原子物理与量子力学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 在线阅读 2026

内容简介

为了适应高等院校工科相关专业对原子物理与量子力学知识的需求，并考虑到工科专业学时数的限制，在认真探索了原子物理与量子力学知识和内容上的密切关系后，编者在多年工科教学实践的基础上组织编写了本书。本书共分11章，描述了近代物理中的主要实验事实，从经典物理理论中的矛盾分析人手，逐步引入量子力学的概念并阐述量子力学理论，注重哲学思想、逻辑方法和应用能力的培养。编写时，充分考虑了工科教学的特点和要求，力求结构层次分明，内容讲解清晰，知识体系完整，并在各章节中安排了一些典型的例题和习题。
本书可作为材料科学与工程专业、核工程与核技术专业、应用物理专业等各相关工科专业的本科生教材，也可作为物理专业或其他相关专业的教学参考用书。

目录

第1章 绪论
1.1 19世纪末经典物理的回顾
1.1.1 经典力学理论
1.1.2 热力学与统计物理理论
1.1.3 光学与电磁学理论
1.2 经典物理面临的主要困难
1.2.1 黑体辐射
1.2.2 固体比热
1.2.3 氢原子的线状光谱
1.2.4 原子的核式结构模型
小结
习题
第2章 玻尔的旧量子论
2.1 玻尔的氢原子理论
2.1.1 氢原子中的电子运动
2.1.2 经典理论的困难
2.1.3 玻尔的氢原子理论概述
2.1.4 对应原理
2.2 玻尔理论的光谱实验验证
2.2.1 氢原子光谱
2.2.2 类氢离子光谱
2.2.3 肯定氘的存在
2.3 夫兰克一赫兹实验与原子能级量子化的进一步证明
2.3.1 实验原理与装置
2.3.2 实验结果的解释
2.4 玻尔模型的推广
2.4.1 电子椭圆轨道的量子化
2.4.2 相对论效应修正
2.4.3 碱金属原子的光谱
2.4.4 原子实极化和轨道贯穿
小结
习题
第3章 薛定谔方程的建立
3.1 波粒二象性
3.1.1 光的波粒二象性
3.1.2 物质的波粒二象性
3.2 波函数与态的叠加原理
3.2.1 波函数及其统计解释
3.2.2 态的叠加原理
3.3 薛定谔方程的建立及其性质
3.3.1 自由粒子薛定谔方程的建立
3.3.2 推广的薛定谔方程及其性质
3.3.3 能量本征方程和本征态
3.4 一维定态薛定谔方程
3.4.1 一维无限深势阱
3.4.2 势垒的贯穿——量子隧道效应
3.4.3 一维谐振子
小结
习题
第4章 力学量用厄米算符表达
4.1 算符及其运算规则
4.2 量子力学中的力学量用厄米算符表达
4.2.1 量子力学中的力学量与厄米算符的关系
4.2.2 厄米算符的本征值与本征函数
4.2.3 简并态问题
4.3 不确定度关系
……
第5章 力学量随时间的深化与对称性
第6章 中心力场
第7章 电磁场中粒子的运动
第8章 矩阵力学简介
第9章 常用的近似方法
第10章 电子自旋
第11章 多电子原子
附录
参考文献

前言/序言

现代材料科学：从微观结构到宏观性能 一、 绪论：材料科学的基石与挑战 本著作旨在为读者构建一个全面且深入的现代材料科学知识体系。材料是人类文明进步的物质载体，从远古的石器时代到如今的航天工程，材料的革新始终是推动社会发展的核心动力。本书将材料科学置于一个跨学科的背景下进行探讨，强调其与化学、物理学、工程学及应用科学的紧密联系。 我们将从最基本的材料分类入手，涵盖金属、陶瓷、高分子、复合材料以及新兴的功能性材料。每一类材料的介绍都将追溯其历史发展脉络，并着重分析其在现代工业中的关键应用场景，例如航空航天、生物医学植入、能源存储与转换等。 本书的核心挑战在于，如何清晰地阐述材料的微观结构如何决定其宏观性能。我们将深入探讨晶体学、缺陷工程、以及相变动力学在材料性能塑造中的决定性作用。此外，针对当前全球面临的能源危机和环境挑战，材料的可持续性、循环利用以及新型绿色材料的开发将作为贯穿全书的重要主题。 二、 晶体结构与缺陷工程：材料的“骨架”与“瑕疵” 材料的宏观性能，如强度、韧性、导电性或耐腐蚀性，其根源在于其内部原子排列的规律性——晶体结构。 在第二章中，我们将详细解析晶体学基础。这包括布拉维点阵、晶体结构（如体心立方、面心立方、密堆积结构）的几何描述。我们将运用群论和倒易点阵的概念，解析材料在不同外部应力（如压力、温度梯度）下的衍射行为，这对于X射线衍射（XRD）等结构表征技术至关重要。 紧接着，重点将转向晶体缺陷。理想的晶体结构在现实中并不存在，微小的结构偏差——点缺陷（空位、间隙原子、取代原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、孪晶界）——才是控制材料性能的关键。我们将详细阐述位错理论，分析刃型位错和螺型位错的运动机制，以及它们如何解释金属的塑性变形、加工硬化和蠕变现象。对这些缺陷的精确控制和调控，即“缺陷工程”，是设计具有特定机械性能材料的核心手段。 三、 热力学与动力学：材料的演变规律 材料并非静止的，它们在特定的温度和压力下会发生结构和相位的转变。理解这些转变需要扎实的材料热力学基础。 我们将系统介绍吉布斯自由能、相图绘制（如二元合金相图）及其在材料处理中的应用。例如，如何利用相图指导合金的铸造过程，避免形成有害的脆性相。我们还会探讨扩散理论，分析原子在固态中的迁移机制（如柯肯达尔效应），这直接决定了合金化、渗碳、烧结等热处理过程的速率和最终结果。 动力学部分则关注转变的速率和机制。我们将研究成核与长大理论，理解为什么某些材料在快速冷却时会形成细小晶粒，而在缓慢冷却时会形成粗大结构。从非平衡态热力学角度，探讨快速凝固技术和非晶态材料的形成过程。 四、 机械性能的深入解析：从弹性到断裂 金属和陶瓷的结构完整性依赖于其力学响应。本章将超越教科书上的简单应力-应变曲线，深入探究微观机制。 弹性与粘弹性： 详细讨论胡克定律的适用范围，分析各向异性材料的弹性模量张量。对于高分子材料和生物材料，我们将引入粘弹性模型（如开尔文模型、麦克斯韦模型），阐释时间对材料力学响应的影响。 塑性与加工： 深入研究位错的交滑移、钉扎效应以及孪晶的形成对材料强度的贡献。探讨加工硬化（冷作）的微观机理，以及通过热处理（如再结晶、晶粒长大）来恢复和优化材料性能的工程实践。 断裂力学： 重点分析材料失效的最后阶段。我们将介绍格里菲斯（Griffith）的裂纹扩展理论，随后深入探讨韧性断裂中的能量释放率（G）和应力强度因子（K）。对疲劳断裂的Paris定律进行详尽讨论，分析高周疲劳和低周疲劳的差异及其在结构设计中的应用。 五、 功能材料导论：电、磁、光与热的调控 现代工程的突破往往依赖于功能材料的创新。本章聚焦于材料的非结构性功能。 电子传输材料： 从能带理论出发，区分导体、半导体和绝缘体。在半导体部分，我们将详细分析掺杂的物理化学过程（N型与P型），并介绍PN结的特性及其在电子器件中的基础应用。对于超导材料，讨论BCS理论与高温超导的现象学描述。 磁性材料： 解释铁磁性、反铁磁性和亚铁磁性的微观起源（交换作用与自旋耦合）。介绍硬磁材料（用于永磁体）和软磁材料（用于变压器磁芯）的设计原则，如磁畴的壁运动与钉扎。 光学与压电材料： 探讨光与物质的相互作用，包括吸收、散射和透射。介绍激光材料中的增益介质特性。同时，详细解析压电效应和铁电体的偶极子翻转机制，及其在传感器和执行器中的应用。 六、 表面科学与界面工程 材料的性能往往在表面和界面处被显著改变，这在催化、腐蚀和生物相容性中至关重要。 我们将介绍吸附理论（Langmuir、BET模型），分析分子如何在固体表面进行物理吸附和化学吸附。针对腐蚀问题，我们将从电化学角度剖析氧化还原反应，解释钝化层的形成及其保护机制。 在薄膜技术方面，我们将涵盖物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）等核心制备技术，并分析薄膜的应力、晶格失配如何影响其性能和附着力。界面工程强调通过控制界面性质来优化异质结的性能。 七、 实验表征技术：洞察微观世界的工具箱 没有精确的表征手段，材料科学的研究将无从谈起。本章将全面介绍当前最先进的实验技术。 结构分析： 聚焦于X射线衍射（XRD）在晶相鉴定、晶粒尺寸测定中的应用；透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）在观察微观形貌、位错和晶界方面的细节展示。同步辐射光源的应用将作为前沿补充。 成分与化学态分析： 介绍能量色散X射线谱（EDS）和波长色散X射线谱（WDS）对元素定性定量的能力。深入探讨X射线光电子能谱（XPS）在确定元素化学价态和表面污染方面的关键作用。 性能测试： 讨论动态力学分析（DMA）、原子力显微镜（AFM）下的纳米压痕技术，以及时间飞行谱（TOF-SIMS）在深度剖析材料表面组成方面的优势。 八、 总结与展望 材料科学正处于一个快速发展的阶段，计算材料学（基于密度泛函理论的模拟）的兴起正在加速新材料的发现周期。未来的研究热点将集中在极端环境材料、自修复材料以及具有生物电子学接口的智能材料。本书的终极目标是培养读者运用跨学科知识，解决复杂工程问题的能力，为下一代材料的研发奠定坚实的基础。