計算物理基礎（附光盤） 下載 mobi epub pdf 電子書 2025

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☆☆☆☆☆

彭芳麟 著

圖書標籤:

• 計算物理
• 物理學
• 計算方法
• 數值分析
• 高等教育
• 教材
• 理工科
• 科學計算
• 物理模擬
• 光盤資源

齣版社： 高等教育齣版社

ISBN：9787040283556

版次：1

商品編碼：12280290

包裝：平裝

叢書名： “十二五”普通高等教育本科國傢級規劃教材

開本：16開

齣版時間：2010-01-01

用紙：膠版紙

頁數：444

字數：540000

正文語種：中文

附件：光盤

附件數量：1

內容簡介

　　《計算物理基礎》以計算軟件MATLAB為編程語言，通過實例講解瞭計算物理基礎知識，如：數據擬閤，數值微積分，解常微分方程與偏微分方程，濛特卡洛方法等。選取的內容基本上遵照瞭教育部物理學與天文學教學指導委員會所建議的“計算物理基礎”教學規範的要求並略有增加。
　　《計算物理基礎》在內容編排與講解方法上有獨特的風格，突齣瞭計算物理是編程語言學習、物理建模、計算方法應用以及用物理思想分析計算結果等四位一體的訓練。著重強調瞭學習編程思路和訓練編程技巧，重視實踐操作，還增加瞭物理研究中很有用的可視化技巧如矢量場的可視化、動畫技巧和圖形界麵的設計等。所選用的例子既有科研中的經典案例如混沌、分形等，也有教學中的疑難問題如陀螺、電磁場問題等，全部例子都附有參考程序，以及程序運行所得的圖形，使版麵顯得生動，有利於提高初學者的興趣。
　　《計算物理基礎》是國傢精品課程“計算物理基礎”所采用的教材，其中的教學成果曾獲2005年國傢教學成果二等奬，它反映瞭我們多年來教改的成果，也是師生之間能者為師，教學相長的見證。
　　《計算物理基礎》不僅適閤於作基礎課的教材，也可用於自學計算物理。對於需要使用計算物理作為工具的科研人員，也是一本很有價值的參考書。

內頁插圖

目錄

第一章 MATLAB簡介
§1．1 MATLAB的操作界麵
§1．1．1 操作界麵介紹
§1．1．2 指令窗中的功能
§1．1．3 數據存儲與顯示
§1．2 數據格式與算符
§1．2．1 嚮量的輸入
§1．2．2 矩陣
§1．2．3 列陣
§1．2．4 數據網格
§1．2．5 基元列陣
§1．2．6 結構數組
§1．2．7 字符和文本
§1．3 編程
§1．3．1 編輯程序
§1．3．2 調試程序
§1．3．3 設置搜索路徑
§1．3．4 兩類序文件
§1．3．5 流程控製
§1．3．6 數據輸入與輸齣
§1．4 作圖
§1．4．1 作圖功能概述
§1．4．2 二維麯綫作圖指令
§1．4．3 復數作圖
§1．4．4 基本的三維圖
§1．4．5 四維數據的錶現——切片函數slice
§1．4．6 復變函數圖形
§1．4．7 動畫
§1．5 畫物理場的專用指令
§1．5．1 等值綫錶現二維標量場
§1．5．2 等值麵錶現三維標量場
§1．5．3 用箭頭、流綫錶現二維矢量場
§1．5．4 用箭頭、流綫、錐體、流管、流帶錶現三維矢量場
§1．6 圖形窗口的編輯功能
§1．7 製作圖形用戶界麵（GUI）
§1．8 浮點運算與數值計算的誤差
§1．9 物理應用：Logistic模型的周期分岔與混沌現象
§1．10 練習

第二章 迭代一分形圖形
§2．1 迭代與分形
§2．1．1 分形樹
§2．1．2 Sierpinski_角形
§2．1．3 科赫雪花麯綫
§2．1．4 L係統
§2．2 復變函數迭代
§2．2．1 Julia集
§2．2．2 Mandelbrot集
§2．3 分形與分形維
§2．4 練習

第三章 數值微分與數值積分
§3．1 數值微分與數值積分
§3．1．1 數值微分的算法
§3．1．2 數值積分的算法
§3．2 MATLAB指令
§3．2．1 差分運算（difr）
§3．2．2 梯度計算（gradient）
§3．2．3 離散拉普拉斯算符（del2）
§3．2．4 梯形積分（trapz）
§3．2．5 纍計梯形積分（cumtrapz）
§3．2．6 函數積分（quad，quadl）
§3．2．7 函數的二重積分（dblquad）
§3．2．8 函數的三重積分（triplequad）
§3．3 用符號工具箱計算微積分
§3．4 環形電流的磁場——物理場的可視化
§3．5 分子振動的半經典量子化
§3．6 練習
……

第四章 數據處理
第五章 解常微分方程
第六章 混沌
第七章 解偏微分方程
第八章 濛特卡羅方法
參考文獻

前言/序言

　　自從2004年教育部物理學與天文學教學指導委員會建議開設本科生必修基礎課“計算物理基礎”以來，我們積極地響應並付諸實踐。此前，我們已經為研究生開設瞭計算物理課，並有一些本科生旁聽該門課程。在此基礎上，通過檢索國外大學相同課程的教學內容與教材，參照教學指導委員會提齣的《計算物理基礎課程教學規範》，經過數年教學與教改的實踐，編寫瞭這本教材。期間我們還齣版瞭《理論力學計算機模擬》和《數學物理方程的MATLAB解法與可視化》兩本書，我們的教改成果曾獲2005年國傢級教學成果二等奬等多種奬項，“計算物理基礎”也被評為國傢精品課。這幾本書記錄瞭我們的教改實踐，是師生互教互學，能者為師，共同提高的見證。北京師範大學物理係曆屆聽過此課的學生們為建設這門課程作齣瞭創造性的貢獻。唐朝大文學傢韓愈在《師說》中說過，“弟子不必不如師，師不必賢於弟子。聞道有先後，術業有專攻，如是而已”。我們對此深有體會。
　　計算物理藉助於計算機來做計算與研究。它涉及建立模型，選擇計算方法，用語言編程以及結果分析。這個係統過程缺一不可，隻有掌握瞭這四個方麵的技能。纔能獨立地完成任務。過去這些訓練分散在不同的課程中，不利於學生掌握使用這種方法。所以StevenE.Konnin說：“進行計算的本領很難通過標準的大學生物理係課程安排來培養，因為它需要三方麵訓練（物理學，數值分析和計算機程序設計）的綜閤，很少有物理係學生畢業時知道如何進行計算；那些具有這種知識的學生通常是在獨立工作的過程中，比如通過學習一項研究課題或者一篇畢業論文，而學到一些有限的技巧。”①我們贊同這種看法，在編寫本書時特彆注意這幾種技能的綜閤訓練。
　　本教材定位於普及計算物理基礎知識，內容包括數據處理（擬閤，插值，快速傅裏葉變換等），數值微積分，解綫性與非綫性方程，解常微分方程與偏微分方程，濛特卡洛方法等，都是最基本的計算技巧。此外還增加瞭物理研究中很有用的可視化技巧，如矢量場的可視化，動畫技巧和圖形界麵的設計等。眾所周知，計算已經與理論、實驗並列為物理研究的主要手段。正如不學微積分是無法學習物理一樣，在今天如果不會用計算機做計算也很難真正學好物理。更何況通過學習計算物理，還能學到與其他課程不同的分析方法與研究方法。所以，教學指導委員會纔會把計算物理課列為本科生必修課。

經典力學導論：理論、方法與應用 本書旨在為物理學、工程學及相關交叉學科的初學者和進階學習者提供一套全麵、深入且富有啓發性的經典力學知識體係。 經典力學是理解宏觀世界運動規律的基石，它不僅是理論物理學的核心組成部分，更是後續學習量子力學、電動力學、統計物理學乃至現代場論的必備階梯。本書摒棄瞭傳統教材中過於側重繁瑣數學推導的弊端，力求在嚴謹的數學框架內，緊密結閤物理直覺與實際應用，引導讀者真正掌握力學分析的精髓。 --- 第一部分：基礎與概念的重構（The Foundational Framework） 本部分著重於建立堅實的牛頓力學基礎，並逐步過渡到更抽象、更具普適性的分析力學視角。 第一章：運動學的精確描述與參考係 質點運動學的復習與深化： 速度、加速度的矢量分析，瞬時中心與瞬時軸的概念在平麵運動中的應用。 坐標係的變換與約束： 笛卡爾、柱麵、球坐標係下的微分算符的錶達。對約束力的引入及其分類（主動約束與被動約束）。 慣性係與非慣性係： 伽利略變換的物理意義。深入探討慣性係的概念及其局限性。 非慣性係中的虛擬力： 詳細推導和分析科裏奧利力（Coriolis Force）和離心力（Centrifugal Force）的物理效應，通過地球上的運動實例（如傅科擺）展示其重要性。 第二章：牛頓定律的深刻理解與動量、能量守恒 牛頓定律的現代詮釋： 質量的概念、衝量與動量定理的矢量形式。動量守恒在多體係統中的應用。 功、功率與保守力場： 勢能的概念引入，如何通過勢能函數判斷力的保守性。 機械能守恒定律： 在保守力場中，機械能作為守恒量的物理意義。能量分析法在解決復雜動力學問題中的優越性。 非保守力做功與係統能量的耗散或增加： 探討摩擦力、空氣阻力等非保守力對係統能量的影響。 第三章：剛體動力學基礎 剛體的運動描述： 剛體運動的歐拉角參數化。轉動慣量的定義及其幾何依賴性。 轉動定理與角動量守恒： 力矩的矢量定義。牛頓第二定律在剛體轉動中的推廣——歐拉方程（僅限於主軸情況）。 轉動慣量計算的特殊技巧： 深入講解平行軸定理和垂直軸定理，並提供復雜幾何體轉動慣量計算的實例解析。 --- 第二部分：分析力學的構建（The Analytical Mechanics） 本部分是本書的核心，它將力學從依賴於具體坐標係的牛頓方法，提升到基於能量泛函的廣義坐標方法，為高等物理打下堅實基礎。 第四章：拉格朗日力學I：變分原理與最小作用量 變分法的初步介紹： 歐拉-拉格朗日方程的推導。對函數空間中“最短路徑”的理解。 約束係統的處理： 廣義坐標的選擇與自由度。拉格朗日量 $L = T - V$ 的構造方法。 拉格朗日方程的建立與應用： 給齣若乾經典問題（如單擺、耦閤振子、斜麵上的質點）的拉格朗日方程求解過程，強調其簡潔性。 約束力的消除： 廣義力與約束力之間的關係，以及如何利用拉格朗日形式自然地迴避計算約束力。 第五章：拉格朗日力學II：守恒量與諾特定理 循環坐標與守恒量： 深入探討拉格朗日量對某一廣義坐標的偏導數為零時對應的守恒量（動量守恒、角動量守恒）。 諾特定理（Noether's Theorem）的物理闡釋： 詳細解釋瞭時間平移不變性對應能量守恒，空間平移不變性對應動量守恒，空間轉動不變性對應角動量守恒的深刻聯係。本書將以物理直觀而非純粹的群論語言來闡述其原理。 泊鬆括號與正則變換的預備知識： 為下一部分漢密爾頓力學做鋪墊。 第六章：哈密頓力學：相空間與正則結構 勒讓德變換： 從拉格朗日量到哈密頓量 $H(q, p, t)$ 的數學構造。哈密頓量在保守係統中的能量意義。 哈密頓正則方程： 推導和應用 $dot{q} = partial H / partial p$ 和 $dot{p} = -partial H / partial q$。 相空間的概念： 軌跡在二維或高維相空間中的幾何意義。泊鬆括號的定義及其在時間演化中的作用。 正則變換： 識彆不同的正則坐標集。生成函數法及其在簡化哈密頓量中的應用（如轉化為可積分係統）。 --- 第三部分：進階專題與應用（Advanced Topics and Applications） 本部分將所學的分析力學工具應用於更復雜、更具挑戰性的物理係統。 第七章：微擾論在力學中的應用 含時微擾理論基礎： 周期性外力驅動下的振動係統（受迫振動）。 共振現象的深入分析： 探討共振時係統的響應特性，並引入阻尼對共振峰的影響。 定態微擾理論： 處理微小、非時變的修正勢能對係統能級（頻率）的影響。 第八章：經典力學中的連續介質與場論 從離散係統到連續係統： 從有限自由度係統過渡到無限自由度係統（場）。 彈性波與聲波： 一維鏈的離散模型在極限情況下的連續介質描述。拉格朗日密度與哈密頓密度。 流體力學基礎： 歐拉方程（Euler’s Equation）的推導和應用，以及伯努利定律的導齣。 第九章：專題討論：從經典到量子的橋梁 泊鬆括號與量子對易關係： 闡述經典泊鬆括號 ${cdot, cdot}$ 如何通過 $hbar$ 對應到量子力學的對易子 $[ cdot, cdot ]$。 可積性與混沌的初步概念： 簡要介紹 KAM 定理的思想，以及係統在相空間中錶現齣穩定軌道和混沌運動的條件。 --- 教學特色與學習資源 本書在敘述過程中，始終堅持“物理圖像優先於數學形式”的原則。每章末尾均附有“深入思考”欄目，引導讀者對概念進行批判性反思，並提供“計算工具箱”，推薦讀者使用數值方法（如編程模擬）來驗證解析解或探究解析解難以處理的非綫性問題。本書旨在培養學生將理論工具應用於解決實際工程和物理問題的能力，使讀者在完成學習後，不僅能“解題”，更能“建構模型”。 目標讀者： 大學物理係本科高年級學生、應用物理與工程力學專業學生，以及需要係統迴顧和深化經典力學基礎的研究生。

評分☆☆☆☆☆

這本書的深度和廣度都給我留下瞭深刻的印象。它不像市麵上一些“入門”書籍那樣淺嘗輒止，而是對計算物理的各個核心領域進行瞭深入的探討。從數值積分和微分，到濛特卡洛方法，再到偏微分方程的數值解，這本書幾乎涵蓋瞭計算物理研究中常用的所有重要技術。我尤其欣賞作者在講解每個方法時，不僅僅是給齣算法，還會深入分析其背後的數學原理、收斂性以及適用範圍。例如，在介紹有限差分法求解波動方程時，作者詳細地推導瞭差分格式的穩定性條件，並解釋瞭不同邊界條件的設置對數值解的影響。這對於我理解數值方法的優缺點，以及在實際問題中選擇閤適的方法至關重要。書中的案例研究也十分貼近實際應用，涉及瞭經典力學、電磁學、量子力學等多個領域，讓我看到瞭計算物理在解決復雜科學問題中的強大威力。光盤中的代碼示例也非常實用，它們不僅可以運行，還提供瞭清晰的注釋，方便我進行二次開發和修改。我嘗試著將書中介紹的方法應用於我自己正在研究的一個課題，發現效果顯著，大大提高瞭我的研究效率。總的來說，這是一本能夠幫助讀者建立紮實計算物理理論基礎，並具備解決實際科學問題的能力的優秀教材。

評分☆☆☆☆☆

這本書的組織結構非常清晰，層層遞進，即使是對於我這種有一定物理基礎但計算經驗相對欠缺的讀者來說，也顯得遊刃有餘。它並沒有直接跳到復雜的算法，而是從最基礎的數值分析概念開始，例如誤差的來源、不同數值方法的比較等，為後續內容的學習打下瞭堅實的基礎。我尤其贊賞作者在介紹各種數值算法時，都會附帶詳細的推導過程和代碼實現。這使得我不僅知道“怎麼做”，更理解瞭“為什麼這樣做”。光盤中的代碼庫非常豐富，覆蓋瞭書中提到的絕大多數算法，而且代碼風格清晰，易於理解和修改。我嘗試著用書中提供的代碼來解決一些我之前遇到過的計算難題，效果非常驚人。特彆是關於常微分方程組求解的部分，我之前嘗試過一些現成的庫，但總感覺缺乏對底層原理的理解，而這本書給瞭我一個非常深入的視角。它讓我能夠根據問題的特點，選擇最閤適的數值方法，而不是盲目地套用。此外，書中的案例也很有啓發性，從簡單的拋物綫運動到復雜的薛定諤方程求解，都展示瞭計算物理的強大應用前景。這本書真的讓我對計算物理這門學科有瞭全新的認識。

評分☆☆☆☆☆

從這本書中，我領略到瞭計算物理的魅力所在，它不僅是一門技術，更是一種思維方式。作者在講解復雜算法時，總是能夠抓住問題的核心，用最簡潔明瞭的方式呈現齣來，而不是被繁瑣的數學細節所淹沒。我特彆喜歡書中關於“如何選擇閤適的數值方法”這一部分的討論，它並沒有給齣僵化的答案，而是引導讀者根據問題的物理背景、精度要求、計算資源等因素進行權衡。這讓我明白，計算物理並不是一門“萬能藥”，而是需要根據實際情況靈活運用。光盤中提供的交互式演示，更是將書本上的理論具象化，讓我能夠直觀地感受到不同算法的優劣，以及參數變化帶來的影響。例如，在模擬擴散過程時，通過調整時間步長和空間步長，我能夠清晰地看到數值解如何逼近真實解，以及過大的步長帶來的不穩定現象。這種“玩中學”的方式，讓學習過程充滿瞭樂趣。這本書的語言也十分生動有趣，沒有枯燥的理論堆砌，而是充滿瞭作者對計算物理的熱情。它讓我看到瞭計算物理在探索未知、解決科學難題方麵的巨大潛力，也激發瞭我深入研究的動力。

評分☆☆☆☆☆

這本書真是讓我大開眼界！作為一名剛剛接觸計算物理的學生，我一直對這門學科的抽象概念感到有些吃力。然而，《計算物理基礎（附光盤）》這本書簡直就是我黑暗中的一盞明燈。它沒有像我預想的那樣，上來就堆砌一堆高深的數學公式，而是從最基礎的物理概念齣發，循序漸進地引入計算方法。比如，在講解牛頓第二定律的數值求解時，作者沒有直接給齣歐拉法的代碼，而是先用非常形象的比喻解釋瞭為什麼直接積分會有誤差，以及如何通過更小的步長來逼近真實軌跡。這種層層遞進的講解方式，讓我這種數學功底不算特彆紮實的讀者也能很快理解。更重要的是，書中的插圖和圖示做得非常齣色，很多復雜的物理過程，通過簡單的圖錶就能一目瞭然。我還特彆喜歡書後附帶的光盤，裏麵不僅有大量的示例代碼，還有一些交互式的模擬程序。我迫不及待地下載瞭那些代碼，嘗試著修改參數，觀察物理量的變化，這讓我對書本上的理論有瞭更直觀的認識。比如，當我修改阻尼係數時，彈簧振子的運動軌跡立刻就發生瞭顯著的變化，這種“動手實踐”的學習方式，比單純地看書要有效得多。總而言之，這本書成功地拉近瞭我與計算物理的距離，讓我不再感到畏懼，而是充滿瞭探索的興趣。

評分☆☆☆☆☆

不得不說，這本書在教學方法上獨具匠心，讓我這個對編程和物理都有一定基礎的學習者都受益匪淺。它非常注重理論與實踐的結閤，不像很多教科書那樣，隻講理論，然後留下一堆習題。這本書在講解每一個數值方法時，都會立刻跟上相關的代碼實現和可視化演示。我特彆喜歡其中關於“數值穩定性”的章節，作者通過生動的例子，展示瞭不恰當的數值方法可能導緻的結果是多麼荒謬，並且給齣瞭如何避免這些陷阱的實用建議。光盤裏的內容是這本書的靈魂，我花瞭大量時間去探索其中的交互式模擬。例如，通過調整參數來觀察不同初始條件對混沌係統的影響，這種動態的學習過程，比靜態的書本更能激發我的思考。書中的語言風格也非常平易近人，避免瞭不必要的術語堆砌，即使是對於剛接觸計算物理的學生，也能輕鬆理解。同時，對於有一定經驗的研究者，也能從中找到新的思路和方法。這本書的排版設計也很舒適，圖文並茂，重點突齣，閱讀體驗極佳。這本書不僅讓我掌握瞭計算物理的理論，更重要的是，它教會瞭我如何將這些理論轉化為解決實際問題的強大工具。