《大學物理:當代物理前沿專題部分(第2版)》由包括諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧、丁肇中、朱棣文在內的十餘名國內外著名物理學家撰寫，通過14個專題向讀者展現當代物理學前沿領域的重大課題、成就和發展。內容高屋建瓴、條理清晰、語言流暢，富有教益。《大學物理:當代物理前沿專題部分(第2版)》可供教師為理工科各專業開設物理專題講座，可供學生作為課外讀物，也可供其他學習過物理學的讀者參考。
基本介紹
- 書名：大學物理:當代物理前沿專題部分
- 出版社：高等教育出版社
- 頁數：408頁
- 開本：16
- 定價：32.90
- 作者：蔡樞 吳銘磊
- 出版日期：2008年1月1日
- 語種：簡體中文
- ISBN：7040144395
- 品牌：高等教育出版社
內容簡介,圖書目錄,文摘,序言,
內容簡介
《大學物理:當代物理前沿專題部分(第2版)》是由高等教育出版社出版的。
圖書目錄
當代物理前沿專題之一 原子能及其和平利用
1.1 原子的碎裂和原子核的發現
1.2 原子核的電荷、質量的測定和原子核的質子、中子模型
1.3 原子能和原子核的結合能
1.4 原子能的可能的釋放模式
1.5 核裂變和原子能
1.6 核聚變和原子能
1.7 一種新的釋放原子能的方式——高能質子的碎裂反應+熱中子堆
1.8 原子能和能源問題
1.9 原子能和中國的能源問題
當代物理前沿專題之二 半導體
2.1 半導體技術和半導體物理的發展
2.1.1 半導體技術的重大發展及套用
2.1.2 半導體物理的發展
2.1.3 我國半導體科學技術的發展
2.2 半導體的基本概念
2.2.1 能帶
2.2.2 雜質態
2.2.3 輸運性質
2.2.4 光學性質
2.2.5 量子阱和超品格
2.3 半導體器件原理
2.3.1 p-n結
2.3.2 半導體電晶體
2.3.3 MOS電晶體
2.3.4 雷射器
2.3.5 光電探測器和太陽電池
2.4 半導體工藝
2.4.1 半導體工藝的特殊性
2.4.2 材料生長
2.4.3 平面工藝
2.4.4 積體電路設計
2.5 半導體科學技術展望
2.5.1 信息革命
2.5.2 更高的集成度
2.5.3 集成光學和集成光電子學
2.5.4 超晶格、量子線和量子點器件
2.5.5 半導體納米器件
2.5.6 分子電子學
當代物理前沿專題之三 雷射技術
3.1 雷射器簡史
3.1.1 相干電磁波譜的擴展
3.1.2 湯斯和肖洛的光激射器理論
3.1.3 梅曼製成世界上第一台雷射器
3.1.4 我國的第一台雷射器
3.1.5 雷射器之名的由來
3.2 雷射器的基本原理
3.2.1 自發輻射與受激輻射
3.2.2 負溫度
3.2.3 雷射器增益
3.2.4 雷射器的結構
3.2.5 雷射器的振盪條件
3.2.6 模和雷射振盪模
3.2.7 調Q和Q開關
3.2.8 鎖模
3.2.9 雷射器件
3.3 雷射技術套用
3.3.1 雷射的特性
3.3.2 雷射精密計量
3.3.3 雷射信息處理
3.3.4 雷射加工
3.3.5 雷射能源
3.3.6 雷射醫學
3.3.7 雷射技術改造農作物
3.3.8 雷射武器
3.3.9 雷射與基礎科學
3.4 雷射技術的發展
3.4.1 建立雷射產業
3.4.2 發展短波長和長波長雷射技術
3.4.3 發展新型雷射器
當代物理前沿專題之四 超導電性
4.1 引言
4.2 超導體的基本性質
4.2.1 從低溫的獲得到超導電性的發現
4.2.2 超導體的基本物理性質
4.3 傳統超導體的唯象模型
4.3.1 二流體模型
4.3.2 倫敦方程
4.3.3 金茲堡一朗道理論
4.4 傳統超導體的微觀機制
4.5 超導隧道效應
4.5.1 正常電子隧道效應
4.5.2 約瑟夫森隧道電流效應
4.6 兩類超導體的基本特徵
4.7 高溫超導體
4.8 超導材料的套用
4.8.1 超導套用的巨大潛力
4.8.2 超導材料在強電方面的套用
4.8.3 超導材料在弱電方面的套用
4.8.4 高溫超導體的套用
4.9 結束語
當代物理前沿專題之五 聲學汪
5.1 一門古老而又年輕的科學
5.1.1 聲學的研究對象
5.1.2 聲學發展簡史
5.1.3 我國古代的聲學研究
5.1.4 近代聲學在國民經濟、國防及人類日常生活中的作用
5.2 聲學的基本概念與理論
5.2.1 聲波與振動
5.2.2 波動方程
5.2.3 聲波的傳輸
5.3 聽覺、語言和音樂
5.3.1 聽覺
5.3.2 語言
5.3.3 音樂
5.3.4 音質與噪聲控制
5.4 超聲及其套用
5.4.1 超聲的性質和特點
5.4.2 超聲在醫學診斷、無損檢測和工業檢測中的套用
5.4.3 超聲在加工處理和醫學治療中的套用
5.4.4 超聲電子學器件和系統
5.5 聲與海洋
5.5.1 水聲學中的基本概念
5.5.2 射線理論與簡正波理論
5.5.3 聲吶聲吶方程
5.5.4 海洋開發中的水聲學
5.6 聲信號的數字處理
5.6.1 信號處理的基本概念
5.6.2 聲信號的數字處理
5.6.3 聲學與現代數位訊號處理技術
當代物理前沿專題之六 空間環境科學
6.1 前言
6.2 空間環境要素
6.2.1 中性大氣環境
6.2.2 電離氣體——電漿環境
6.2.3 高能帶電粒子環境
6.2.4 磁場環境
6.2.5 電磁輻射環境
6.2.6 固體微粒環境
6.3 空間環境分區
6.3.1 太陽風糊行星際磁場
6.3.2 地球的磁場和磁層
6.3.3 地球大氣
6.4 空間環境探測
6.4.1 空間環境探測的手段
6.4.2 中性大氣探測
6.4.3 電漿探測
6.4.4 高能帶電粒子探測
6.4.5 空間磁場探測
6.4.6 空間碎片和微流星體探測
6.5 空間環境模式研究
6.5.1 目的和意義
6.5.2 方法
6.5.3 高層大氣模式
6.5.4 電離層模式
6.5.5 高能帶電粒子模式
6.5.6 地球輻射帶模式
6.5.7 空間磁場模式
6.5.8 流星體模式
6.5.9 空間碎片模式
6.5.1 0模式集成
6.6 空間環境預報
6.6.1 空間環境預報的必要性
當代物理前沿專題之七 混沌現象
當代物理前沿專題之八 非線性非平衡系統的自組織
當代物理前沿專題之九 現代科學中的天文世界
當代物理前沿專題之十 物理學和生物學
當代物理前沿專題之十一 雷射冷卻與原子捕陷——在科學中漫步
當代物理前沿專題之十二 我所經歷的20世紀實驗物理學
當代物理前沿專題之十三 對稱與近代物理
當代物理前沿專題之十四 近代科學進入中國的回顧與前瞻
作者簡介
1.1 原子的碎裂和原子核的發現
1.2 原子核的電荷、質量的測定和原子核的質子、中子模型
1.3 原子能和原子核的結合能
1.4 原子能的可能的釋放模式
1.5 核裂變和原子能
1.6 核聚變和原子能
1.7 一種新的釋放原子能的方式——高能質子的碎裂反應+熱中子堆
1.8 原子能和能源問題
1.9 原子能和中國的能源問題
當代物理前沿專題之二 半導體
2.1 半導體技術和半導體物理的發展
2.1.1 半導體技術的重大發展及套用
2.1.2 半導體物理的發展
2.1.3 我國半導體科學技術的發展
2.2 半導體的基本概念
2.2.1 能帶
2.2.2 雜質態
2.2.3 輸運性質
2.2.4 光學性質
2.2.5 量子阱和超品格
2.3 半導體器件原理
2.3.1 p-n結
2.3.2 半導體電晶體
2.3.3 MOS電晶體
2.3.4 雷射器
2.3.5 光電探測器和太陽電池
2.4 半導體工藝
2.4.1 半導體工藝的特殊性
2.4.2 材料生長
2.4.3 平面工藝
2.4.4 積體電路設計
2.5 半導體科學技術展望
2.5.1 信息革命
2.5.2 更高的集成度
2.5.3 集成光學和集成光電子學
2.5.4 超晶格、量子線和量子點器件
2.5.5 半導體納米器件
2.5.6 分子電子學
當代物理前沿專題之三 雷射技術
3.1 雷射器簡史
3.1.1 相干電磁波譜的擴展
3.1.2 湯斯和肖洛的光激射器理論
3.1.3 梅曼製成世界上第一台雷射器
3.1.4 我國的第一台雷射器
3.1.5 雷射器之名的由來
3.2 雷射器的基本原理
3.2.1 自發輻射與受激輻射
3.2.2 負溫度
3.2.3 雷射器增益
3.2.4 雷射器的結構
3.2.5 雷射器的振盪條件
3.2.6 模和雷射振盪模
3.2.7 調Q和Q開關
3.2.8 鎖模
3.2.9 雷射器件
3.3 雷射技術套用
3.3.1 雷射的特性
3.3.2 雷射精密計量
3.3.3 雷射信息處理
3.3.4 雷射加工
3.3.5 雷射能源
3.3.6 雷射醫學
3.3.7 雷射技術改造農作物
3.3.8 雷射武器
3.3.9 雷射與基礎科學
3.4 雷射技術的發展
3.4.1 建立雷射產業
3.4.2 發展短波長和長波長雷射技術
3.4.3 發展新型雷射器
當代物理前沿專題之四 超導電性
4.1 引言
4.2 超導體的基本性質
4.2.1 從低溫的獲得到超導電性的發現
4.2.2 超導體的基本物理性質
4.3 傳統超導體的唯象模型
4.3.1 二流體模型
4.3.2 倫敦方程
4.3.3 金茲堡一朗道理論
4.4 傳統超導體的微觀機制
4.5 超導隧道效應
4.5.1 正常電子隧道效應
4.5.2 約瑟夫森隧道電流效應
4.6 兩類超導體的基本特徵
4.7 高溫超導體
4.8 超導材料的套用
4.8.1 超導套用的巨大潛力
4.8.2 超導材料在強電方面的套用
4.8.3 超導材料在弱電方面的套用
4.8.4 高溫超導體的套用
4.9 結束語
當代物理前沿專題之五 聲學汪
5.1 一門古老而又年輕的科學
5.1.1 聲學的研究對象
5.1.2 聲學發展簡史
5.1.3 我國古代的聲學研究
5.1.4 近代聲學在國民經濟、國防及人類日常生活中的作用
5.2 聲學的基本概念與理論
5.2.1 聲波與振動
5.2.2 波動方程
5.2.3 聲波的傳輸
5.3 聽覺、語言和音樂
5.3.1 聽覺
5.3.2 語言
5.3.3 音樂
5.3.4 音質與噪聲控制
5.4 超聲及其套用
5.4.1 超聲的性質和特點
5.4.2 超聲在醫學診斷、無損檢測和工業檢測中的套用
5.4.3 超聲在加工處理和醫學治療中的套用
5.4.4 超聲電子學器件和系統
5.5 聲與海洋
5.5.1 水聲學中的基本概念
5.5.2 射線理論與簡正波理論
5.5.3 聲吶聲吶方程
5.5.4 海洋開發中的水聲學
5.6 聲信號的數字處理
5.6.1 信號處理的基本概念
5.6.2 聲信號的數字處理
5.6.3 聲學與現代數位訊號處理技術
當代物理前沿專題之六 空間環境科學
6.1 前言
6.2 空間環境要素
6.2.1 中性大氣環境
6.2.2 電離氣體——電漿環境
6.2.3 高能帶電粒子環境
6.2.4 磁場環境
6.2.5 電磁輻射環境
6.2.6 固體微粒環境
6.3 空間環境分區
6.3.1 太陽風糊行星際磁場
6.3.2 地球的磁場和磁層
6.3.3 地球大氣
6.4 空間環境探測
6.4.1 空間環境探測的手段
6.4.2 中性大氣探測
6.4.3 電漿探測
6.4.4 高能帶電粒子探測
6.4.5 空間磁場探測
6.4.6 空間碎片和微流星體探測
6.5 空間環境模式研究
6.5.1 目的和意義
6.5.2 方法
6.5.3 高層大氣模式
6.5.4 電離層模式
6.5.5 高能帶電粒子模式
6.5.6 地球輻射帶模式
6.5.7 空間磁場模式
6.5.8 流星體模式
6.5.9 空間碎片模式
6.5.1 0模式集成
6.6 空間環境預報
6.6.1 空間環境預報的必要性
當代物理前沿專題之七 混沌現象
當代物理前沿專題之八 非線性非平衡系統的自組織
當代物理前沿專題之九 現代科學中的天文世界
當代物理前沿專題之十 物理學和生物學
當代物理前沿專題之十一 雷射冷卻與原子捕陷——在科學中漫步
當代物理前沿專題之十二 我所經歷的20世紀實驗物理學
當代物理前沿專題之十三 對稱與近代物理
當代物理前沿專題之十四 近代科學進入中國的回顧與前瞻
作者簡介
文摘
插圖：
人們釋放原子能的另一有效途徑是利用輕核的聚變反應.實現原子核聚變反應的一個條件，是反應中的原子核必須具備一定的初始能量.通常需要約幾千電子伏（keV）或更高一些的能量.注意到輕原子核在聚變過程中要釋放出能量，這樣的能量就能用來維持持續的輕核聚變所需要的初始能量.為什麼太陽能不斷發光發熱？其能量的來源就是太陽中的輕核間的聚變反應.太陽的核心溫度高達幾千萬攝氏度；所以能不斷釋放出這種聚變形式的原子能.地球的核心不具備幾千萬攝氏度的高溫，所以地球是冷卻中的星球.實現大規模的輕核的聚變反應的一個必要條件是要求有足夠高的溫度，如幾千萬攝氏度的高溫.由於高溫必定伴隨著高壓，其壓力常可達幾億個大氣壓，所以在自然界中，這種持續的輕核間的熱核反應，只能在體積遠比地球大的天體上實現，如太陽一類的恆星.而在地球上，人類已能在“瞬間”（例如，時間為設法使某一輕核的混合物達到高溫高壓，以實現熱核爆炸，這就是氫彈的工作原理.怎樣才能在“瞬間”使某一輕核的混合物達到高溫高壓？就目前的技術條件來說，人們僅知道用核子彈去觸發某一氫彈，所以核子彈是氫彈的必要的“扳機”.在當前的技術條件下，在地球上能表現的大規模釋放核聚變能量的方法，還只有用核子彈觸發的氫彈的熱核爆炸.但是這並不意味著人們將不能利用這種“取之不盡，用之不竭”的核能（因為最有希望利用的輕核燃料是氘，而這在天然氫的含量中約占0.1 56%，所以可望氘在海水中大量存在），因為可設法使這種爆炸後釋放出的能量儲存在某一“洞穴”中，然後持續地加以利用.
當然，在各種利用聚變能源的方式中，最吸引人們的是設法持續地緩慢地實現輕核的聚變反應，這就是受控熱核反應的構想。
人們釋放原子能的另一有效途徑是利用輕核的聚變反應.實現原子核聚變反應的一個條件，是反應中的原子核必須具備一定的初始能量.通常需要約幾千電子伏（keV）或更高一些的能量.注意到輕原子核在聚變過程中要釋放出能量，這樣的能量就能用來維持持續的輕核聚變所需要的初始能量.為什麼太陽能不斷發光發熱？其能量的來源就是太陽中的輕核間的聚變反應.太陽的核心溫度高達幾千萬攝氏度；所以能不斷釋放出這種聚變形式的原子能.地球的核心不具備幾千萬攝氏度的高溫，所以地球是冷卻中的星球.實現大規模的輕核的聚變反應的一個必要條件是要求有足夠高的溫度，如幾千萬攝氏度的高溫.由於高溫必定伴隨著高壓，其壓力常可達幾億個大氣壓，所以在自然界中，這種持續的輕核間的熱核反應，只能在體積遠比地球大的天體上實現，如太陽一類的恆星.而在地球上，人類已能在“瞬間”（例如，時間為設法使某一輕核的混合物達到高溫高壓，以實現熱核爆炸，這就是氫彈的工作原理.怎樣才能在“瞬間”使某一輕核的混合物達到高溫高壓？就目前的技術條件來說，人們僅知道用核子彈去觸發某一氫彈，所以核子彈是氫彈的必要的“扳機”.在當前的技術條件下，在地球上能表現的大規模釋放核聚變能量的方法，還只有用核子彈觸發的氫彈的熱核爆炸.但是這並不意味著人們將不能利用這種“取之不盡，用之不竭”的核能（因為最有希望利用的輕核燃料是氘，而這在天然氫的含量中約占0.1 56%，所以可望氘在海水中大量存在），因為可設法使這種爆炸後釋放出的能量儲存在某一“洞穴”中，然後持續地加以利用.
當然，在各種利用聚變能源的方式中，最吸引人們的是設法持續地緩慢地實現輕核的聚變反應，這就是受控熱核反應的構想。
序言
本書第一版是我國同類圖書中的第一本，內容涉及20世紀末很多物理學前沿領域的成就，因此是一本不太容易讀的書。然而在出版後的七年多的時間裡，它的讀者群竟能在數量和廣度上都大大超出我們的想像，還出了繁體字版，與之配套的錄像獲得了教育部和新聞出版署聯合頒發的第二屆全國優秀教育音像製品一等獎，這既使我們高興，也使我們感到壓力，更使我們深切感受到廣大讀者對科學的追求、嚮往和對優秀科學家的信任、愛戴。
近年來，物理學中各個前沿分支的迅速發展和物理學與其他學科的融合，實質性地深化了人類對自然界的許多認識。對於以反映部分較活躍的物理學前沿領域的主要成就和進展為重要目的的書，及時修訂新版也是非常必要的。
在第二版中，大部分原有專題的內容都由原作者做了修訂，有些專題的內容完全重新寫過，並增加了三個專題。新增的第一個專題是《物理學和生物學》，特邀中國科學院郝柏林院士執筆；另一個是《我所經歷的20世紀實驗物理學》，作者是中國科學院外籍院士丁肇中博士；第三篇是《雷射冷卻與原子捕陷》，作者是中國科學院外籍院士朱棣文博士。今年適逢人類發現DNA50周年，而物理科學與生物科學的互相促進由來已久。回顧近年來科學界公認的、每年的前lO項科學突破，物理學與生物學的成就之和已占到十之八九。可見，兩大科學以及它們之間的深入合作，已成為2l世紀初基礎自然科學發展的顯著標誌。物理學家對亞核粒子的研究早已與探索更基本的物理學規律、探索宇宙起源等根本性課題聯繫到一起。對雷射冷卻和捕陷原子方面的開拓性研究為實現懸而未決70年的玻色一愛因斯坦凝聚，為提高用於空間定位和導航的原子鐘的精度、建造可準確測量重力的原子干涉儀並設計出可用於處理極細尺度電子線路的原子雷射器，以及為生命科學研究等提供了尖端技術。相信三位著名學者對科學和探索科學的哲理的闡述，一定能使讀者大開眼界。在第二版中，我們還根據當年的錄像，對中國科學院外籍院士楊振寧博士的兩篇文稿做了重要的增補，以滿足廣大讀者通過文字教材材感受演講全貌、親眼目睹寶貴的文獻圖片的強烈願望。
本書的十幾位作者在寫作上有不同的風格，他們對內容的取捨充分體現了科學家對學科進展的深邃理解。這些作品都是幾十年的心血和智慧的凝鍊，更有反覆誦讀才能準確理解其意境的經典之作。這不僅使我們深深感悟到作者高深、廣博的科學造詣，也使我們身臨其境，越來越感悟到自然與科學之大美。
自然科學是推動人類文明進步的重要的革命性力量。基礎自然科學研究與技術研發不可混淆。中國要真正達到全世界新技術革命的前沿，首先要堅定地在基礎自然科學研究和相關人才培養方面有長足的進步和堅實的積澱。基礎自然科學研究是無止境的，物理學至今仍然是最具挑戰性的科學，物理學與相關基礎自然科學的融合已成為人類探索和揭示更多深邃和引人入勝的自然奧秘的極為重要的方向。我們堅信，前輩科學家歷盡艱辛、無私奉獻鑄就的科學風範和科學精神以及他們取得的偉大成就，將像燈塔一樣，為立志投身於物理學和其他基礎自然科學研究的，理想追求、熱情勇氣、學術智慧、勤奮正派、合作謙遜等等諸多素養俱備的優秀青年指引方向。
近年來，物理學中各個前沿分支的迅速發展和物理學與其他學科的融合，實質性地深化了人類對自然界的許多認識。對於以反映部分較活躍的物理學前沿領域的主要成就和進展為重要目的的書，及時修訂新版也是非常必要的。
在第二版中，大部分原有專題的內容都由原作者做了修訂，有些專題的內容完全重新寫過，並增加了三個專題。新增的第一個專題是《物理學和生物學》，特邀中國科學院郝柏林院士執筆；另一個是《我所經歷的20世紀實驗物理學》，作者是中國科學院外籍院士丁肇中博士；第三篇是《雷射冷卻與原子捕陷》，作者是中國科學院外籍院士朱棣文博士。今年適逢人類發現DNA50周年，而物理科學與生物科學的互相促進由來已久。回顧近年來科學界公認的、每年的前lO項科學突破，物理學與生物學的成就之和已占到十之八九。可見，兩大科學以及它們之間的深入合作，已成為2l世紀初基礎自然科學發展的顯著標誌。物理學家對亞核粒子的研究早已與探索更基本的物理學規律、探索宇宙起源等根本性課題聯繫到一起。對雷射冷卻和捕陷原子方面的開拓性研究為實現懸而未決70年的玻色一愛因斯坦凝聚，為提高用於空間定位和導航的原子鐘的精度、建造可準確測量重力的原子干涉儀並設計出可用於處理極細尺度電子線路的原子雷射器，以及為生命科學研究等提供了尖端技術。相信三位著名學者對科學和探索科學的哲理的闡述，一定能使讀者大開眼界。在第二版中，我們還根據當年的錄像，對中國科學院外籍院士楊振寧博士的兩篇文稿做了重要的增補，以滿足廣大讀者通過文字教材材感受演講全貌、親眼目睹寶貴的文獻圖片的強烈願望。
本書的十幾位作者在寫作上有不同的風格，他們對內容的取捨充分體現了科學家對學科進展的深邃理解。這些作品都是幾十年的心血和智慧的凝鍊，更有反覆誦讀才能準確理解其意境的經典之作。這不僅使我們深深感悟到作者高深、廣博的科學造詣，也使我們身臨其境，越來越感悟到自然與科學之大美。
自然科學是推動人類文明進步的重要的革命性力量。基礎自然科學研究與技術研發不可混淆。中國要真正達到全世界新技術革命的前沿，首先要堅定地在基礎自然科學研究和相關人才培養方面有長足的進步和堅實的積澱。基礎自然科學研究是無止境的，物理學至今仍然是最具挑戰性的科學，物理學與相關基礎自然科學的融合已成為人類探索和揭示更多深邃和引人入勝的自然奧秘的極為重要的方向。我們堅信，前輩科學家歷盡艱辛、無私奉獻鑄就的科學風範和科學精神以及他們取得的偉大成就，將像燈塔一樣，為立志投身於物理學和其他基礎自然科學研究的，理想追求、熱情勇氣、學術智慧、勤奮正派、合作謙遜等等諸多素養俱備的優秀青年指引方向。
