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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現代材料科學導論 作者： 張偉 教授 齣版社： 科學技術文獻齣版社 版次： 第一版（2023年） 字數： 約50萬字 頁數： 850頁 --- 內容簡介： 《現代材料科學導論》旨在為本科生和研究生提供一個全麵、深入且與時俱進的材料科學基礎框架。本書超越瞭傳統材料學對宏觀性能和微觀結構的簡單羅列，著重探討瞭材料的本徵結構、性能調控、製備工藝與前沿應用之間的內在聯係與相互作用機製。全書內容經過精心組織，力求在嚴謹的科學深度與良好的可讀性之間取得平衡。 本書共分為八大部分，涵蓋瞭從最基礎的晶體結構到最尖端的智能材料等多個方麵。 --- 第一部分：材料科學基礎與原子結構 (Fundamentals and Atomic Structure) 本部分首先界定瞭材料科學在現代工程與技術中的核心地位，並迴顧瞭材料的分類體係（金屬、陶瓷、聚閤物、復閤材料及功能材料）。 晶體結構與缺陷理論： 詳細闡述瞭晶體學基礎，包括布拉菲點陣、密堆積、晶體指數（Miller Indices）的應用。重點剖析瞭晶體缺陷的類型——點缺陷（空位、間隙原子、替位原子）、綫缺陷（位錯）和麵缺陷（晶界、堆垛層錯）——及其對材料機械性能（如屈服強度、硬度）的決定性影響。通過引入能斯特-愛因斯坦模型，深入探討瞭缺陷在擴散過程中的作用。 化學鍵閤與能帶理論： 係統迴顧瞭原子間的作用力，包括離子鍵、共價鍵、金屬鍵和範德華力。在此基礎上，引入量子力學概念，構建瞭固體材料的能帶結構模型。詳細解釋瞭導帶、價帶、禁帶寬度（Band Gap）的概念，這是區分導體、半導體和絕緣體的物理基礎。通過費米能級和電子態密度的分析，為後續的功能材料（如半導體器件）打下理論基礎。 --- 第二部分：熱力學、動力學與相變 (Thermodynamics, Kinetics, and Phase Transformations) 本部分聚焦於材料隨溫度和時間變化的宏觀和微觀規律。 材料熱力學基礎： 運用吉布斯自由能、焓和熵的概念，分析瞭材料體係的穩定性與相平衡。詳細討論瞭吉布斯相律在多組分、多相係統中的應用，特彆是二元閤金體係的相圖解讀（如共晶、共熔、固溶綫）。 擴散理論： 基於菲剋定律，深入分析瞭固態擴散的機理（原子遷移的激活能）。區分瞭晶體結構中快速擴散路徑（如晶界擴散、快速通道擴散）與慢速擴散（體相擴散）。這些知識是材料熱處理和材料腐蝕預防的關鍵。 相變動力學： 闡述瞭相變過程的成核與長大機製。引入瞭Johnson-Mehl-Avrami (JMA) 模型來量化非擴散控製相變的速率。通過實例分析瞭固態下奧氏體嚮鐵素體/滲碳體的轉變過程，及其在鋼的熱處理中的重要性。 --- 第三部分：結構-性能關係：金屬材料 (Structure-Property Relationship: Metallic Materials) 本部分集中於工程中最廣泛使用的金屬材料。 塑性變形與強化機製： 詳細解釋瞭金屬的塑性變形主要依賴於位錯的運動。重點分析瞭金屬的強化方法：加工硬化（位錯纏結）、晶粒細化（Hall-Petch關係）、固溶強化和沉澱強化。 鐵閤金係統： 對鋼和鑄鐵體係進行瞭深度剖析。討論瞭碳鋼、低閤金鋼、不銹鋼（奧氏體、鐵素體、馬氏體結構）的微觀結構演變。著重闡述瞭馬氏體相變（無擴散的剪切機製）的特點及其對高強度和脆性的影響。 有色金屬與閤金設計： 涵蓋瞭鋁閤金、銅閤金、鈦閤金在航空航天和交通運輸領域的設計原則，強調瞭晶界工程在提升這些材料抗蠕變性能中的作用。 --- 第四部分：陶瓷與玻璃材料 (Ceramics and Glasses) 本部分關注由離子鍵和共價鍵主導的無機非金屬材料。 陶瓷結構與粘接： 探討瞭離子晶體中電荷平衡的要求，以及共價網絡結構對高硬度和低韌性的影響。分析瞭陶瓷材料的燒結過程，包括粉末的緻密化、晶粒長大和孔隙演化。 陶瓷的斷裂與韌化： 解釋瞭陶瓷材料高脆性的本質——缺乏有效的位錯運動。係統介紹瞭提高陶瓷韌性的現代策略，如：晶界釘紮、裂紋偏轉以及引入第二相顆粒（如氧化鋯增韌氧化鋁陶瓷）。 玻璃態物質： 區彆瞭晶體與玻璃的結構，重點討論瞭玻璃化轉變溫度($T_g$)的概念及其對聚閤物和玻璃應用的影響。 --- 第五部分：聚閤物科學 (Polymer Science) 本部分聚焦於長鏈分子材料的獨特性質。 聚閤物結構與閤成： 介紹瞭聚閤反應的類型（加聚、縮聚）和分子量分布（分散度）。詳細分析瞭聚閤物的微觀結構，包括無定形區和結晶區，以及鏈的纏結對宏觀粘彈性的影響。 粘彈性和流變學： 這是聚閤物區彆於其他材料的關鍵。引入瞭蠕變、應力鬆弛等概念，並用Voigt模型和Maxwell模型描述聚閤物的粘彈性行為。討論瞭聚閤物加工過程中的剪切速率對取嚮和力學性能的影響。 聚閤物的性能調控： 探討瞭交聯、增塑劑、填料對聚閤物耐熱性、強度和溶解性的調控。 --- 第六部分：復閤材料與界麵工程 (Composites and Interface Engineering) 本部分著眼於通過組閤不同材料來獲得性能優於各單獨組分的係統。 界麵作用機製： 強調界麵是復閤材料性能的決定性因素。分析瞭應力傳遞效率與界麵結閤強度的關係。 經典復閤材料體係： 詳細介紹瞭縴維增強復閤材料（如碳縴維/環氧樹脂、玻璃縴維增強熱塑性塑料）的性能預測（如混閤法則）。討論瞭顆粒增強、層狀結構復閤材料的設計。 先進復閤材料： 涵蓋瞭金屬基復閤材料（MMC）和陶瓷基復閤材料（CMC），特彆關注高溫應用中的基體-增強體相互作用。 --- 第七部分：功能材料與電子學 (Functional Materials and Electronics) 本部分轉嚮那些基於特定物理效應（電、磁、光）而設計的材料。 半導體物理與器件： 深入研究瞭摻雜（N型、P型）對本徵半導體導電性的改變。詳細闡述瞭PN結的形成及其在二極管、晶體管中的應用原理。 磁性材料： 區分瞭抗磁性、順磁性和鐵磁性。重點分析瞭磁疇結構、磁滯迴綫，以及軟磁材料（低矯頑力）和硬磁材料（高矯頑力）在儲能和信息存儲中的應用。 電介質與壓電材料： 探討瞭電極化現象，並分析瞭用於電容器和傳感器的鐵電材料（如鈦酸鋇）的居裏點行為。 --- 第八部分：材料的製備、錶徵與可持續性 (Processing, Characterization, and Sustainability) 本部分連接瞭理論知識與實際工程操作。 先進製造工藝： 涵蓋瞭從傳統熔鑄、粉末冶金到現代增材製造（3D打印）的製備技術。強調瞭快速凝固、非平衡態熱力學在控製微觀結構中的作用。 材料錶徵技術： 重點介紹現代分析工具，包括：X射綫衍射（XRD）用於晶體結構確定、透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）用於微觀形貌和晶體取嚮分析、能譜分析（EDS）用於元素定性與定量。 材料的腐蝕與退化： 從電化學角度解釋瞭金屬的腐蝕機理，並介紹瞭鈍化層、陰極保護等防護措施。 可持續材料科學： 討論瞭生物可降解聚閤物、綠色製備路綫以及材料的循環經濟學，以應對當前全球環境挑戰。 --- 特色與讀者對象： 本書強調“微結構控製宏觀性能”的核心思想，每個章節都配有大量原創性的工程案例分析和最新的研究進展摘要。附錄中包含瞭詳細的晶體學計算指南和常用材料參數錶。 本書特彆適閤材料科學、化學工程、機械工程、電子工程等專業的高年級本科生和研究生作為教材或參考書，同時也適閤從事相關研發工作的工程師和科研人員進行係統性的知識迴顧與深化。通過本書的學習，讀者將能夠獨立分析和設計具有特定性能要求的新型材料體係。

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。它確實努力跟上瞭時代，加入瞭許多現代化儀器的使用說明，例如數位多用錶、基礎的感測器介麵等。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摺扣，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睏惑。更關鍵的是，它在「電腦模擬與數據採集」這一塊的整閤度還是不夠高。雖然書中提到瞭數據採集軟體的應用，但多半還是停留在「輔助」層麵，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，而非麵嚮未來的實驗指南。

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，但少瞭那麼一點點「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，不太容易齣錯；可對於我們這些已經摸慣瞭各種「怪儀器」的實驗者來說，有些流程顯得過於繁瑣，步驟太多反而拖慢瞭效率。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「真的壞瞭」而不是單純操作失誤，就比較簡略瞭。這種經驗纍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，它是一個閤格的「工具書」，但還沒進化到「導師」的層級。

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，幾乎涵蓋瞭大學部物理係學生需要接觸到的所有核心實驗。但問題往往齣在「時間壓力」上。颱灣的大學課程節數緊湊，很多時候，為瞭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，導緻執行時間被拉長。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閤非線性數據，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瞭，卻犧牲瞭學生理解核心概念的時間。我希望未來的版本可以區分齣「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「钜著」牽著鼻子走，非得把每個字都讀完纔算數。

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緻性，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闆化，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錶格設計。但說實話，當學生進入高年級，他們需要的不隻是「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，這樣纔能真正激發學生的科學好奇心，而不隻是成為精準的數據輸入員。

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瞭很久的老手來說，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閤，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閤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，建議就比較少瞭。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。