3D理化游乐场I+II(套书) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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　　全国首创3D动画教材，
　　内容连接国中理化与生活常识，透过83个3D动画，
　　4个游戏，让你轻松玩，也能成为理化高手！

　　走进游乐场是什么心情？是不是既兴奋又期待？如果我们不是「学」理化，而是可以「玩」理化，那该有多好？理化是物理与化学的合称，其实这两门学科所要学的对象，就隐藏在日常生活中，连你在游乐场里看到的每一项游乐设施，都和理化脱不了关系。煞车时，需要摩擦力才能让车子停下来，但若没有摩擦力，车子也无法前进。为什么雷射光可以除去脸上的斑点，让人看起来更美丽？游乐场的哈哈镜使得我们的身材一会儿瘦、一会儿胖，有的部位凹、有的部位凸，哈哈镜究竟有什么魔力？《3D理化游乐场》把理化与生活常识连接，还有精致的3D动画可以观赏。请带着愉快的心情，重新认识理化！

作者简介

陈伟民

　　台湾师范大学化学系毕业，曾任国中理化老师十五年， 高中化学老师十七年，也参与国中及高中教科书编写， 并从事科普写作与翻译，着有《智多星出击》、《谁杀了大恐龙》、《3D理化游乐场》（合着）、《大家来破案》等，译有《打造化学力》。

林金昇

　　国立台湾大学毕业，台大环境工程研究所硕士。曾任行政院环保小组研究员，从事环境资源保育及研究多年。着有《我们只有一个地球：谈世界环境问题》、《享受唿吸是最爱：谈空气污染》、《盼清香永久扑鼻：谈恶臭公害》、《让浊流再澄清：谈水污染防治》、《光合菌处理高浓度有机废水之研究》等，译有《饮用水与健康》。

江彦雄

　　国立成功大学毕业，美国佛罗里达大学化工博士。曾任美国乔治华盛顿大学、宾州大学客座教授。目前为中华综合发展研究院高级研究员兼教授。从事物理化学研究、教学工作四十余年，着有《苯的基本性质及有害特性》、《废能源再利用》、《有害废弃物处理手册》等。发表过的学术论文达40余篇。

《计算化学与分子模拟：从基础到应用》 第一章：计算化学的基石 本章将深入探讨计算化学的理论基础和核心概念。首先，我们将回顾量子力学在描述分子体系中的基本原理，包括薛定谔方程及其在分子体系中的应用。我们将详细介绍波恩-奥本海默近似（Born-Oppenheimer Approximation）的物理意义及其在实际计算中的重要性，以及由此衍生的电子结构理论。 接着，本书将详细阐述各种电子结构方法。从半经验方法（如Hückel法、CNDO/INDO）到从头算方法（Ab Initio），如Hartree-Fock（HF）方法，我们将剖析HF理论的假设、局限性以及如何通过引入电子相关性来改进结果。相关性处理方法，如密度泛函理论（Density Functional Theory, DFT）的原理和各种泛函的比较，将是本章的重点。此外，我们还会介绍后HF方法，如Møller-Plesset微扰理论（MP2, MP3, MP4）和耦合簇理论（Coupled Cluster, CC），这些方法在处理强相关体系中的优势和挑战。 在基组的选择方面，本章将全面介绍不同类型的基函数集（如高斯型、斯莱特型），以及如何选择合适的基组来平衡计算精度和效率。此外，我们还将讨论原子能级（Atomic Orbital）的数学形式、扩充基组和极化基组的应用场景。 第二章：分子结构与性质的预测 本章聚焦于如何利用计算化学方法预测分子的静态和动态性质。首先，我们将讨论如何通过能量最小化技术来确定分子在构象空间中的能量最小值，即寻找几何优化（Geometry Optimization）的稳定结构。我们将详细介绍优化算法的原理，如梯度下降法、牛顿法和拟牛顿法，并讨论收敛判据的选择。 在结构优化之后，下一步是验证所获结构的真实性。本章将深入讲解振动分析（Vibrational Analysis）在频率计算中的应用。如何通过二阶导数（Hessian矩阵）来判断一个驻点是最小值、鞍点还是极大值，以及如何解释红外（IR）和拉曼光谱的预测结果。 此外，本书还将详细阐述热力学性质的计算。通过零点能校正、热力学能（$E_{0}$）和自由能（$G$）的计算，读者将学会如何从电子能量出发推导出室温下的热力学数据。反应速率理论，特别是过渡态理论（Transition State Theory）和如何通过反应路径搜索（Reaction Path Following）来定位过渡态结构，也将被详细讨论。 第三章：分子动力学模拟：时间与温度的维度 本章将把焦点从静态结构转向分子的动态行为。分子动力学（Molecular Dynamics, MD）模拟是研究体系随时间演化的有力工具。我们将从牛顿运动方程（Newton's Equations of Motion）出发，详细介绍积分算法，如Verlet算法及其改进，以实现对原子运动轨迹的精确积分。 模拟成功的关键在于势能函数（Potential Energy Surface, PES）的准确性。本章将系统介绍力场（Force Fields）的构建原理，包括范德华力、静电相互作用和化学键合项的数学形式。我们将对比经典力场（如AMBER, CHARMM, OPLS）与半经验/量子化学力场（如ReaxFF, QM/MM耦合）的适用范围和精度差异。 在模拟设置方面，我们将讨论系统的热力学集成器的选择，包括系综的选择（微正则系综 NVE、正则系综 NVT、等温等压系综 NPT）以及如何实现恒温和恒压控制（如Nosé-Hoover, Langevin）。 MD模拟结果的后处理是至关重要的一步。本章将介绍如何从轨迹文件中提取宏观性质，如扩散系数、粘度、均方位移（MSD）以及如何利用径向分布函数（RDF）分析局部分子排列。 第四章：高级模拟技术与应用 本章将介绍超越标准MD模拟的先进技术，以解决复杂体系的采样和构象搜索问题。首先，我们将探讨如何克服能垒，加速构象转换的采样方法，如Metadynamics、Umbrella Sampling（伞式采样）和Replica Exchange Molecular Dynamics（REMD）。 在计算体系的自由能方面，本书将详细讲解计算自由能微扰（FEP）和热力学积分（TI）方法的理论基础及其在计算溶解自由能、结合能中的应用。 此外，本章还将深入研究在溶液中进行模拟的关键技术。溶剂模型的选择，包括隐式溶剂模型（如PCM, COSMO）和显式溶剂模型（如SPC/E, TIP3P），及其对模拟结果的影响将被细致对比。 最后，本书将展望计算化学在生物物理、材料科学和药物设计中的交叉应用。例如，如何利用QM/MM方法模拟酶促反应，或如何通过MD模拟研究蛋白质折叠和膜蛋白的嵌入过程。 附录：软件与实战指南 附录将提供主流计算化学和分子模拟软件（如Gaussian, ORCA, GROMACS, LAMMPS）的入门指南，包括输入文件的编写规范、常用参数的设置以及结果的可视化工具介绍。通过具体的案例分析，读者将能够迅速将理论知识转化为实际的计算操作。

评分☆☆☆☆☆

坦白說，我對這套「3D理化遊樂場I+II」的期望值有點高，但又帶點審慎。我曾經買過不少號稱「互動」、「趣味」的科學繪本，結果發現內容其實還是偏向傳統的知識傳遞，3D效果也只是流於形式，沒有真正解決孩子們對理化概念的理解障礙。這次看到「3D理化遊樂場」這個書名，我第一個想法就是：「這次會不會又是一場空？」但是，仔細想想，如果真的能做到「3D」和「遊樂場」的結合，那將會是多麼強大的學習工具啊！我希望它能夠利用3D視覺效果，真實地呈現例如分子結構、力學原理、電學迴路等等，讓孩子們能夠從不同的角度、甚至是在虛擬空間中「觸摸」到這些概念。而「遊樂場」則意味著遊戲化的學習，可能會有小挑戰、小實驗，甚至是虛擬實驗室的設計，讓學習過程充滿了樂趣和成就感。我期望這套書能夠真正做到「看得見、摸得著、玩得轉」的理化學習體驗，讓孩子們不再對理化感到畏懼，而是愛上探索科學的樂趣。

评分☆☆☆☆☆

我對這套「3D理化遊樂場I+II」抱持著高度的期待，因為它聽起來就是一套能夠顛覆傳統理化學習方式的書籍。過去我們在學習物理化學時，常常面臨著概念抽象、難以想像的困境。但「3D」這個詞，讓我看到了突破的可能。我希望這套書能夠運用先進的3D技術，將那些抽象的科學原理，例如原子結構、化學反應、力學定律等，以立體、直觀的方式呈現出來，讓讀者能夠從不同的角度去觀察、去理解，甚至是可以進行虛擬的操作。而「遊樂場」則象徵著學習的趣味性與互動性，我期望這套書能夠設計一些巧妙的遊戲關卡、有趣的實驗模擬，甚至是一些互動式的問答，讓學習過程充滿了挑戰與樂趣，讓讀者在玩樂中不知不覺地吸收知識，而不是枯燥乏味地記憶。如果這套書能夠真正做到，讓理化學習變得生動有趣、引人入勝，那絕對是市面上難得一見的優秀科普讀物，我非常期待它能為孩子們帶來全新的學習體驗。

评分☆☆☆☆☆

哇，收到這套「3D理化遊樂場I+II」真的太讓人興奮了！我一直對科學充滿好奇，但總覺得課本上的圖文有點枯燥，很難想像那些抽象的物理化學概念。這套書名就帶著「遊樂場」的感覺，讓人充滿期待，彷彿可以真的動手操作，在遊戲中學習。我個人非常重視學習過程的趣味性，尤其對於國中小的孩子來說，能引起他們對科學的興趣，比死記硬背更重要。我希望這套書能夠真正做到「寓教於樂」，用3D圖像和引人入勝的內容，將那些看似複雜的理化原理變得生動有趣，讓孩子們在玩樂中不知不覺地吸收知識。最怕那種只有艱澀文字和制式圖片的書，看了就想睡覺。這套書的「3D」和「遊樂場」讓我看到了一絲曙光，期待它能成為引導孩子們探索科學世界的第一把鑰匙，激發他們的好奇心和求知欲。我認為，好的科普書就像一個引導者，能夠讓孩子們自己去發現、去思考、去實驗，而不是被動地接收資訊。希望這套書能成為這樣一個優秀的引導者。

评分☆☆☆☆☆

我對這套「3D理化遊樂場I+II」充滿了好奇，尤其是「3D」這個詞，讓我想像著書中可能會出現立體模型、動畫模擬，甚至是可以「操作」的虛擬實驗。我過去在學習理化時，常常覺得有些概念很難理解，像是電磁感應、光的折射等等，如果當時有這樣的書，我想會更容易上手。想像一下，透過3D的圖像，能夠清晰地看到電場和磁場如何相互作用，或是光線如何在不同介質中彎曲，這種視覺化的學習方式，無疑會大大加深理解。而「遊樂場」這個詞，則讓我聯想到遊戲化的學習體驗，我希望這套書能夠設計一些引人入勝的互動環節，讓學習過程變得像玩遊戲一樣有趣，能夠激發孩子們的探索慾望。如果這套書能做到，讓孩子們在不知不覺中，就對理化產生濃厚興趣，那絕對是一本成功的科普書。我非常期待它能提供這樣一種新穎、有趣的學習方式，讓理化不再是枯燥乏味的學科。

评分☆☆☆☆☆

身為一個在教育領域稍微接觸過一些教材的家長，看到「3D理化遊樂場I+II」這樣的書名，讓我聯想到的是一種全新的學習模式。傳統的理化教學，往往受限於黑板、課本和圖片，很多時候學生只能透過文字描述來想像，像是看不見的分子在運動，或是抽象的能量轉換。這套書名中的「3D」絕對是亮點，我認為它有潛力突破這樣的限制，透過立體化的呈現，讓這些原本抽象的概念變得具體可感。想像一下，可以從各個角度觀察一個原子模型，或是模擬一個簡單的化學反應過程，這種視覺化的學習方式，我相信對於提升學習的效率和深度都有非常大的幫助。而「遊樂場」則暗示了學習的過程中，會充滿了趣味性和互動性，而不是單純的知識灌輸。我期待它能夠設計一些小遊戲、小謎題，甚至是一些虛擬實驗的引導，讓孩子們在解決問題的過程中，自然而然地學到理化的知識。這種寓教於樂的設計，我相信能讓孩子們對理化產生濃厚的興趣。