高等学校“十二五”规划教材：计算材料学 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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坚增运 等 著

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• 计算材料学
• 材料科学
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• 十二五规划
• 材料计算
• 物理学
• 工程学
• 高等院校
• 理工科

出版社： 化学工业出版社

ISBN：9787122137845

版次：1

商品编码：11014675

包装：平装

开本：16开

出版时间：2012-07-01

页数：140

编辑推荐

《高等学校“十二五”规划教材：计算材料学》可作为材料科学与工程学科研究生和高年级本科学生的教材，也可供相关领域科技工作者参考。

内容简介

计算材料学以计算机技术为工具和手段，运用数值预测方法解决材料学中遇到的复杂问题。《高等学校“十二五”规划教材：计算材料学》介绍计算材料学的内容，主要包括：材料研究中数学模型的基本概念以及建立数学模型的基本步骤、原则和方法；常用于数值分析的有限差分方法和有限元方法；计算机模拟过程中涉及的系综；适用于随机事件的蒙特卡罗方法；分子动力学方法；势函数理论及模型；固体的扩散相变模型即相场动力学模型；能够处理复杂系统在离散空间�彩奔渖涎莼�规律的元胞自动机方法。还附有各种模拟方法在材料科学中的典型应用和代表性的例子。
《高等学校“十二五”规划教材：计算材料学》可作为材料科学与工程学科研究生和高年级本科学生的教材，也可供相关领域科技工作者参考。

目录

绪论
第1章 材料科学中的数学模型
1.1 数学模型
1.1.1 数学模型的概念
1.1.2 数学模型的分类
1.2 建立数学模型的步骤
1.2.1 自变量
1.2.2 态变量
1.2.3 运动学方程
1.2.4 状态方程
1.2.5 结构演化方程
1.2.6 各种参数
1.2.7 模型的建立
1.3 数学建模方法
1.3.1 理论分析方法
1.3.2 模拟方法
1.3.3 类比分析方法
1.4 系列检验法
参考文献

第2章 数值分析方法
2.1 微分方程的数值解法
2.2 微分方程的数值解法
2.2.1 努梅罗夫法
2.2.2 龙格�部馑�法
2.2.3 高阶微分方程和一阶微分方程组的龙格�部馑�求解法
2.3 偏微分方程的解法
2.4 有限差分方法的基本原理
2.4.1 差分方程的建立
2.4.2 差分方程的求解方法
2.4.3 差分方法的数值误差
2.5 有限元方法的基本原理
2.5.1 离散化与有限元方法的基本步骤
2.5.2 加权余量法
2.5.3 变分原理和里茨方法
参考文献

第3章 系综原理
3.1 微正则系综(NEV)
3.2 正则系综(NVT)
3.3 正则系综与微正则系综的区别
3.4 等温等压系综(NPT)
3.4.1 恒温方法--热浴
3.4.2 恒压方法--压浴
3.5 等压等焓系综(NPH)
3.5.1 晶胞结构矩阵与矢量的建立
3.5.2 仅有均匀恒压的情况
3.5.3 系统受到外都胁强时的一般情况
3.6 巨正则系综(GCE)
3.7 吉布斯系综
3.8 半巨正则系综
3.9 非平衡系综动力学
参考文献

第4章 蒙特卡罗方法与应用
4.1 蒙特卡罗方法的历史
4.2 蒙特卡罗方法的基本思想
4.2.1 蒙特卡罗方法思想
4.2.2 马尔可夫过程
4.3 蒙特卡罗方法的收敛性和基本特点
4.4 随机数
4.4.1 产生随机数的方法
4.4.2 伪随机数的随机性检验
4.5 随机变量的抽样方法
4.5.1 随机变量的直接抽样法
4.5.2 随机变量的舍选抽样法
4.5.3 Metropolis抽样法
4.6 不同系综的蒙特卡罗方法
4.6.1 微正则系综蒙特卡罗方法
4.6.2 正则系综蒙特卡罗方法
4.6.3 等温等压系综蒙特卡罗方法
4.6.4 巨正则系综蒙特卡罗方法
4.7 蒙特卡罗方法的误差
4.8 蒙特卡罗方法应用举例--薄膜沉积动力学的模拟
参考文献

第5章 分子动力学
5.1 分子动力学的基本思想
5.2 理论力学原理
5.2.1 最小作用量原理
5.2.2 拉格朗日方程
5.2.3 哈密顿方程
5.2.4 哈密顿量与半经典量子化计算
5.2.5 牛顿方程
5.3 分子动力学主要技术方法
5.3.1 分子动力学运行流程图
5.3.2 初始体系
5.3.3 时间步长和势函数
5.3.4 边界条件
5.4 粒子与粒子系综
5.4.1 相互作用的多子系综
5.4.2 粒子相互作用模型的平衡统计性质--热力学性质的时间平均
5.5 粒子系综运动方程的数值解法
5.5.1 维烈特算法
5.5.2 吉尔算法
5.6 分子动力学模拟实例
参考文献

第6章 势函数
6.1 势函数的定义
6.2 势函数的简介和分类
6.3 经典理论
6.3.1 对势
6.3.2 多体势--EAM，MEAM
6.3.3 共价晶体的作用势
6.3.4 有机分子中的作用势
6.3.5 分子间作用势
6.4 电子理论
6.4.1 半经验势
6.4.2 经验势
6.4.3 赝势模型
6.4.4 紧束缚势模型和密度泛函理论
6.5 第一性原理分子动力学方法
参考文献

第7章 相场动力学
7.1 扩散相变理论
7.1.1 扩散的唯象定律
7.1.2 奥斯特瓦尔德催熟和吉布斯�蔡滥费贩匠�
7.1.3 栗弗席兹�菜估镂肿舴颡餐吒衲衫砺�
7.2 连续体相场动力学模型
7.2.1 卡恩�蚕＠�阿德模型和艾伦�部ǘ髂Ｐ�
7.2.2 热涨落
7.2.3 朗道能量密度泛函
7.3 微观相场动力学模型
7.4 弹性应力的影响
7.5 材料科学中相场模拟的应用举例
7.5.1 亚稳分解模拟过程
7.5.2 晶粒生长模拟
参考文献

第8章 元胞自动机方法
8.1 元胞自动机的基本原理
8.2 元胞自动机的分类
8.3 元胞自动机在材料科学中的表现
8.4 概率性元胞自动机
8.5 晶格气元胞自动机方法
8.6 元胞自动机模拟的网格类型
8.7 元胞自动机与蒙特卡罗方法的比较
8.8 元胞自动机解法
8.8.1 确定性元胞自动机解法
8.8.2 概率性元胞自动机解法
8.8.3 元胞自动机实例--再结晶模拟
参考文献

《计算材料学》 内容简介 《计算材料学》是一部深入探讨利用计算机模拟和理论计算方法研究材料科学问题的专著。本书旨在为材料科学、物理学、化学、工程学等相关领域的学生、研究人员以及工程师提供一个全面、系统的计算工具箱和理论框架。全书紧密围绕现代材料科学研究的核心需求，详细阐述了从原子尺度到宏观尺度的多种计算模拟技术及其在理解和设计新材料中的应用。 本书首先从计算材料学的基本概念和发展历程入手，介绍其在材料性能预测、机理探究、新材料设计等方面的关键作用。接着，系统性地介绍了当前计算材料学领域最常用和最具代表性的计算方法。 在量子力学计算方法方面，本书详细阐述了密度泛函理论（DFT）的核心思想、应用以及与其他量子化学方法的比较。重点介绍了DFT在计算材料电子结构、晶体结构、结合能、形成能、相稳定性等方面的能力，并辅以大量的实例，例如计算金属、半导体、绝缘体的能带结构、态密度，分析化学键性质，预测材料的机械、热、电、磁等基本物理性质。对于材料的动力学性质，如晶格动力学、声子谱和热力学性质，本书也进行了深入探讨，展示了如何通过第一性原理计算预测材料的相变行为、热容、膨胀系数等。 在介观和宏观尺度的模拟方法方面，本书介绍了蒙特卡洛（Monte Carlo）模拟和分子动力学（Molecular Dynamics）模拟。蒙特卡洛方法被广泛用于研究相变、统计物理问题以及材料在热力学平衡状态下的性质。分子动力学模拟则能捕捉材料体系的时间演化过程，从而研究扩散、相分离、缺陷动力学、界面行为、以及材料在外部应力或温度变化下的响应。本书将详细介绍这些方法的理论基础、算法实现以及它们在模拟玻璃转变、晶粒生长、相图计算、污染物扩散等方面的应用。 本书还重点关注相图计算和热力学建模。通过结合第一性原理计算和热力学统计模型，本书教授如何构建和预测材料的相平衡图，理解不同组分、温度、压力下材料的稳定相，这对于合金设计、陶瓷开发等至关重要。 此外，计算材料学在特定领域的应用也是本书的重要组成部分。例如，在催化材料领域，本书将展示如何利用计算方法研究催化剂的表面吸附、反应路径和活化能，为设计高效催化剂提供理论指导。在纳米材料领域，本书将探讨纳米颗粒、纳米线、二维材料（如石墨烯、过渡金属硫化物）的独特电子和结构性质，以及如何通过计算模拟来理解和调控它们的性能。在能源材料领域，本书将涵盖锂离子电池电解质和电极材料的计算研究，太阳能电池材料的电子传输和激子动力学，以及氢存储材料的设计。 本书还触及了计算材料学与实验的结合。强调了计算结果如何指导实验设计，以及实验数据如何验证和修正计算模型。此外，本书将介绍一些常用的计算材料学软件和数据库，帮助读者入门实际的计算工作。 《计算材料学》内容丰富，理论扎实，实例翔实，适合作为高等院校相关专业本科生和研究生的教材，同时也是从事材料科学研究和开发的科研人员及工程师的宝贵参考书。通过阅读本书，读者将能够掌握计算材料学的核心理论和技术，并能将其应用于解决实际的材料科学问题，从而推动材料科学和工程的发展。

评分☆☆☆☆☆

评价八： 作为一个对材料科学充满好奇心的业余爱好者，我一直渴望能有一本书，能够让我以一种相对易懂的方式，深入了解这个奇妙的世界。这本书，虽然是“高等学校‘十二五’规划教材”，但其在内容组织和语言表达上，都做得相当出色，让我这个非专业人士也能从中受益匪浅。我最先被吸引的是书中对各种材料结构和性质之间关系的阐述。从原子层面的相互作用，到宏观的材料性能，这本书像一条线索，将这些看似独立的知识点串联起来。我特别喜欢书中用生动形象的比喻来解释复杂的物理概念，例如，用“弹簧”来比喻原子间的相互作用，用“电子的海洋”来比喻金属中的自由电子。这些形象的描述，让我能够更好地理解那些抽象的理论。书中对材料制备和加工过程的计算模拟，也让我大开眼界。原来，我们日常生活中使用的很多材料，背后都有如此精密的计算和设计。我还注意到，书中对新材料的发现和设计进行了展望，这让我看到了计算材料学在未来可能扮演的重要角色。虽然这本书的某些章节对我来说还有些难度，但我相信，随着我知识的积累，我会越来越深刻地理解它的价值。它是我探索材料科学奥秘道路上的一位良师益友。

评分☆☆☆☆☆

评价二： 作为一个在计算材料领域摸爬滚打多年的科研人员，我一直在寻找一本能够系统性梳理现有知识体系，同时又能激发新思路的教材。这本书，恰恰填补了我心中的这一空白。它以“十二五”规划教材的名义出版，其内容涵盖的深度和广度都足以证明其学术价值。我最看重的是它对于各种计算方法的严谨推导和物理意义的深刻剖析。无论是第一性原理计算中的密度泛函理论，还是介观尺度的相场模型，书中都从数学原理出发，逐步展开，并且清晰地阐述了每种方法的优势、局限性以及适用范围。这对于避免我们在实际研究中“闭门造车”至关重要。书中还对如何选择合适的模型和参数进行了详细的指导，这在实际应用中往往是决定计算结果准确性的关键。我特别喜欢的是书中对“计算材料学”这一学科的定义和定位的阐述，它不仅仅是理论的延伸，更是连接理论与实验的桥梁，是指导材料设计和优化的强大工具。书中对计算结果的解读和分析方法，也提供了非常有价值的参考。它不仅仅展示计算结果，更重要的是教会我们如何从中提取有用的信息，如何将计算结果与实验数据进行比对和验证。书中对不同材料体系（如金属、陶瓷、聚合物、半导体等）的计算案例分析，也极大地拓宽了我的视野，让我了解到计算材料学在不同领域内的应用潜力。此外，书中还对计算材料学的未来发展方向进行了展望，这对于我们这些研究者来说，无疑是重要的指引，能够帮助我们把握学科前沿，寻找新的研究课题。这本书的语言风格专业而又不失严谨，虽然内容稍显艰深，但其逻辑清晰的编排，能够帮助读者逐步理解复杂的概念。

评分☆☆☆☆☆

评价七： 对于我这样的行业工程师来说，一本好的技术书籍，最看重的是它的实用性和指导性。这本书，作为“高等学校‘十二五’规划教材”，在这一点上做得非常出色。它不仅仅是理论的堆砌，更是将抽象的计算方法与实际的材料问题紧密地结合起来。我最喜欢的是书中关于材料性能预测的章节。当我们面临新材料的开发或者现有材料的优化时，往往需要花费大量的时间和成本进行实验。而这本书，通过计算模拟，为我们提供了一种更高效、更经济的解决方案。例如，通过计算材料的断裂韧性、疲劳寿命，我们可以提前规避设计中的风险。书中对各种计算软件的使用指导，也让我觉得非常实用。虽然我可能不会深入到算法的细节，但了解如何利用这些工具来解决我遇到的实际问题，就已经非常有价值了。我尤其关注书中关于如何根据材料的应用需求，选择合适的计算方法和模型的部分。这对于避免“大炮打蚊子”或者“削足适履”的情况发生非常重要。书中还对计算结果的不确定性和误差分析进行了探讨，这让我更加理性地看待计算结果，并学会如何提高计算的可靠性。这本书不仅帮助我理解了计算材料学的原理，更重要的是，它为我提供了一套解决实际工程问题的思路和方法。

评分☆☆☆☆☆

评价四： 这本书的厚重感和其内容的深度，第一眼就让我感到这是一部值得细细品读的著作。作为一名有一定研究基础的工程师，我经常在工作中遇到一些材料性能的瓶颈，需要借助计算工具来寻找突破口。这本书，恰恰提供了一个非常全面的理论框架和技术指导。我特别关注书中关于多尺度模拟的章节，它将微观、介观、宏观的模拟方法有机地结合起来，解决了单一尺度模拟无法涵盖的复杂问题。例如，在分析复合材料的力学性能时，书中介绍了如何通过分子动力学模拟微观界面行为，然后将其结果传递给有限元模型，从而预测宏观整体性能。这种跨尺度的思想，对于我解决实际工程问题非常有启发。书中对材料失效机理的计算模拟，也让我印象深刻。例如，裂纹萌生和扩展的模拟，可以帮助我们深入理解材料的断裂过程，从而设计出更具韧性的材料。书中对于材料在极端条件下的行为模拟，也很有价值，例如，高温、高压、腐蚀等环境对材料性能的影响。这对于我们选择和开发适用于特定苛刻工况的材料非常有帮助。我喜欢书中对不同计算方法之间相互补充、相互验证的论述，它强调了计算与实验相结合的重要性，这与我一贯的研发理念非常契合。这本书的参考文献也十分丰富，为我进一步深入研究提供了良好的起点。

评分☆☆☆☆☆

评价五： 阅读这本书的过程，就像是踏上了一段探索材料奥秘的奇妙旅程。它以“十二五”规划教材的身份出现，意味着其内容的专业性和权威性，但这并不妨碍它以一种引人入胜的方式呈现给读者。我作为一个对材料科学充满好奇心的学生，对书中关于材料“设计”而非仅仅“发现”的理念尤为赞赏。它教会我如何利用计算工具，像建筑师设计房屋一样，精确地设计具有特定性能的材料。书中对原子尺度模拟的详细讲解，让我对电子、原子之间的相互作用有了全新的认识，也理解了为什么材料会有如此多样的性质。我特别喜欢书中通过生动的图示来解释复杂的概念，例如，费米面、能带结构这些抽象的概念，通过图示变得直观易懂。书中对机器学习在材料发现中的应用介绍，让我看到了计算材料学的新兴方向，也让我对未来的研究充满了憧憬。它不仅仅是理论的罗列，更像是一本“工具箱”，提供了解决实际问题的思路和方法。我曾经在课后尝试按照书中的示例，使用了一些开源的计算软件，虽然起步有些困难，但在书本的指导下，我逐渐能够完成一些简单的模拟任务，这让我非常有成就感。这本书让我意识到，计算材料学不仅仅是一门学科，更是一种思维方式，一种用数据和模型来理解和改造世界的方式。

评分☆☆☆☆☆

评价一： 这本《计算材料学》的出现，简直像是在我求学路上的一道曙光。我是一名材料科学与工程专业的本科生，在学习过程中，总是感觉理论知识与实际应用之间存在一道鸿沟，特别是涉及到一些复杂的材料行为模拟和设计时，往往显得力不从心。而这本书，以其“高等学校‘十二五’规划教材”的定位，无疑为我们提供了系统、深入的学习路径。从最基础的原子尺度模拟方法，如分子动力学和蒙特卡洛，到更宏观的连续介质力学模型，它都进行了详尽的阐述。书中不仅介绍了这些方法的原理和数学基础，更重要的是，它结合了大量的实例，让我们能够理解如何在实际的材料设计和性能预测中应用这些工具。我尤其欣赏的是，书中并没有仅仅停留在理论层面，而是花了相当大的篇幅介绍了几种主流的计算材料学软件，如VASP、LAMMPS、Quantum ESPRESSO等，并提供了相应的操作指南和案例分析。这对于我们这些初学者来说，无疑是极其宝贵的资源，让我们能够快速上手，将理论知识转化为实践能力。书中对于晶体结构、相变、扩散、界面等材料基本行为的计算模拟，讲解得尤为细致，让我对这些概念有了更深刻的理解。例如，在讲解缺陷对材料性质的影响时，书中通过具体的模拟结果，直观地展示了空位、间隙原子、位错等对材料强度、导电性等性能的改变，这比单纯的文字描述要生动和易于理解得多。而且，书中还涉及了一些前沿的研究方向，如机器学习在材料发现中的应用、多尺度模拟方法等，这让我对计算材料学未来的发展趋势有了初步的认识，也激发了我进一步探索的兴趣。这本书的结构清晰，逻辑严谨，从易到难，层层递进，非常适合我们这类有一定基础但希望深入学习的读者。

评分☆☆☆☆☆

评价十： 作为一名在材料领域工作多年的工程师，我深知理论与实践相结合的重要性。这本《计算材料学》的出现，恰恰为我提供了一个绝佳的理论指导和实践参考。它作为“高等学校‘十二五’规划教材”，其内容的科学性和前沿性是毋庸置疑的。我特别关注书中关于材料性能优化和新材料设计的章节。在实际工作中，我们经常面临如何提高材料的强度、耐腐蚀性、导电性等问题。这本书通过计算模拟的方法，为我们提供了一种系统性的解决方案。例如，通过改变材料的成分、晶体结构或者微观组织，来预测其性能的变化，从而指导我们进行最优化的设计。书中对不同尺度的计算模拟方法的介绍，也让我印象深刻。从原子尺度到宏观尺度，它提供了一个完整的模拟框架，能够帮助我们全面地理解材料的行为。我特别欣赏书中对计算结果与实验数据进行对比和验证的重视，这让我更加清晰地认识到计算的局限性，以及如何提高计算的可靠性。这本书不仅拓宽了我的学术视野，更重要的是，它为我解决实际工程问题提供了强大的工具和有价值的思路。

评分☆☆☆☆☆

评价六： 我是一名长期从事材料科学研究的学者，对于计算材料学这一领域的发展有着持续的关注。这本书的出版，标志着我国在这一领域教材建设上又迈上了新的台阶。其“十二五”规划教材的定位，保证了其内容的科学性、前沿性和系统性。我仔细翻阅了全书，对其在理论推导的严谨性、计算方法的选择和优化、以及应用案例的典型性方面都给予了高度评价。书中对第一性原理计算的讲解，从薛定谔方程出发，深入到密度泛函理论的近似方法，并详细介绍了各种泛函的选择原则和对结果的影响，这对于研究者理解计算结果的可靠性至关重要。同时，书中对多尺度模拟方法，特别是介观尺度模型（如相场模型、格子玻尔兹曼方法）的介绍，非常及时和必要。这些方法能够有效地衔接微观和宏观尺度的计算，在材料的微观结构演化、宏观性能预测等方面发挥着越来越重要的作用。我尤其赞赏书中对计算材料学在材料设计中的具体应用案例的梳理，涵盖了从新合金设计、功能材料开发到材料服役性能预测等多个方面。这些案例不仅展示了计算材料学的强大威力，也为年轻研究者提供了宝贵的参考。此外，书中对计算材料学与其他学科（如人工智能、大数据）的交叉融合的探讨，也体现了其前瞻性。总而言之，这是一本集理论深度、技术广度和应用价值于一体的优秀教材。

评分☆☆☆☆☆

评价三： 作为一名大学教师，在选择教材时，我总是希望能够找到一本既能满足教学需求，又能启发学生学习兴趣的书。这本《计算材料学》正是这样一本让我非常满意的教材。它作为“高等学校‘十二五’规划教材”，其内容的权威性和系统性毋庸置疑。我尤其欣赏它在概念引入上的循序渐进。从最基础的电子结构理论，到原子间相互作用势的构建，再到更高级的模拟方法，每一步都讲解得非常扎实。书中对各种算法的介绍，不仅给出了数学公式，更重要的是阐述了其背后的物理思想，这对于学生理解“为什么”这样做至关重要。我还在课堂上经常引用书中提供的图表和数据，例如，关于能量最小化算法收敛性的图示，或者不同晶体结构能量的对比，这些都能有效地帮助学生建立直观的认识。书中还专门辟出章节介绍计算材料学在材料设计中的具体应用，例如，如何通过计算来预测材料的力学性能、热学性能、电学性能等。这让学生能够看到计算材料学是如何解决实际工程问题的，从而激发他们学习的动力。书中对几种常用计算软件的介绍，也为我们未来的实验教学提供了便利，我们可以指导学生在计算机上进行模拟操作，亲身体验计算材料学的魅力。这本书的习题设计也颇具匠心，既有理论性的推导题，也有结合实际计算的分析题，能够全面地考察学生的掌握程度。我个人认为，这本书在培养学生的计算思维和解决复杂材料问题的能力方面，发挥了重要的作用。

评分☆☆☆☆☆

评价九： 我是一名刚刚步入研究生阶段的学生，对计算材料学的学习充满了期待，同时也感到一丝茫然。幸运的是，我选择了这本《计算材料学》作为我的入门教材。它作为“高等学校‘十二五’规划教材”，其内容的权威性和系统性让我能够安心地跟随它的指引。从最基础的量子力学原理，到密度泛函理论的近似方法，这本书为我打下了坚实的理论基础。我特别欣赏书中对每一种计算方法的详细介绍，不仅包括其数学推导，更重要的是对物理意义的解释，这让我能够理解“为什么”这样做，而不是仅仅记住“怎么”做。书中提供的各种计算案例，让我能够将理论知识与实际应用联系起来。例如，通过计算模拟来预测材料的晶体结构稳定性，或者计算材料的光学性质。这些都让我对计算材料学的应用前景有了更直观的认识。我还很喜欢书中对几种主流计算软件的介绍和使用指南，这为我今后的研究实践提供了宝贵的指导。虽然有些算法对我来说仍然是挑战，但我相信，通过反复阅读和练习，我会逐渐掌握这些工具。这本书就像一位耐心的老师，一步步地引导我进入计算材料学的殿got。

评分☆☆☆☆☆

书还是不错的，挺好。

评分☆☆☆☆☆

像是一本摘要。。。。。。。。。。。。。

评分☆☆☆☆☆

当作教材用，很方便，希望内容很好

评分☆☆☆☆☆

比较简单，入门吧

评分☆☆☆☆☆

书不错，包装的不大好，容易损坏

评分☆☆☆☆☆

非常喜欢

评分☆☆☆☆☆

第一颗牙终于要掉了!劳拉非常担心，非常紧张！查理哥哥、马文哥哥和好朋友露塔相继出马，他们能让劳拉轻松度过自己人生的第一个掉牙日吗？

评分☆☆☆☆☆

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劳拉感冒了，查理哥哥为了照顾和陪伴她，耽误了重要的球赛，自己还被传染了！劳拉会从这件事里学到什么？感触到什么？