正模式分析，揭示自然界中普遍存在的周期性规律。 第二章：场论的几何化视角 电磁学部分将从麦克斯韦方程组的物理意义入手，强调电场、磁场、位移电流的概念统一性。我们不再将电磁波视为孤立的现象，而是将其置于电磁场传播的动态框架下进行考察。书中会详细阐述电磁场的边界条件在各种实际问题（如导体、介质界面）中的应用，并引入电磁波的坡印廷矢量，量化能量的流动方向和强度。此外，本书会专门辟章讨论相对论性电磁学的预备知识，探讨在高速运动中电场和磁场如何相互转化，为后续的狭义相对论学习做铺垫。 第三章：热力学与统计物理的桥梁 本章旨在弥合宏观热力学与微观统计物理之间的鸿沟。除了对热力学三大定律的严谨推导和应用外，我们将引入玻尔兹曼分布和平均自由程等概念，解释宏观量（如温度、压强）是如何由大量微观粒子无规则运动统计而来的。重点分析相变过程的微观机制，并介绍熵在信息论中的类比意义，展现物理学跨学科的渗透力。 第二部分：现代物理学的核心支柱 现代物理学彻底改变了我们对物质、能量、时间和空间的理解。本部分将侧重于从实验现象出发，引导读者理解量子力学和相对论的革命性突破。 第四章：狭义相对论的时空观 本书不会仅仅停留在洛伦兹变换的计算上，而是深入探讨其背后的相对性原理和光速不变原理。我们将详尽分析时间膨胀和长度收缩对同步测量和运动物体描述的深刻影响。核心内容包括：相对论动量和能量的推导，特别是$E=mc^2$的物理含义和质能等效的实际应用（如核反应）。书中会使用闵可夫斯基时空的图景，帮助读者直观理解四维时空中的世界线概念。 第五章：量子世界的奇异图景 量子力学是理解微观世界的钥匙。我们从黑体辐射和光电效应的历史背景出发，引导读者接受光子的概念。重点讲解德布罗意波和波粒二象性的实验证据，并引入不确定性原理，阐释其作为自然界基本限制的深刻内涵。在数学层面，本书将使用薛定谔方程的定态形式，求解无限深势阱和一维有限深势阱的本征能量和波函数，帮助读者理解量子化能级的物理图像。我们还将简要介绍量子隧穿效应，这是经典物理无法解释的现象。 第六章：原子结构与光谱的奥秘 本章将深入探究原子内部结构。从卢瑟福散射到玻尔模型（作为历史过渡），再到海森堡和薛定谔的成熟理论，清晰展示物理学家如何从宏观观测走向微观描述。重点阐释原子能级的本质、光谱线的产生机制，并介绍角动量量子化和泡利不相容原理，这些是构建元素周期表和理解化学键的基础。 第三部分：前沿领域的展望与交叉应用 本部分将目光投向二十世纪中后期至今的物理学热点，展示物理学如何驱动尖端科技发展。 第七章：核物理与粒子物理的微观探索 详细介绍核力的性质、放射性衰变的统计规律（α, β, γ衰变）及其在考古学、医学上的应用。深入分析核裂变和核聚变的能量来源，探讨其工程实现的可能性与挑战。在粒子物理方面，本书会以标准模型的框架，介绍基本粒子的分类（夸克与轻子）以及基本相互作用力（强、弱、电磁、引力）的媒介子，展望对暗物质和暗能量的探索。 第八章：凝聚态物理与信息技术的基石 凝聚态物理是应用最为广泛的分支之一。我们将聚焦于晶体结构的周期性和布拉维点阵的概念。详细阐述能带理论如何区分导体、半导体和绝缘体，并分析半导体的掺杂原理和PN结的形成，这是所有现代电子设备（如晶体管、集成电路）的物理基础。此外，还将引入超导现象，探讨其宏观量子效应的奇特表现。 第九章：宇宙学与引力学的现代挑战 本章将把视野拓展到宇宙尺度。从哈勃定律回顾宇宙膨胀的观测证据，到大爆炸模型的基本框架。重点讲解广义相对论的引入，阐释引力如何被理解为时空的弯曲。我们将讨论黑洞的形成、视界的概念以及引力波的物理本质和LIGO等探测器的原理，带领读者领略当代物理学最激动人心的研究领域。 总结与学习方法论 本书的最终目标是培养读者物理思维，即一种基于模型、逻辑推理和实验验证的思维模式。书中穿插了大量来自工程、医学、信息技术等领域的真实世界案例分析，展示如何运用物理原理解决实际问题。我们强调概念的精确性、逻辑的严密性以及对未确定性（误差、局限性）的清醒认识。本书适合有志于未来从事理工科研究，或希望对我们生活的物质世界有更深层次理解的求知者。阅读本书，您将完成从“学习物理”到“思考物理”的蜕变。
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