物理實驗（第十一版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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國立虎尾科技大學 物理教學小組

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现代材料科学导论 作者： 张伟 教授 出版社： 科学技术文献出版社 版次： 第一版（2023年） 字数： 约50万字 页数： 850页 --- 内容简介： 《现代材料科学导论》旨在为本科生和研究生提供一个全面、深入且与时俱进的材料科学基础框架。本书超越了传统材料学对宏观性能和微观结构的简单罗列，着重探讨了材料的本征结构、性能调控、制备工艺与前沿应用之间的内在联系与相互作用机制。全书内容经过精心组织，力求在严谨的科学深度与良好的可读性之间取得平衡。 本书共分为八大部分，涵盖了从最基础的晶体结构到最尖端的智能材料等多个方面。 --- 第一部分：材料科学基础与原子结构 (Fundamentals and Atomic Structure) 本部分首先界定了材料科学在现代工程与技术中的核心地位，并回顾了材料的分类体系（金属、陶瓷、聚合物、复合材料及功能材料）。 晶体结构与缺陷理论： 详细阐述了晶体学基础，包括布拉菲点阵、密堆积、晶体指数（Miller Indices）的应用。重点剖析了晶体缺陷的类型——点缺陷（空位、间隙原子、替位原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界、堆垛层错）——及其对材料机械性能（如屈服强度、硬度）的决定性影响。通过引入能斯特-爱因斯坦模型，深入探讨了缺陷在扩散过程中的作用。 化学键合与能带理论： 系统回顾了原子间的作用力，包括离子键、共价键、金属键和范德华力。在此基础上，引入量子力学概念，构建了固体材料的能带结构模型。详细解释了导带、价带、禁带宽度（Band Gap）的概念，这是区分导体、半导体和绝缘体的物理基础。通过费米能级和电子态密度的分析，为后续的功能材料（如半导体器件）打下理论基础。 --- 第二部分：热力学、动力学与相变 (Thermodynamics, Kinetics, and Phase Transformations) 本部分聚焦于材料随温度和时间变化的宏观和微观规律。 材料热力学基础： 运用吉布斯自由能、焓和熵的概念，分析了材料体系的稳定性与相平衡。详细讨论了吉布斯相律在多组分、多相系统中的应用，特别是二元合金体系的相图解读（如共晶、共熔、固溶线）。 扩散理论： 基于菲克定律，深入分析了固态扩散的机理（原子迁移的激活能）。区分了晶体结构中快速扩散路径（如晶界扩散、快速通道扩散）与慢速扩散（体相扩散）。这些知识是材料热处理和材料腐蚀预防的关键。 相变动力学： 阐述了相变过程的成核与长大机制。引入了Johnson-Mehl-Avrami (JMA) 模型来量化非扩散控制相变的速率。通过实例分析了固态下奥氏体向铁素体/渗碳体的转变过程，及其在钢的热处理中的重要性。 --- 第三部分：结构-性能关系：金属材料 (Structure-Property Relationship: Metallic Materials) 本部分集中于工程中最广泛使用的金属材料。 塑性变形与强化机制： 详细解释了金属的塑性变形主要依赖于位错的运动。重点分析了金属的强化方法：加工硬化（位错缠结）、晶粒细化（Hall-Petch关系）、固溶强化和沉淀强化。 铁合金系统： 对钢和铸铁体系进行了深度剖析。讨论了碳钢、低合金钢、不锈钢（奥氏体、铁素体、马氏体结构）的微观结构演变。着重阐述了马氏体相变（无扩散的剪切机制）的特点及其对高强度和脆性的影响。 有色金属与合金设计： 涵盖了铝合金、铜合金、钛合金在航空航天和交通运输领域的设计原则，强调了晶界工程在提升这些材料抗蠕变性能中的作用。 --- 第四部分：陶瓷与玻璃材料 (Ceramics and Glasses) 本部分关注由离子键和共价键主导的无机非金属材料。 陶瓷结构与粘接： 探讨了离子晶体中电荷平衡的要求，以及共价网络结构对高硬度和低韧性的影响。分析了陶瓷材料的烧结过程，包括粉末的致密化、晶粒长大和孔隙演化。 陶瓷的断裂与韧化： 解释了陶瓷材料高脆性的本质——缺乏有效的位错运动。系统介绍了提高陶瓷韧性的现代策略，如：晶界钉扎、裂纹偏转以及引入第二相颗粒（如氧化锆增韧氧化铝陶瓷）。 玻璃态物质： 区别了晶体与玻璃的结构，重点讨论了玻璃化转变温度($T_g$)的概念及其对聚合物和玻璃应用的影响。 --- 第五部分：聚合物科学 (Polymer Science) 本部分聚焦于长链分子材料的独特性质。 聚合物结构与合成： 介绍了聚合反应的类型（加聚、缩聚）和分子量分布（分散度）。详细分析了聚合物的微观结构，包括无定形区和结晶区，以及链的缠结对宏观粘弹性的影响。 粘弹性和流变学： 这是聚合物区别于其他材料的关键。引入了蠕变、应力松弛等概念，并用Voigt模型和Maxwell模型描述聚合物的粘弹性行为。讨论了聚合物加工过程中的剪切速率对取向和力学性能的影响。 聚合物的性能调控： 探讨了交联、增塑剂、填料对聚合物耐热性、强度和溶解性的调控。 --- 第六部分：复合材料与界面工程 (Composites and Interface Engineering) 本部分着眼于通过组合不同材料来获得性能优于各单独组分的系统。 界面作用机制： 强调界面是复合材料性能的决定性因素。分析了应力传递效率与界面结合强度的关系。 经典复合材料体系： 详细介绍了纤维增强复合材料（如碳纤维/环氧树脂、玻璃纤维增强热塑性塑料）的性能预测（如混合法则）。讨论了颗粒增强、层状结构复合材料的设计。 先进复合材料： 涵盖了金属基复合材料（MMC）和陶瓷基复合材料（CMC），特别关注高温应用中的基体-增强体相互作用。 --- 第七部分：功能材料与电子学 (Functional Materials and Electronics) 本部分转向那些基于特定物理效应（电、磁、光）而设计的材料。 半导体物理与器件： 深入研究了掺杂（N型、P型）对本征半导体导电性的改变。详细阐述了PN结的形成及其在二极管、晶体管中的应用原理。 磁性材料： 区分了抗磁性、顺磁性和铁磁性。重点分析了磁畴结构、磁滞回线，以及软磁材料（低矫顽力）和硬磁材料（高矫顽力）在储能和信息存储中的应用。 电介质与压电材料： 探讨了电极化现象，并分析了用于电容器和传感器的铁电材料（如钛酸钡）的居里点行为。 --- 第八部分：材料的制备、表征与可持续性 (Processing, Characterization, and Sustainability) 本部分连接了理论知识与实际工程操作。 先进制造工艺： 涵盖了从传统熔铸、粉末冶金到现代增材制造（3D打印）的制备技术。强调了快速凝固、非平衡态热力学在控制微观结构中的作用。 材料表征技术： 重点介绍现代分析工具，包括：X射线衍射（XRD）用于晶体结构确定、透射电子显微镜（TEM）和扫描电子显微镜（SEM）用于微观形貌和晶体取向分析、能谱分析（EDS）用于元素定性与定量。 材料的腐蚀与退化： 从电化学角度解释了金属的腐蚀机理，并介绍了钝化层、阴极保护等防护措施。 可持续材料科学： 讨论了生物可降解聚合物、绿色制备路线以及材料的循环经济学，以应对当前全球环境挑战。 --- 特色与读者对象： 本书强调“微结构控制宏观性能”的核心思想，每个章节都配有大量原创性的工程案例分析和最新的研究进展摘要。附录中包含了详细的晶体学计算指南和常用材料参数表。 本书特别适合材料科学、化学工程、机械工程、电子工程等专业的高年级本科生和研究生作为教材或参考书，同时也适合从事相关研发工作的工程师和科研人员进行系统性的知识回顾与深化。通过本书的学习，读者将能够独立分析和设计具有特定性能要求的新型材料体系。

评分☆☆☆☆☆

從我個人使用這套教材指導大學部低年級學生的經驗來看，《物理實驗（第十一版）》在「安全規範」和「基礎數據處理」這兩個環節的著墨非常到位，這對實驗室管理來說是極為重要的。每一章節開頭對器材的特性介紹和潛在危險的警示，都足夠讓第一次操作儀器的學生建立起基本的敬畏之心。這套書的優勢在於其一致性，無論是電學實驗還是力學實驗，數據記錄的格式幾乎是統一的模板化，這讓批改作業的老師輕鬆不少，也讓學生在初期能專注於物理概念而非表格設計。但說實話，當學生進入高年級，他們需要的不只是「記錄數據」，而是「設計實驗」。這本書的實驗設計雖然嚴謹，但開放性不足。例如，在進行簡單的LC振盪實驗時，如果書裡能引導學生去探索「引入非線性元件對頻率的影響」，或者「如何用示波器捕捉瞬態現象」，而不僅限於測量固有頻率，那該書的價值就會翻倍。現在的內容，更像是要求學生去「驗證」物理定律，而不是「發現」物理現象。我希望下一版能增加更多讓學生自己動手調整實驗參數，並預測結果的「探索式」單元，這樣才能真正激發學生的科學好奇心，而不只是成為精準的數據輸入員。

评分☆☆☆☆☆

說實在話，每次看到這麼厚一本實驗書，心裡總會湧起一陣複雜的情緒。《物理實驗（第十一版）》的內容深度無庸置疑，它的編排邏輯嚴密，從基礎的測量學到進階的近代物理基礎實驗，幾乎涵蓋了大學部物理系學生需要接觸到的所有核心實驗。但問題往往出在「時間壓力」上。台灣的大學課程節數緊湊，很多時候，為了趕完所有規定的實驗，學生根本沒有時間去真正「玩」實驗。這本書的每個實驗要求細節太多，導致執行時間被拉長。我個人認為，如果能適度地「精簡」一些流程性描述，將篇幅用來探討更深入的「數據分析方法」，例如更詳細地講解如何運用最小二乘法擬合非線性數據，或是如何計算儀器誤差的傳遞，會是更好的取捨。現在的內容，感覺像是把所有可能的細節都塞進去了，卻犧牲了學生理解核心概念的時間。我希望未來的版本可以區分出「核心必做」和「進階選做」，讓老師可以根據班級程度靈活調整，而不是被這本「鉅著」牽著鼻子走，非得把每個字都讀完才算數。

评分☆☆☆☆☆

這本第十一版，在儀器設備的現代化程度上，我給予一個中等的評價。它確實努力跟上了時代，加入了許多現代化儀器的使用說明，例如數位多用表、基礎的感測器介面等。然而，臺灣的許多大學實驗室資源分配不均，有些實驗室還在用著十幾年前的類比設備。對於那些資源相對匱乏的學校來說，這本書的參考價值就會打折扣，因為書中的圖示和儀器外觀跟他們手邊的設備可能存在顯著差異，學生在對照時會產生困惑。更關鍵的是，它在「電腦模擬與數據採集」這一塊的整合度還是不夠高。雖然書中提到了數據採集軟體的應用，但多半還是停留在「輔助」層面，而不是「核心」操作。現在的物理研究，數據採集和即時分析是常態，如果這本書能更深入地介紹LabVIEW、Python或其他開源工具在物理實驗中的應用範例，讓學生在做實驗的同時，就建立起程式化數據處理的觀念，那將會是巨大的進步。現階段來看，它更像是傳統實驗的完美記錄，而非面向未來的實驗指南。

评分☆☆☆☆☆

翻開這本《物理實驗（第十一版）》，給我的感覺就像是走進一間整理得非常乾淨、所有儀器都擺放得井然有序的老牌實驗室，一切都標準化到不行，但少了那麼一點點「人味」和「驚喜」。這對初學者或許是好事，因為每一步驟都寫得清清楚楚，不太容易出錯；可對於我們這些已經摸慣了各種「怪儀器」的實驗者來說，有些流程顯得過於繁瑣，步驟太多反而拖慢了效率。我特別在意實驗的「可重複性」與「再現性」，這本書在這點上做得不錯，幾乎所有的測量步驟都有詳細的圖示和操作提醒，這點必須肯定。然而，我總覺得它對於「失敗的實驗」討論不夠深入。學物理實驗最寶貴的經驗往往不是成功得到教科書上的數值，而是那些「為什麼會差這麼多」的錯誤中學到的。書裡頭對於「儀器校正」的章節雖然有提到，但對於如何判斷儀器何時「真的壞了」而不是單純操作失誤，就比較簡略了。這種經驗累積是很難從書本上學到的，但如果書能提供更多真實案例的數據分析，讓讀者去「解讀」那些看似錯誤的數據，或許能提升整本書的實戰價值。總之，它是一個合格的「工具書」，但還沒進化到「導師」的層級。

评分☆☆☆☆☆

這本《物理實驗（第十一版）》真的是讓我又愛又恨，尤其是對於像我這種在實驗室待了很久的老手來說，有些更新真的讓人有種「幹嘛改」的無力感。話說，現在的教學趨勢越來越強調跨領域整合，但這本教科書在結構上還是維持著傳統物理實驗的框架，對於想把光學實驗跟一些基礎電子學的實驗結合起來做深度探討的同學來說，可能會覺得深度不夠。我記得我剛接手指導學生的時候，最頭痛的就是如何讓他們跳脫「照著步驟做」的機械式操作，真正去思考測量誤差的來源跟物理意義。這本書在理論介紹上其實寫得蠻紮實的，每個實驗前的背景知識鋪陳得很到位，但相對地，對於如何設計一個「更有趣」或「更貼近現實世界」的延伸實驗，建議就比較少了。比如，當我們在教學生測量重力加速度時，傳統的實驗設計很難讓學生真正體會到環境因素（像是大氣壓力微小的變化，雖然在這層級影響不大，但概念很重要）對測量的潛在影響。如果能多增加一些進階的分析工具或軟體應用指引，或許更能跟上現在科研的腳步。總體來說，它依舊是個穩固的基礎，但對於追求創新的老師或學生來說，可能需要自己再往外找資料補足。