原子物理與量子力學 下載 mobi epub pdf 電子書 在線閱讀 2026

內容簡介

為瞭適應高等院校工科相關專業對原子物理與量子力學知識的需求，並考慮到工科專業學時數的限製，在認真探索瞭原子物理與量子力學知識和內容上的密切關係後，編者在多年工科教學實踐的基礎上組織編寫瞭本書。本書共分11章，描述瞭近代物理中的主要實驗事實，從經典物理理論中的矛盾分析人手，逐步引入量子力學的概念並闡述量子力學理論，注重哲學思想、邏輯方法和應用能力的培養。編寫時，充分考慮瞭工科教學的特點和要求，力求結構層次分明，內容講解清晰，知識體係完整，並在各章節中安排瞭一些典型的例題和習題。
本書可作為材料科學與工程專業、核工程與核技術專業、應用物理專業等各相關工科專業的本科生教材，也可作為物理專業或其他相關專業的教學參考用書。

目錄

第1章 緒論
1.1 19世紀末經典物理的迴顧
1.1.1 經典力學理論
1.1.2 熱力學與統計物理理論
1.1.3 光學與電磁學理論
1.2 經典物理麵臨的主要睏難
1.2.1 黑體輻射
1.2.2 固體比熱
1.2.3 氫原子的綫狀光譜
1.2.4 原子的核式結構模型
小結
習題
第2章 玻爾的舊量子論
2.1 玻爾的氫原子理論
2.1.1 氫原子中的電子運動
2.1.2 經典理論的睏難
2.1.3 玻爾的氫原子理論概述
2.1.4 對應原理
2.2 玻爾理論的光譜實驗驗證
2.2.1 氫原子光譜
2.2.2 類氫離子光譜
2.2.3 肯定氘的存在
2.3 夫蘭剋一赫茲實驗與原子能級量子化的進一步證明
2.3.1 實驗原理與裝置
2.3.2 實驗結果的解釋
2.4 玻爾模型的推廣
2.4.1 電子橢圓軌道的量子化
2.4.2 相對論效應修正
2.4.3 堿金屬原子的光譜
2.4.4 原子實極化和軌道貫穿
小結
習題
第3章 薛定諤方程的建立
3.1 波粒二象性
3.1.1 光的波粒二象性
3.1.2 物質的波粒二象性
3.2 波函數與態的疊加原理
3.2.1 波函數及其統計解釋
3.2.2 態的疊加原理
3.3 薛定諤方程的建立及其性質
3.3.1 自由粒子薛定諤方程的建立
3.3.2 推廣的薛定諤方程及其性質
3.3.3 能量本徵方程和本徵態
3.4 一維定態薛定諤方程
3.4.1 一維無限深勢阱
3.4.2 勢壘的貫穿——量子隧道效應
3.4.3 一維諧振子
小結
習題
第4章 力學量用厄米算符錶達
4.1 算符及其運算規則
4.2 量子力學中的力學量用厄米算符錶達
4.2.1 量子力學中的力學量與厄米算符的關係
4.2.2 厄米算符的本徵值與本徵函數
4.2.3 簡並態問題
4.3 不確定度關係
……
第5章 力學量隨時間的深化與對稱性
第6章 中心力場
第7章 電磁場中粒子的運動
第8章 矩陣力學簡介
第9章 常用的近似方法
第10章 電子自鏇
第11章 多電子原子
附錄
參考文獻

前言/序言

現代材料科學：從微觀結構到宏觀性能 一、 緒論：材料科學的基石與挑戰 本著作旨在為讀者構建一個全麵且深入的現代材料科學知識體係。材料是人類文明進步的物質載體，從遠古的石器時代到如今的航天工程，材料的革新始終是推動社會發展的核心動力。本書將材料科學置於一個跨學科的背景下進行探討，強調其與化學、物理學、工程學及應用科學的緊密聯係。 我們將從最基本的材料分類入手，涵蓋金屬、陶瓷、高分子、復閤材料以及新興的功能性材料。每一類材料的介紹都將追溯其曆史發展脈絡，並著重分析其在現代工業中的關鍵應用場景，例如航空航天、生物醫學植入、能源存儲與轉換等。 本書的核心挑戰在於，如何清晰地闡述材料的微觀結構如何決定其宏觀性能。我們將深入探討晶體學、缺陷工程、以及相變動力學在材料性能塑造中的決定性作用。此外，針對當前全球麵臨的能源危機和環境挑戰，材料的可持續性、循環利用以及新型綠色材料的開發將作為貫穿全書的重要主題。 二、 晶體結構與缺陷工程：材料的“骨架”與“瑕疵” 材料的宏觀性能，如強度、韌性、導電性或耐腐蝕性，其根源在於其內部原子排列的規律性——晶體結構。 在第二章中，我們將詳細解析晶體學基礎。這包括布拉維點陣、晶體結構（如體心立方、麵心立方、密堆積結構）的幾何描述。我們將運用群論和倒易點陣的概念，解析材料在不同外部應力（如壓力、溫度梯度）下的衍射行為，這對於X射綫衍射（XRD）等結構錶徵技術至關重要。 緊接著，重點將轉嚮晶體缺陷。理想的晶體結構在現實中並不存在，微小的結構偏差——點缺陷（空位、間隙原子、取代原子）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界、孿晶界）——纔是控製材料性能的關鍵。我們將詳細闡述位錯理論，分析刃型位錯和螺型位錯的運動機製，以及它們如何解釋金屬的塑性變形、加工硬化和蠕變現象。對這些缺陷的精確控製和調控，即“缺陷工程”，是設計具有特定機械性能材料的核心手段。 三、 熱力學與動力學：材料的演變規律 材料並非靜止的，它們在特定的溫度和壓力下會發生結構和相位的轉變。理解這些轉變需要紮實的材料熱力學基礎。 我們將係統介紹吉布斯自由能、相圖繪製（如二元閤金相圖）及其在材料處理中的應用。例如，如何利用相圖指導閤金的鑄造過程，避免形成有害的脆性相。我們還會探討擴散理論，分析原子在固態中的遷移機製（如柯肯達爾效應），這直接決定瞭閤金化、滲碳、燒結等熱處理過程的速率和最終結果。 動力學部分則關注轉變的速率和機製。我們將研究成核與長大理論，理解為什麼某些材料在快速冷卻時會形成細小晶粒，而在緩慢冷卻時會形成粗大結構。從非平衡態熱力學角度，探討快速凝固技術和非晶態材料的形成過程。 四、 機械性能的深入解析：從彈性到斷裂 金屬和陶瓷的結構完整性依賴於其力學響應。本章將超越教科書上的簡單應力-應變麯綫，深入探究微觀機製。 彈性與粘彈性： 詳細討論鬍剋定律的適用範圍，分析各嚮異性材料的彈性模量張量。對於高分子材料和生物材料，我們將引入粘彈性模型（如開爾文模型、麥剋斯韋模型），闡釋時間對材料力學響應的影響。 塑性與加工： 深入研究位錯的交滑移、釘紮效應以及孿晶的形成對材料強度的貢獻。探討加工硬化（冷作）的微觀機理，以及通過熱處理（如再結晶、晶粒長大）來恢復和優化材料性能的工程實踐。 斷裂力學： 重點分析材料失效的最後階段。我們將介紹格裏菲斯（Griffith）的裂紋擴展理論，隨後深入探討韌性斷裂中的能量釋放率（G）和應力強度因子（K）。對疲勞斷裂的Paris定律進行詳盡討論，分析高周疲勞和低周疲勞的差異及其在結構設計中的應用。 五、 功能材料導論：電、磁、光與熱的調控 現代工程的突破往往依賴於功能材料的創新。本章聚焦於材料的非結構性功能。 電子傳輸材料： 從能帶理論齣發，區分導體、半導體和絕緣體。在半導體部分，我們將詳細分析摻雜的物理化學過程（N型與P型），並介紹PN結的特性及其在電子器件中的基礎應用。對於超導材料，討論BCS理論與高溫超導的現象學描述。 磁性材料： 解釋鐵磁性、反鐵磁性和亞鐵磁性的微觀起源（交換作用與自鏇耦閤）。介紹硬磁材料（用於永磁體）和軟磁材料（用於變壓器磁芯）的設計原則，如磁疇的壁運動與釘紮。 光學與壓電材料： 探討光與物質的相互作用，包括吸收、散射和透射。介紹激光材料中的增益介質特性。同時，詳細解析壓電效應和鐵電體的偶極子翻轉機製，及其在傳感器和執行器中的應用。 六、 錶麵科學與界麵工程 材料的性能往往在錶麵和界麵處被顯著改變，這在催化、腐蝕和生物相容性中至關重要。 我們將介紹吸附理論（Langmuir、BET模型），分析分子如何在固體錶麵進行物理吸附和化學吸附。針對腐蝕問題，我們將從電化學角度剖析氧化還原反應，解釋鈍化層的形成及其保護機製。 在薄膜技術方麵，我們將涵蓋物理氣相沉積（PVD）和化學氣相沉積（CVD）等核心製備技術，並分析薄膜的應力、晶格失配如何影響其性能和附著力。界麵工程強調通過控製界麵性質來優化異質結的性能。 七、 實驗錶徵技術：洞察微觀世界的工具箱 沒有精確的錶徵手段，材料科學的研究將無從談起。本章將全麵介紹當前最先進的實驗技術。 結構分析： 聚焦於X射綫衍射（XRD）在晶相鑒定、晶粒尺寸測定中的應用；透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）在觀察微觀形貌、位錯和晶界方麵的細節展示。同步輻射光源的應用將作為前沿補充。 成分與化學態分析： 介紹能量色散X射綫譜（EDS）和波長色散X射綫譜（WDS）對元素定性定量的能力。深入探討X射綫光電子能譜（XPS）在確定元素化學價態和錶麵汙染方麵的關鍵作用。 性能測試： 討論動態力學分析（DMA）、原子力顯微鏡（AFM）下的納米壓痕技術，以及時間飛行譜（TOF-SIMS）在深度剖析材料錶麵組成方麵的優勢。 八、 總結與展望 材料科學正處於一個快速發展的階段，計算材料學（基於密度泛函理論的模擬）的興起正在加速新材料的發現周期。未來的研究熱點將集中在極端環境材料、自修復材料以及具有生物電子學接口的智能材料。本書的終極目標是培養讀者運用跨學科知識，解決復雜工程問題的能力，為下一代材料的研發奠定堅實的基礎。