极客物理 在科学实验中探索物理之美 卷1 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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薛加民 著

图书标签:

• 物理
• 科学
• 实验
• 极客
• STEM
• 青少年
• 科普
• 动手实践
• 趣味物理
• 教育

出版社： 人民邮电出版社

ISBN：9787115464323

版次：2

商品编码：12174691

包装：平装

丛书名： 爱上科学

开本：大24开

出版时间：2017-08-01

用纸：胶版纸

页数：163

正文语种：中文

产品特色

编辑推荐

适读人群 ：大众科学爱好者 关注物理科普知识的学生 拓展视野的科技工作者、科学老师
　　1.当选2013年中国科协科普部推荐的50种科普图书，2013年中国科技部全国优-秀科普作品。　　2.参选2013年度吴大猷科普图书奖　　3.美国知名大学物理学博士亲笔撰写、亲手实验，原创内容，真正深入浅出，含金量高，绝非攒出来的科普书；　　4.中国工程院资-深院士钱皋韵推荐；　　5.中科院国家天文台宇宙暗物质暗能量组首席研究员陈学雷作序推荐；　　6.作者拟邀请美国科学院院士写序。

内容简介

　　全息成像、激光传声、磁悬浮……本书让你通过身边的有趣实验完成前沿科技的奇妙体验。这是一本关于物理学的原创科普图书，作者用独特的视角与方式，深入浅出地为你揭秘光、电、磁等物理学领域的专业知识；这是一本面向喜欢动手的科学爱好者的指导手册，让你在轻松完成有趣物理实验与制作项目的同时，探究出“高科技”的奥秘。全书共2卷，此为卷1。如果你是科学爱好者，不要错过这本书，它让你眼界大开；如果你是学生，无论是在读中学，还是大学，不要错过这本书，它告诉你“动手学科学”的方法与思路；如果你是科学工作者或科学老师，不要错过这本书，它专业的解读和翔实的介绍，会为你提供不一样的科学视角。

作者简介

　　薛加民 　　2002—2006年在中国科学技术大学近代物理系学习，2006年赴美国亚利桑那大学物理系从事低温凝聚态物理研究。期间，关于新材料石墨烯的研究成果在国际学术杂志Nature Materials, Nature Physics, Physical Review Letters等发表，得到同行的广泛关注和引用。2012年获得亚利桑那大学物理学博士学位，目前受聘于上海科技大学，任助理教授，博士生导师。 　　从事专业研究的同时，作者积极参与美国大学的各种科普活动，是亚利桑那大学物理系年度“Physics Phun Nite”活动的参与者。 　　在美国，大多数大学都有所谓“ outreach”的科普推广项目，大学的实验室每年都会有一次向公众开放的机会，大家可以到高科技的实验室里参观，感受科技前沿。“Physics Phun Nite”活动是“ outreach”科普推广项目的一种，由亚利桑那大学物理系每年临近圣诞时举办的，活动在在一个大教室里举行，由系里的教授和学生向大众表演他们zui喜欢的物理演示实验，活动有趣，深受欢迎。

内页插图

目录

目录1透过太阳眼镜，看到半个世界11几个关于光的偏振性的实验，所需材料非常简单，有一副偏振片太阳镜就行了。2揭秘神奇的光：激光27动手拆开一台氦氖激光器和一只激光笔，我们能够看到神奇的激光是怎样产生的。3沿弧线传播的光49把糖溶解在水中能制造出一种“神奇”的溶液，一束激光通过它时不再沿直线传播，而是划出一道美丽的弧线。4探测微波炉泄漏及测量光速65自制简单的天线装置和检测电路，来检测微波炉的电磁波泄漏。（如果身边没有微波炉，也可以用它来检测手机的电磁波。）5说磁83探索磁性这一神奇的自然现象，验证铝是被磁铁吸引的、铜是被磁铁排斥的、胡萝卜也具有磁性等有趣而且违背常识的现象。6电机总动员99几种有趣的直流电动机，通过亲手制作，了解人类的好帮手——电动机的基本原理，让第二次工业革命的浪潮涛声依旧。7逆磁悬浮115什么是磁悬浮？什么是逆磁性材料？你将了解如何用简单的逆磁材料以及强磁铁来实现磁悬浮。8永远悬浮的陀螺133本章开始于一个非常好玩而且物美价廉的玩具：磁悬浮陀螺。我们将会解密陀螺稳定悬浮的真正原因。9自制发光二极管151本章中，我们将利用廉价而易得的碳化硅矿石来产生幽幽的蓝光，从而亲身体验发光二极管诞生之初的激动。我们还将介绍发光二极管的原理及其实验的验证，透过美丽的现象看到更深的本质。

《极客物理：科学实验中的物理之美》 卷一：微观世界的奇妙之旅 翻开《极客物理：科学实验中的物理之美》卷一，你将踏上一段深入微观世界的奇妙旅程。本书并非枯燥的公式堆砌，而是以精巧绝伦的科学实验为载体，带领你亲身体验并理解那些构成我们世界基石的物理学原理。我们将从原子、电子、光子等微观粒子的奇特行为入手，揭示潜藏在日常现象背后的深刻道理，让你在亲手操作和观察中，感受物理学的逻辑之美、和谐之美与创造之美。 第一篇：量子世界的入口——原子与电子的舞蹈 本篇将带你初步领略量子世界的迷人风采。我们知道，物质是由原子构成的，而原子又由原子核和核外电子组成。然而，在微观尺度下，这些粒子的行为远非我们直观感受到的那样简单。 电子的轨道之谜： 传统的原子模型将电子描述为围绕原子核运动的行星，但这仅仅是一个粗略的近似。在量子力学中，电子并非在确定的轨道上运行，而是以概率分布的形式存在于原子核周围的“电子云”中。我们将通过一些巧妙的实验，例如 阴极射线管实验，来重温电子的发现过程，并探讨其负电荷和质量的测量。通过观察不同元素光谱的独特性质，我们将窥探电子能级的量子化特征，理解为何每个元素都有其独特的“指纹”。 光子的奇妙身份： 光，这个我们最熟悉的能量形式，其本质远比我们想象的要复杂。它是波动还是粒子？双缝干涉实验 将以直观的方式展现光的波动性，证明光能够像水波一样产生干涉和衍射。然而，光电效应 却又揭示了光的粒子性——光子。我们将学习如何利用光电效应来测量普朗克常数，理解能量子（光子）的概念，以及它如何在许多现代技术中发挥作用，比如太阳能电池。 不确定性的幽灵： 量子力学的另一个核心概念是 海森堡不确定性原理。它告诉我们，我们无法同时精确地测量一个粒子的位置和动量。我们将通过模拟实验或分析相关实验数据，来理解这一原理的意义，以及它对我们认识微观世界带来的颠覆性挑战。这种固有的不确定性并非仪器精度的问题，而是微观粒子固有的性质。 第二篇：光的波粒二象性——从经典到量子 光，是物理学中最引人入胜的现象之一。在本篇中，我们将深入探索光的本质，揭示其令人着迷的波粒二象性。 光的波动性： 我们将从 杨氏双缝干涉实验 开始，细致地分析实验现象。通过改变缝的宽度、间距以及光的波长，观察干涉条纹的变化，从而直观理解光的衍射和干涉现象，这是其波动性的有力证据。我们将探讨光的色散现象，例如通过三棱镜将白光分解成彩虹，理解不同颜色的光具有不同的波长，以及它们在介质中的传播速度差异。 光的粒子性： 随后，我们将转向光的粒子性。黑体辐射 实验的经典难题，以及 普朗克量子假设 的提出，标志着量子时代的开启。我们将回顾这些历史性的实验和理论，理解能量的量子化如何解释黑体辐射的频谱。康普顿散射实验 进一步证实了光子的概念，当我们用X射线照射物质时，散射光的波长会发生改变，这就像是光子与电子发生了“碰撞”，动量和能量守恒。 波粒二象性的融合： 如何理解一个粒子既是波又是粒子？我们将探讨 德布罗意波 的概念，设想物质也具有波动性，并介绍 电子衍射实验 如何证实了这一理论。最终，我们将尝试理解波粒二象性并非简单地“一会儿是波一会儿是粒子”，而是微观粒子的一种内在的、统一的性质，其表现形式取决于我们如何与其相互作用。 第三篇：物质的构成——原子结构与化学键 在本篇中，我们将目光从单个粒子转向构成宏观物质的基本单元——原子，并探究原子之间如何结合形成各种物质。 原子核的秘密： 放射性现象的发现，如 卢瑟福 α 粒子散射实验，揭示了原子内部并非均匀的“布丁模型”，而是存在一个致密的原子核。我们将回顾这些奠基性的实验，理解原子核的构成（质子和中其中），以及原子核的稳定性。放射性衰变的过程，如 α、β、γ 衰变，将带领我们认识到原子核的内在动力学。 电子的排布与化学性质： 电子在原子中的排布决定了原子的化学性质。我们将学习 泡利不相容原理 和 洪特规则，理解电子如何填充原子轨道，形成不同的电子壳层和亚层。从氢原子光谱的精细结构，到更复杂原子中电子的能级跃迁，我们将理解不同元素的化学反应性为何如此差异巨大。 化学键的形成： 原子如何通过化学键结合成分子？我们将从 离子键 和 共价键 的形成机制入手，理解电子的转移和共享如何使得原子达到更稳定的状态。通过模拟分子形成的过程，例如水分子的形成，我们可以直观地理解键角、键长等概念。我们将探讨 范德华力 等分子间作用力，解释为何不同物质具有不同的熔点、沸点和溶解度。 第四篇：能量的转化与守恒——从宏观到微观 能量是物理学中最 fundamental 的概念之一。本篇将带你深入理解能量的多种形式以及能量守恒定律在不同尺度下的体现。 动能与势能： 从简单的抛体运动到复杂的机械系统，我们将通过设计实验来测量和计算物体的动能和势能。例如，通过测量不同高度释放的球的动能，来验证机械能的转化。我们将探讨 弹性势能 在弹簧和材料形变中的作用，以及 引力势能 在天体运动中的重要性。 热能与温度： 热学是能量转化和传递的重要领域。我们将通过 比热容 和 导热系数 的测量实验，理解不同物质的吸热和放热特性。我们将探讨 热力学第一定律（能量守恒）在热学过程中的应用，例如通过功和热量来改变物体的内能。 电能的秘密： 电场和磁场是能量的重要载体。我们将通过 电池供电的电路实验，理解电能是如何产生的，以及它如何在电路中流动并做功。我们将探讨 法拉第电磁感应定律，理解变化的磁场如何产生电场，以及这是发电机工作的基本原理。 能量的量子化： 回顾 普朗克量子假设 和 爱因斯坦的光电效应，我们将进一步理解能量在微观尺度下是如何量子化的。能量的吸收和释放通常是以离散的“量子”形式进行的，这与宏观世界中连续的能量变化有着本质的区别。 第五篇：光的传播与成像——看得见的物理学 光学是物理学中最直观、最容易产生共鸣的分支之一。本篇将通过一系列实验，揭示光的传播规律以及形成图像的奥秘。 直线传播与反射： 我们将通过 激光笔和镜子 的实验，直观地验证光在均匀介质中是沿直线传播的。通过测量入射角和反射角，来验证 反射定律。我们将探讨 平面镜和球面镜 的成像原理，理解虚像和实像的区别，以及如何通过实验来确定物距、像距和焦距的关系。 折射与透镜： 当光从一种介质传播到另一种介质时，会发生 折射。我们将通过 水槽和筷子的实验，观察到筷子在水中“折断”的现象，并测量 折射率。我们将详细研究 凸透镜和凹透镜 的成像特性，了解它们如何用于放大、缩小和聚焦光线，以及照相机、显微镜和望远镜等光学仪器的基本原理。 色彩的奥秘： 我们将探讨 光的混合（加色混合和减色混合），理解不同颜色的光是如何组合形成我们看到的各种色彩的。通过 棱镜 的实验，我们将再次深入理解 色散 现象，以及不同波长的光如何在介质中以不同速度传播。 《极客物理：科学实验中的物理之美》卷一 旨在通过丰富的实验设计，让你在动手实践中，体验物理学的严谨逻辑、精妙规律和无穷魅力。我们相信，通过对微观世界的探索，你将对我们所处的世界产生全新的认知，发现隐藏在日常现象背后的深刻物理之美。这本书不仅是学习物理的指南，更是一场激发好奇心、点燃创造力的科学冒险。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计真是深得我心，那种略带复古的字体搭配深邃的星空背景，一下子就抓住了我的注意力。我是一个对物理有着浓厚兴趣的业余爱好者，平时会自己捣鼓一些小实验，但总感觉缺少系统性的指导。《极客物理》这个名字本身就带着一种不羁的、探索未知的好奇心。拿到书后，我迫不及待地翻阅，它没有那种教科书式的枯燥，而是用非常生动有趣的语言，将复杂的物理概念融入到日常生活中可以观察到的现象中。比如，书中对光学的讲解，不是简单地抛出透镜公式，而是通过制作一个简易的投影仪来直观展示光的折射和反射原理，这种“动手做中学”的方式对我来说太友好了。我特别喜欢作者在引言中提到的，物理不仅仅是公式和定律，更是理解我们周围世界运行规律的一把钥匙。这种理念贯穿始终，让人在阅读时充满了探索的乐趣，而不是应试的压力。我感觉自己就像是拿到了一份藏宝图，引领我去发现隐藏在日常生活背后的物理奇迹。我已经计划好了，这个周末就要开始尝试书里介绍的几个小型电磁学实验，期待能带来新的领悟。这本书无疑为我打开了一扇通往更深层次科学理解的大门。

评分☆☆☆☆☆

阅读体验上，这本书的排版和插图处理得极为精妙，达到了艺术品鉴赏的级别。我发现作者在很多关键概念的解释上，都采用了非常独特的比喻，比如用河流的湍急程度来类比电流的强度，这种跨领域的类比瞬间打通了我对抽象概念的理解障碍。我记得以前学热力学时总是昏头转向，但这本书里对熵的阐述，竟然是结合了整理房间的效率问题，一下子就豁然开朗了。而且，书中穿插的那些历史小故事，比如某个物理学家的“灵光一现”时刻，让原本冰冷的科学知识变得有血有肉，充满了人文关怀。这让我意识到，科学的发展从来都不是一帆风顺的，背后是无数次失败和坚持。从这个角度来看，这本书不仅是物理启蒙读物，更像是一本关于科学精神的励志传记。我特别欣赏作者那种不迎合大众的严谨性，它既要有趣，但绝不牺牲科学的准确度，在趣味性和深度之间找到了一个近乎完美的平衡点。对于想要系统性提升自己物理思维，但又害怕掉入深奥理论泥潭的读者来说，这本书无疑是最佳的选择。

评分☆☆☆☆☆

坦率地说，我是一个阅读习惯比较挑剔的人，很多科普读物读几页就容易走神，但这本书的叙事节奏掌握得非常好，让人有种“一口气读完”的冲动。作者的文笔非常流畅，像一位经验丰富的朋友在向你娓娓道来他最热衷的发现。尤其是在讲述波粒二象性这种宏大且反直觉的概念时，作者并没有急于给出定论，而是层层递进，先通过经典的双缝干涉实验铺垫，再引入量子力学的解释框架，最后留下一些悬而未决的问题供读者思考。这种“引导式学习”的结构，极大地激发了读者的内在求知欲，而不是被动接受知识。我感觉自己在跟随作者的思路进行一场智力上的探险，而不是被动地接受知识的灌输。这种互动性和启发性，是很多传统物理读物所缺乏的。它鼓励读者质疑、鼓励读者拓展，真正体现了“探索物理之美”的精髓所在。我甚至有些期待卷二的内容了，希望能看到作者如何处理更前沿的物理课题。

评分☆☆☆☆☆

这本书最让我感到惊喜的是它对实验安全和器材选择的细致考量。很多科普书为了追求实验的酷炫效果，会推荐一些普通家庭难以获取或操作起来有一定危险性的器材。但《极客物理》显然是从读者的实际情况出发的。它推荐的绝大多数实验，材料都能在普通的五金店或者生活用品中找到，比如用硬币、橡皮筋和吸管就能搭建一个有趣的简易谐振器。这种“低门槛、高回报”的实验设计理念，极大地降低了实践的心理门槛。我以前总觉得“物理实验”意味着昂贵的示波器和复杂的电路板，但这本书让我认识到，真正的物理思维，更多的是对现象的敏锐观察和对变量的控制能力，这些才是核心。书中每一组实验的步骤都写得像菜谱一样清晰，配有大量的实景照片，确保了即使是初次接触实验的人也能准确操作。这已经不仅仅是一本“读物”了，它更像是一个可靠的、手把手的实验导师，陪伴你一步步完成从理论到实践的转化过程，这种陪伴感在其他同类书籍中是很难找到的。

评分☆☆☆☆☆

这本书在知识的深度和广度上给我带来了极大的震撼。它并非停留在高中物理的表面层次，而是巧妙地将微积分和矢量分析的概念，以一种非数学化的方式融入到流体力学和电磁场的解释中。比如，在讨论电势能时，作者使用了一个形象的比喻——想象一个看不见的地形图，电荷就像滚动的球，这比单纯的电场线描述要直观得多。更难能可贵的是，书中对现代物理学的介绍也保持了足够的克制和严谨，并没有过度美化或神化相对论和量子力学，而是清晰地勾勒出这些理论的边界和它们所解决的问题。对于我这种渴望跨越科普与专业知识鸿沟的读者来说，这本书提供了一个完美的“桥梁”。它既能满足我日常的好奇心，又能为我未来深入学习打下坚实的直觉基础。它让我确信，物理的魅力不在于它有多难，而在于它那无与伦比的解释力和构建世界的统一性。这绝不是一本可以快速翻阅的书，它值得我反复咀嚼，每一次重读都会有新的感悟。

评分☆☆☆☆☆

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