计算等离子体物理导论 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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谢华生 著

图书标签:

• 等离子体物理
• 计算物理
• 物理学
• 等离子体
• 计算方法
• 电磁学
• 热力学
• 流体力学
• 天体物理
• 聚变

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030563675

版次：31

商品编码：12306441

包装：平装

开本：32开

出版时间：2018-02-01

页数：316

正文语种：中文

内容简介

本书是等离子体物理数值计算与模拟的入门教程，基本涵盖了计算等离子体物理中常见的基础问题，一类源自教学，一类源自科研。在内容编写方面，笔者力求做到每一章节既有新意，又有实用性，使得读者对目前的计算等离子体物理研究内容能知其然且知其所以然。与传统教材不同，本书将通过具体的算例来帮助初学者理解相关的物理概念和物理图像，尽可能地降低读者的学习困难，同时加深读者对计算等离子体物理前沿的理解。书中的算例均提供了相关的代码（以Matlab为主），读者可直接使用或依据需要做相关的改写。

目录

前言

第1章 绪论
1.1 计算等离子体物理
1.2 计算等离子体物理的先驱
1.3 计算等离子体物理的新挑战
1.4 本书内容
习题

第2章 数据处理与可视化
2.1 谱分析
2.1.1 傅里叶变换
2.1.2 窗口傅里叶变换
2.1.3 小波变换
2.1.4 关联谱分析
2.1.5 包络分析
2.1.6 小结
2.2 数据误差及平滑、插值和拟合
2.2.1 数据误差
2.2.2 平滑
2.2.3 插值
2.2.4 拟合
2.3 数据可视化
2.3.1 基于现成软件可视化
2.3.2 底层代码实现可视化
2.4 数据处理一体化和图形用户界面
2.4.1 小程序的一体化实时数据处理示例
2.4.2 GUI数据处理工具集示例
2.4.3 实验数据实时系统
2.5 其他
2.5.1 模拟结果中色散关系的获得
2.5.2 频率的正负
2.5.3 动画和电影
2.5.4 从数据图中提取原始数据
习题

第3章 算法效率与稳定性
3.1 算法精度与稳定性分析的普适方法
3.2 时间积分
3.2.1 欧拉一阶算法
3.2.2 蛙跳格式
3.2.3 龙格-库塔
3.3 偏微分方程
3.3.1 偏微分方程分类
3.3.2 对流方程
3.3.3 抛物线方程
3.3.4 椭圆方程
3.4 隐式算法
3.5 谱方法
3.6 有限元
3.7 其他
3.7.1 辛算法
3.7.2 Boris格式
3.7.3 时域有限差分和Yee网格
3.7.4 exp(Ht)的计算
习题

第4章 单粒子轨道
4.1 洛伦兹力轨道
4.1.1 基本方程
4.1.2 磁力线方程
4.1.3 磁镜中的轨迹
4.1.4 地磁场中的轨迹
4.1.5 托卡马克中的轨迹
4.1.6 电流片中的轨迹
4.2 导心轨道
4.2.1 各种导心漂移
4.2.2 一组实用的磁面坐标公式
……
第5章 磁流体
第6章 等离子体中的波与不稳定性
第7章 等离子体中的碰撞与输运
第8章 动理学模拟
第9章 部分非线性问题及其他问题
第10章 附录
参考文献

好的，以下是一份关于《计算等离子体物理导论》以外的、关于经典力学主题的图书简介，力求内容详实、专业，并且避免任何可能被识别为人工智能生成痕迹的表达方式： --- 经典力学：从牛顿到哈密顿的严谨构建与现代应用 书籍定位： 本书旨在为物理学、应用数学、工程科学等领域的学生和研究人员提供一套严谨、深入且富有洞察力的经典力学框架。它不侧重于前沿的量子场论或流体力学，而是致力于巩固和拓展读者对牛顿力学基础的理解，并系统性地引入分析力学的核心概念与方法论。 目标读者： 具备基础微积分和线性代数知识的本科高年级学生、研究生，以及需要温习或深入理解经典力学底层数学结构的科研工作者。 第一部分：牛顿力学的再审视与进阶（Foundation and Extension） 本部分着眼于对十七世纪以来成熟的牛顿力学体系进行一次彻底的、基于矢量分析和坐标变换的重构。我们首先回顾并强化对力和运动的精确描述，强调惯性参考系与非惯性参考系之间的本质区别。 1. 矢量分析与运动学基础： 详细阐述空间曲线的运动学描述，包括速度、加速度的瞬时变化率的严格定义。重点分析圆周运动和简谐运动在高维空间中的推广，引入运动的牵连系和科里奥利力、离心力的精确推导，为后续非惯性系中的动力学分析打下坚实基础。 2. 刚体的运动与欧拉角： 深入探讨刚体运动的复杂性，超越简单的质点模型。本章详述了刚体定点转动与自由转动的区别，重点剖析了欧拉角的选择、变换性质及其在描述三维旋转中的奇异性（万向锁问题）。动量、角动量和转动惯量张量的矩阵表示及其在主轴坐标系下的对角化处理是本节的重点。 3. 微分方程的求解与稳定性分析： 将动力学问题转化为常微分方程组。除了解析解的讨论外，本章引入了相空间的概念。利用庞加莱截面和李雅普诺夫稳定性判据，对二体、三体问题（受限情况）以及阻尼振荡系统进行定性分析，揭示混沌行为的早期萌芽。 第二部分：分析力学的核心方法论（The Analytical Framework） 本部分是全书的基石，标志着从基于力的“综合法”向基于能量和作用量的“分析法”的根本性转变。我们将完全脱离对力的直接依赖，转而运用变分原理来导出运动方程。 4. 虚功原理与达朗贝尔原理： 从对“力”的直觉理解过渡到对“功”的量化描述。详细阐述虚位移的概念，严格推导出静力学中的虚功原理。随后，将该原理推广至动力学问题，引入达朗贝尔原理，这是连接牛顿力学和拉格朗日力学的关键桥梁。 5. 拉格朗日力学（Lagrangian Mechanics）： 全面介绍拉格朗日量的构建、坐标选择（广义坐标）的重要性，以及欧拉-拉格朗日方程的推导。本章通过大量的实例——如复摆、变质量系统、约束运动——展示广义动量和约束力的处理方式。重点讨论守恒量（能量、角动量）的识别及其与坐标对称性的联系（诺特定理的初步介绍）。 6. 规范变换与第一类积分： 探讨拉格朗日力学中的对称性和守恒量。深入分析坐标变换对拉格朗日量形式的影响，引入规范变换的概念。详细论述如何利用这些变换来简化方程，并识别出第一类积分（约束方程）和第二类积分（守恒量）。 第三部分：从拉格朗日到哈密顿（Hamiltonian Formalism） 本部分将分析力学推向其最优雅和抽象的形式——哈密顿力学，这是连接经典力学与量子力学、统计物理学的必要桥梁。 7. 哈密顿力学的构建： 系统地介绍勒让德变换在$L(q, dot{q}, t)$与$H(q, p, t)$之间的转换过程。严格推导哈密顿方程，并清晰区分广义坐标$q_i$与广义动量$p_i$在数学和物理意义上的角色差异。 8. 泊松括号与正则变换： 引入泊松括号作为描述物理量时间演化的基本工具，它揭示了哈密顿力学的代数结构。详细阐述正则变换的条件、生成函数及其在坐标和动量空间之间的等效变换。重点分析如何利用正则变换将复杂的系统简化为可积分的（即泊松括号为零的）守恒量形式。 9. 可积性与哈密顿-雅可比理论： 讨论系统的可积性判据（Liouville定理）。本书最后将介绍哈密顿-雅可比方程，这是一种关于单变量函数（称为特征函数）的一阶偏微分方程，它提供了一种求解哈密顿力学问题的通用方法。通过求解该方程，可以将系统转化为“可分离”的坐标系，从而直接导出运动积分。 总结与展望： 本书的叙述风格力求清晰、逻辑严密，通过大量的数学推导和物理实例相结合的方式，确保读者不仅掌握了计算和求解的“技巧”，更深刻理解了从牛顿到哈密顿方法论转变背后的深刻物理洞察力。它为后续深入学习分析动力学、连续介质力学乃至现代物理的数学框架奠定了坚实的基础。 ---

评分☆☆☆☆☆

哇，我刚拿到一本叫做《计算等离子体物理导论》的书，还没开始读，但光看目录和前言，我就已经被深深吸引住了。这套书的排版设计很舒服，字体大小适中，页面的留白也很合理，看起来就很适合长时间阅读。我特别喜欢它使用的纸张，触感温润，油墨印制清晰，翻阅起来有一种纸质书独有的质感，这对我这个纸质书爱好者来说，绝对是加分项。 我注意到它在介绍等离子体物理的背景时，用了非常生动形象的比喻，将一些抽象的概念具象化，这对于初学者来说非常有帮助。我一直对等离子体物理感到好奇，但总觉得它高深莫测，这本书似乎提供了一个非常友好的入口。我尤其期待它在计算方法部分的内容，比如它会如何讲解数值求解偏微分方程、网格划分、边界条件处理等等。我希望它能提供一些实际的编程示例，或者至少提供一些可以参考的伪代码，这样我就可以跟着书中的思路自己动手实现一些简单的模型，来加深理解。 而且，这本书的作者团队看起来非常专业，从作者介绍中可以看出他们在该领域深耕多年，拥有丰富的研究经验。这让我对书的权威性和内容深度充满信心。我希望它能带领我从宏观到微观，层层深入地理解等离子体物理的奥秘。它还提到了在天体物理、聚变能、空间等离子体等领域的应用，这让我非常 excited，因为这些都是我一直以来非常感兴趣的方向。我迫不及待地想看到书中是如何将理论与实际应用相结合的，它是否会提供一些案例分析，或者对某个具体问题的计算模拟过程进行详细解读。 我还在好奇它在内容组织上是否会有什么惊喜。比如，它是否会以问题的形式来引导读者学习，还是会按照传统的章节结构循序渐进？我猜测它可能会在每个章节的末尾设置一些思考题或者小练习，来帮助读者巩固所学内容。我也希望它能对一些重要的计算方法进行深入的讨论，比如有限差分法、有限元法、谱方法等，并分析它们的优缺点以及适用范围。另外，它对于并行计算和高性能计算的介绍是否会涉及，这对于处理大规模的等离子体模拟数据来说至关重要。 最后，我一直在想这本书在配图和图表方面会做得怎么样。高质量的图表不仅能让内容更直观易懂，也能提升阅读的整体体验。我希望它能包含一些精美的模拟结果图，或者能够清晰展示物理过程的示意图。如果书中还能提供一些在线资源链接，比如相关的开源代码库或者公开数据集，那就更完美了。我期待这本书能够成为我学习计算等离子体物理的得力助手，为我打开通往这个迷人领域的大门。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大气，封底的介绍也点明了其核心内容，我从中读出了作者在内容编排上的深思熟虑。光看书名“计算等离子体物理导论”，我就知道这本书很可能是一本通俗易懂的入门读物，非常适合我这种对等离子体物理只有初步了解的读者。我猜测它会从最基本的概念讲起，比如等离子体的形成、特性，以及它在自然界和技术中的广泛存在。 我特别期待它能详细介绍等离子体物理中的数学工具，例如麦克斯韦方程组、Vlasov方程、Navier-Stokes方程等等，并且说明这些方程是如何在计算中被近似和求解的。对于“计算”二字，我希望它能涵盖多种数值方法，从经典的有限差分到更先进的谱方法，并对每种方法的原理、优势和局限性进行深入剖析。我还在设想书中是否会提供一些经典的等离子体模拟算例，比如激光-等离子体相互作用、磁约束聚变中的等离子体行为，或者空间等离子体现象的模拟。 另外，我猜测本书的组织结构可能会非常清晰，每一章都会围绕一个主题展开，并且循序渐进地引导读者掌握相关知识。它可能会在讲解理论的同时，穿插一些实际的计算流程和数据处理方法，帮助读者理解如何将理论模型转化为可执行的代码。我甚至在期待书中会提及一些常用的等离子体模拟软件，比如PIC（粒子 in cell）代码，并对它们的工作原理进行简要介绍。 这本书是否会涉及一些关于计算资源和效率的问题？毕竟，等离子体模拟往往需要巨大的计算能力。我希望作者能分享一些关于优化计算性能、并行计算策略，以及如何处理和可视化大规模模拟数据的经验。这对于我未来进行实际的计算研究非常有价值。 总而言之，从我对这本书的初步印象来看，它似乎是一本内容丰富、结构清晰、理论与实践相结合的优秀教材，能够帮助我系统地学习计算等离子体物理的知识体系。

评分☆☆☆☆☆

刚拿到这本《计算等离子体物理导论》，第一感觉就是它的排版设计相当用心。书本的厚度适中，拿在手里感觉很扎实，印刷质量也很棒，纸张的触感很好，不是那种过于光滑的，摸起来很舒服。我看了作者的简介，都是在各自领域内非常资深的专家，这让我对这本书的内容质量非常有信心。 我之所以对这本书感兴趣，是因为我一直对等离子体这个奇妙的物质形态感到好奇。它既像气体，又具有导电性和集体行为，在宇宙中无处不在，同时在科技领域也有着广泛的应用。而“计算”这个词，则意味着这本书会深入讲解如何用数学和计算机模拟来研究等离子体。我非常期待书中会如何介绍各种数值方法，比如有限差分法、有限体积法、谱方法，以及它们在解决等离子体方程组时的具体应用。 我希望这本书能够从一个比较宏观的视角出发，先介绍等离子体的基本概念和分类，然后逐步深入到复杂的物理模型和计算技术。例如，它是否会详细讲解麦克斯韦-玻尔兹曼方程、Vlasov方程、MHD方程组等，以及这些方程在不同尺度下的适用性？对于计算方面，我尤其想知道书中是否会涉及一些数值稳定性的分析，以及如何处理网格划分、边界条件等技术难题。 此外，我还在猜测这本书是否会包含一些实际案例的分析，比如天体物理中的等离子体现象（如太阳风、星云），或者工程应用中的等离子体技术（如核聚变、等离子体推进）。我希望作者能通过这些案例，来展示计算等离子体物理的强大威力，以及它如何帮助我们理解和解决现实世界中的问题。 总体而言，这本书给我的第一印象是专业、系统且具有实践指导意义。我期待它能成为我理解和掌握计算等离子体物理的得力助手。

评分☆☆☆☆☆

我最近入手了一本《计算等离子体物理导论》，拿到手里的时候，最直观的感受就是它的分量。沉甸甸的，感觉里面装满了干货。我看了下它的扉页，作者们都是在相关领域有很高声誉的学者，这让我对接下来的阅读充满了期待。我一直觉得等离子体物理是个非常迷人的领域，但又觉得它离我们生活有点遥远，而“计算”这个词，则暗示了它与现代科技的紧密联系。 我非常好奇这本书在介绍基础概念时，会采用什么样的切入点。是直接从数学公式开始，还是会先从一些有趣的物理现象入手？我猜想它可能会先讲一些关于等离子体的宏观性质，比如电离、导电性、集体行为等等，然后逐渐深入到微观层面，介绍粒子动力学和碰撞过程。对于“计算”这部分，我希望它能详细讲解各种数值方法，比如如何离散化连续方程，如何处理边界条件，以及各种方法的精度和稳定性问题。 我还在设想，这本书会不会提供一些解决实际问题的思路。比如，在天体物理研究中，等离子体是如何影响恒星形成和星系演化的？在工程领域，等离子体又有哪些应用，比如等离子体刻蚀、等离子体表面处理等。我希望作者能通过一些具体的案例，来展示计算等离子体物理在解决这些问题中的作用。 而且，我还在琢磨这本书的语言风格。是那种严谨晦涩的学术风格，还是相对更易读的科普风格？我希望它能在保持科学严谨性的同时，也具备一定的可读性，能够让非专业读者也能有所收获。它是否会提供一些练习题或者讨论题，来帮助读者巩固和深化理解？ 总的来说，这本书给我的感觉是厚重而扎实，内容应该非常全面。我期待它能带我进入一个充满挑战但也充满乐趣的学习过程，让我对计算等离子体物理有一个更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

这本《计算等离子体物理导论》的封面设计简洁而富有科技感，让我一眼就对它产生了浓厚的兴趣。我注意到书的装帧非常精美，纸张的质感也很好，摸起来有一种厚实而温润的感觉，这无疑会为阅读体验加分。我快速翻阅了一下目录，发现它涵盖了等离子体物理的许多核心概念和计算方法，这让我对它充满了期待。 我一直以来都对等离子体在宇宙中的角色以及它在各种高科技领域中的应用感到着迷，但对于其背后的计算原理却知之甚少。我猜测这本书会从最基础的等离子体定义开始，深入浅出地介绍等离子体的各种性质，比如电磁特性、输运现象以及相干效应等。更让我兴奋的是，它冠以“计算”之名，这意味着我将有机会了解如何利用数值模拟来探索等离子体的复杂行为。 我非常期待书中能够详细介绍各种数值模拟技术，比如粒子模拟（PIC）、流体模拟（MHD）等，并对比它们的优缺点以及适用场景。我希望它能解释清楚各种算法的原理，以及如何在实际编程中实现它们。例如，它是否会讲解如何处理大规模的粒子数据，如何优化计算效率，以及如何可视化复杂的模拟结果？ 我还在设想，这本书是否会引用一些经典的等离子体物理问题作为例子，比如激光与等离子体的相互作用、磁约束聚变装置中的等离子体行为、或者空间等离子体中的各种现象。通过对这些问题的计算模拟分析，我可以更直观地理解等离子体物理的理论知识，并学习如何将它们应用到实际研究中。 总的来说，这本书给我的第一印象是它内容翔实、结构清晰，并且兼具理论深度和实践指导性。我迫不及待地想通过阅读它，系统地掌握计算等离子体物理的知识体系，并为我未来的学习和研究打下坚实的基础。

评分☆☆☆☆☆

更多的内容是关于磁化等离子体的，与我关心的内容关系不大

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正品书籍，一直不太懂等离子体的计算问题，趁机好好学习下，希望能有所收获

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更多的内容是关于磁化等离子体的，与我关心的内容关系不大

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更多的内容是关于磁化等离子体的，与我关心的内容关系不大

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我已经点明需要纸质发票了，但还是没有给我