電動(dòng)力學(xué)

前言

本書自1979年第一版、1997年第二版出版以來，得到國內(nèi)許多從事電動(dòng)力學(xué)教學(xué)的教師和讀者的使用和支持。近些年來，我們通過各種途徑，包括歷次全國高等學(xué)校電動(dòng)力學(xué)研討會(huì)，收到了不少兄弟院校的寶貴意見和建議。在基礎(chǔ)課程的教材建設(shè)與日常教學(xué)活動(dòng)中，如何做到既重視基本理論的教學(xué)，又能擴(kuò)展學(xué)生視野、引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注科學(xué)前沿的發(fā)展動(dòng)態(tài)、訓(xùn)練學(xué)生提出問題和解決問題的能力、激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新精神，是我們應(yīng)當(dāng)探索的大問題。本著這一原則，我們對(duì)第二版再次作出修訂，在保持原書精煉、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼w結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，除對(duì)個(gè)別地方作出修改與校訂之外，主要的改動(dòng)有：第三章改寫了“超導(dǎo)體的電磁性質(zhì)”一節(jié)，增加了倫敦理論中超導(dǎo)電流與矢勢(shì)的局域關(guān)系、指出倫敦局域理論所給出的磁場(chǎng)在超導(dǎo)體內(nèi)的穿透深度與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偏離，增加了皮帕德非局域修正，以及若干例題；第四章新增了“光子晶體”和“光學(xué)空間孤子”；第七章新增了“原子光陷阱”。這些新增內(nèi)容都是近年的一部分研究熱點(diǎn)，也是用經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)可以作出一定程度解釋的課題。上述新增內(nèi)容，主要是為了擴(kuò)展學(xué)生視野，采用本書的教師可以選擇講授，或指導(dǎo)學(xué)生課外閱讀。此外，為了減少篇幅，我們刪減了第六章第1節(jié)“相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)”中有關(guān)相對(duì)論效應(yīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的部分簡(jiǎn)要陳述，因?yàn)樵诤竺娴牡?節(jié)和第4節(jié)中分別提到了相關(guān)效應(yīng)的重要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。對(duì)各兄弟院校的教師和讀者提供的寶貴意見，中山大學(xué)余衛(wèi)龍教授的有益建議，以及高等教育出版社的大力支持，我們謹(jǐn)一并致謝。歡迎使用本書的教師和讀者繼續(xù)給予批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《普通高等教育"十一五"國家級(jí)規(guī)劃教材·電動(dòng)力學(xué)》是作者在所編《普通高等教育"十一五"國家級(jí)規(guī)劃教材·電動(dòng)力學(xué)》（1997年第二版）的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)科的發(fā)展和教學(xué)實(shí)踐的需要修訂而成的。這次修訂，在保持原書整體結(jié)構(gòu)精煉、嚴(yán)謹(jǐn)，敘述簡(jiǎn)明、流暢，便于教學(xué)的特色下，改寫了部分內(nèi)容，新增了部分內(nèi)容，力求做到既重視基本理論，又?jǐn)U展學(xué)生視野，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注學(xué)科前沿的發(fā)展動(dòng)態(tài)，訓(xùn)練學(xué)生提出問題和解決問題的能力，激勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)新精神。《普通高等教育"十一五"國家級(jí)規(guī)劃教材·電動(dòng)力學(xué)》共分7章，內(nèi)容包括：電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律、靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)、電磁波的傳播、電磁波的輻射、狹義相對(duì)論、帶電粒子和電磁場(chǎng)的相互作用。

作者簡(jiǎn)介

郭碩鴻，理論物理學(xué)家、中山大學(xué)物理系教授，中國高能物理學(xué)會(huì)理事。廣東中山人。編著教材有《電動(dòng)力學(xué)》，論文有《格點(diǎn)規(guī)范理論與強(qiáng)子質(zhì)量譜》、《格點(diǎn)規(guī)范理論的精確基態(tài)、質(zhì)量隙和弦張力》、《二維氫原子的解析解Ⅱ相對(duì)論理論》等。

書籍目錄

引言第一章 電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律1 電荷和電場(chǎng)1.庫侖定律 2.高斯定理和電場(chǎng)的散度 3.靜電場(chǎng)的旋度2 電流和磁場(chǎng)1.電荷守恒定律 2.畢奧一薩伐爾定律3.磁場(chǎng)的環(huán)量和旋度4.磁場(chǎng)的散度 5.磁場(chǎng)旋度和散度公式的證明3 麥克斯韋方程組 1.電磁感應(yīng)定律 2.位移電流 3.麥克斯韋方程組4.洛倫茲力公式4 介質(zhì)的電磁性質(zhì) 1.關(guān)于介質(zhì)的概念2.介質(zhì)的極化3.介質(zhì)的磁化4.介質(zhì)中的麥克斯韋方程組5 電磁場(chǎng)邊值關(guān)系 1.法向分量的躍變 2.切向分量的躍變6 電磁場(chǎng)的能量和能流1.場(chǎng)和電荷系統(tǒng)的能量守恒定律的一般形式2.電磁場(chǎng)能量密度和能流密度表示式 3.電磁能量的傳輸習(xí)題第二章 靜電場(chǎng)1 靜電場(chǎng)的標(biāo)勢(shì)及其微分方程1.靜電場(chǎng)的標(biāo)勢(shì) 2.靜電勢(shì)的微分方程和邊值關(guān)系 3.靜電場(chǎng)能量2 唯一性定理1.靜電問題的唯一性定理2.有導(dǎo)體存在時(shí)的唯一性定理3 拉普拉斯方程分離變量法4 鏡像法5 格林函數(shù)1.點(diǎn)電荷密度的艿函數(shù)表示2.格林函數(shù)3.格林公式和邊值問題的解6 電多極矩1.電勢(shì)的多極展開 2.電多極矩3.電荷體系在外電場(chǎng)中的能量習(xí)題第三章 靜磁場(chǎng)1 矢勢(shì)及其微分方程1.矢勢(shì)2.矢勢(shì)微分方程3.矢勢(shì)邊值關(guān)系 4.靜磁場(chǎng)的能量2 磁標(biāo)勢(shì)3 磁多極矩1.矢勢(shì)的多極展開2.磁偶極矩的場(chǎng)和磁標(biāo)勢(shì)3.小區(qū)域內(nèi)電流分布在外磁場(chǎng)中的能量4 阿哈羅諾夫一玻姆效應(yīng)5 超導(dǎo)體的電磁性質(zhì)1.概述2.超導(dǎo)體的基本現(xiàn)象3.倫敦唯象理論與皮帕德修正4.有第二類超導(dǎo)體存在時(shí)磁場(chǎng)分布的求解 5.磁介質(zhì)觀點(diǎn) 6.磁通量子化習(xí)題第四章 電磁波的傳播1 平面電磁波1.電磁場(chǎng)波動(dòng)方程 2.時(shí)諧電磁波 3.平面電磁波4.電磁波的能量和能流2 電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射1.反射和折射定律 2.振幅關(guān)系 菲涅耳公式 3.全反射3 有導(dǎo)體存在時(shí)電磁波的傳播1.導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷分布2.導(dǎo)體內(nèi)的電磁波3.趨膚效應(yīng)和穿透深度4.導(dǎo)體表面上的反射4 諧振腔1.有界空間中的電磁波2.理想導(dǎo)體邊界條件3.諧振腔5 波導(dǎo)1.高頻電磁能量的傳輸2.矩形波導(dǎo)中的電磁波3.截止頻率4.TE波的電磁場(chǎng)和管壁電流6 光子晶體1.一維光子晶體的轉(zhuǎn)移矩陣2.光子帶隙3.一維光子晶體的全反射7 高斯光束1.亥姆霍茲方程的波束解2.高斯光束的傳播特性8 光學(xué)空間孤子1.孤子和光學(xué)空間孤子2.非線性波動(dòng)方程3.孤子解9 等離子體1.等離子體的準(zhǔn)電中性和屏蔽庫侖場(chǎng) 2.等離子體振蕩 3.電磁波在等離子體中的傳播習(xí)題第五章 電磁波的輻射1 電磁場(chǎng)的矢勢(shì)和標(biāo)勢(shì)1.用勢(shì)描述電磁場(chǎng)2.規(guī)范變換和規(guī)范不變性 3.達(dá)朗貝爾方程2 推遲勢(shì)3 電偶極輻射1.計(jì)算輻射場(chǎng)的一般公式 2.矢勢(shì)的展開式3.電偶極輻射4.輻射能流角分布輻射功率5.短天線的輻射輻射電阻4 磁偶極輻射和電四極輻射1.高頻電流分布的磁偶極矩和電四極矩2.磁偶極輻射3.電四極輻射5 天線輻射1.天線上的電流分布2.半波天線 3.天線陣6 電磁波的衍射1.衍射問題2.基爾霍夫公式3.小孔衍射7 電磁場(chǎng)的動(dòng)量1.電磁場(chǎng)的動(dòng)量密度和動(dòng)量流密度2.輻射壓力習(xí)題第六章 狹義相對(duì)論1 相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)1.相對(duì)論產(chǎn)生的歷史背景 2.相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)2 相對(duì)論的基本原理洛倫茲變換 1.相對(duì)論的基本原理2.間隔不變性3.洛倫茲變換3 相對(duì)論的時(shí)空理論1.相對(duì)論時(shí)空結(jié)構(gòu) 2.因果律和相互作用的最大傳播速度3.同時(shí)相對(duì)性4.運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘的延緩5.運(yùn)動(dòng)尺度的縮短6.速度變換公式4 相對(duì)論理論的四維形式1.三維空間的正交變換2.物理量按空間變換性質(zhì)的分類3.洛倫茲變換的四維形式4.四維協(xié)變量5.物理規(guī)律的協(xié)變性5 電動(dòng)力學(xué)的相對(duì)論不變性1.四維電流密度矢量 2.四維勢(shì)矢量3.電磁場(chǎng)張量4.電磁場(chǎng)的不變量6 相對(duì)論力學(xué)1.能量一動(dòng)量四維矢量 2.質(zhì)能關(guān)系 3.相對(duì)論力學(xué)方程4.洛倫茲力7 電磁場(chǎng)中帶電粒子的拉格朗日量和哈密頓量1.拉格朗日形式2.哈密頓形式3.非相對(duì)論情形習(xí)題第七章 帶電粒子和電磁場(chǎng)的相互作用1 運(yùn)動(dòng)帶電粒子的勢(shì)和輻射電磁場(chǎng) 1.任意運(yùn)動(dòng)帶電粒子的勢(shì)2.偶極輻射 3.任意運(yùn)動(dòng)帶電粒子的電磁場(chǎng)2 高速運(yùn)動(dòng)帶電粒子的輻射1.高速運(yùn)動(dòng)帶電粒子的輻射功率和角分布2.v∥v情形3.v⊥v情形3 輻射的頻譜分析1.頻譜分析的一般公式2.低速運(yùn)動(dòng)帶電粒子在碰撞過程中的輻射頻譜3.高速圓周運(yùn)動(dòng)帶電粒子的輻射頻譜4 切連科夫輻射5 帶電粒子的電磁場(chǎng)對(duì)粒子本身的反作用1.電磁質(zhì)量2.輻射阻尼3.譜線的自然寬度6 電磁波的散射和吸收介質(zhì)的色散1.自由電子對(duì)電磁波的散射2.束縛電子的散射3.電磁波的吸收4.介質(zhì)的色散 5.原子光陷阱6.經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的局限性習(xí)題附錄I 矢量分析1.矢量代數(shù)2.散度、旋度和梯度3.關(guān)于散度和旋度的一些定理4.V算符運(yùn)算公式5.曲線正交坐標(biāo)系 6.并矢和張量附錄Ⅱ 軸對(duì)稱情形下拉普拉斯方程的通解附錄Ⅲ 國際單位制和高斯單位制中主要公式對(duì)照表

章節(jié)摘錄

插圖：在本章中，我們把電磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)定律總結(jié)提高為電磁場(chǎng)的普遍規(guī)律。電磁場(chǎng)是物質(zhì)存在的一種形態(tài)，它有特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和物質(zhì)屬性，它和其他帶電物質(zhì)以一定形式發(fā)生相互作用，每一種物質(zhì)的存在形態(tài)都有它的特殊本質(zhì)和特殊規(guī)律，因此，和一般實(shí)物對(duì)比，場(chǎng)的存在形態(tài)也有它的特點(diǎn)，實(shí)物通常是定域在空間的確定區(qū)域內(nèi)，而電磁場(chǎng)則彌漫于空間中，例如，在高壓線附近存在著強(qiáng)大的電場(chǎng)；在我們周圍的空間中傳播著各種形式的電磁波，由此可見，場(chǎng)是作為空間中某種分布而存在，而且一般來說這種分布是隨時(shí)間而變化的，按照電磁場(chǎng)的特點(diǎn)，我們用兩個(gè)矢量函數(shù)——電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B來描述電磁場(chǎng)在時(shí)刻￡的狀態(tài)，在經(jīng)典物理中，這兩個(gè)矢量函數(shù)可以完全描述電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)的規(guī)律用數(shù)學(xué)形式表示出來就是這兩個(gè)矢量場(chǎng)所滿足的偏微分方程組。我們先分析靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)定律，再研究變動(dòng)情況下新的實(shí)驗(yàn)定律，由此總結(jié)出麥克斯韋方程組和洛倫茲力公式，這些方程是宏觀電磁場(chǎng)論的理論基礎(chǔ)，在以后各章中將應(yīng)用它們來解決各種與電磁場(chǎng)有關(guān)的問題。

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《電動(dòng)力學(xué)(第3版)》：普通高等教育“十一五”國家級(jí)規(guī)劃教材

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