電動(dòng)力學(xué)

前言

電動(dòng)力學(xué)是討論電磁場(chǎng)理論與狹義相對(duì)論的課程。電磁場(chǎng)與眾多其他物質(zhì)一樣，是具有能量、動(dòng)量和角動(dòng)量，按照自己的規(guī)律運(yùn)動(dòng)的一種重要物質(zhì)。電磁場(chǎng)在與其他物質(zhì)的相互作用過程中，可以相互之間轉(zhuǎn)換能量、動(dòng)量和角動(dòng)量，而且遵從能量、動(dòng)量和角動(dòng)量的守恒定律。電磁場(chǎng)物質(zhì)在現(xiàn)代人類的活動(dòng)中扮演了相當(dāng)重要的角色，是在各個(gè)領(lǐng)域，各個(gè)行業(yè)中不可缺少的東西。在電力系統(tǒng)中，人們利用電磁場(chǎng)才能方便地實(shí)現(xiàn)能量的遠(yuǎn)距離傳送，并實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)能量在各種形式之間的轉(zhuǎn)換。在信息行業(yè)中，由于電磁場(chǎng)作為現(xiàn)代信息技術(shù)的信息載體，人們才能實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信息的快速、準(zhǔn)確地傳遞和處理。沒有電磁場(chǎng)，現(xiàn)代生活是無法想象的。對(duì)電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和應(yīng)用的研究已是現(xiàn)代自然科學(xué)的一個(gè)重要分支學(xué)科。本書較為系統(tǒng)地闡述了電磁場(chǎng)的基本概念和處理電磁場(chǎng)問題的基本方法。電動(dòng)力學(xué)作為基礎(chǔ)理論課程，它的主要任務(wù)是使學(xué)生掌握這些較為成熟的理論知識(shí)和處理問題的基本思想與方法。在科學(xué)技術(shù)、信息傳媒高度發(fā)展的當(dāng)代社會(huì)，精選傳統(tǒng)課程的內(nèi)容、縮減傳統(tǒng)課程的分量是大勢(shì)所趨。如何縮減和精選本課程的內(nèi)容，我們努力首先在內(nèi)容選取方面，側(cè)重于基本與主要的內(nèi)容，在保持本課程系統(tǒng)性的基礎(chǔ)上，盡量減少與其他課程的重復(fù)，并不把涉及電磁場(chǎng)的各種內(nèi)容都納入本書。其二是，力求以最簡(jiǎn)潔的方式和精煉的語言去闡述選人書中的內(nèi)容。本書的第一章主要是討論Maxwell方程組、電磁場(chǎng)的能量、動(dòng)量概念。預(yù)備知識(shí)中的§0．2“張量及其運(yùn)算”可以插在§1．2之前講授。第二章靜電場(chǎng)和第三章靜磁場(chǎng)主要是討論如何利用勢(shì)函數(shù)求穩(wěn)定電磁場(chǎng)的分布，以及穩(wěn)定電磁場(chǎng)的能量問題。第四章討論電磁波的傳播，在這里把絕緣介質(zhì)作為一般介質(zhì)中電導(dǎo)率為零的一個(gè)特例來處理。第五章是討論電磁波的輻射，這里先介紹如何利用場(chǎng)的勢(shì)函數(shù)去求電磁輻射場(chǎng)，然后著重討論電偶極矩的輻射。希望通過對(duì)此內(nèi)容的討論，使學(xué)生掌握一般電磁輻射系統(tǒng)的輻射場(chǎng)計(jì)算和輻射特性討論的基本方法。在學(xué)時(shí)較少的情況下，§5．3和§5．4可以根據(jù)情況予以刪減。第六章狹義相對(duì)論，介紹了狹義相對(duì)論理論的提出，狹義相對(duì)論的時(shí)空特性和物理規(guī)律的相對(duì)論協(xié)變形式。第七章討論帶電粒子與電磁場(chǎng)的相互作用，首先計(jì)算了帶電粒子運(yùn)動(dòng)時(shí)激發(fā)的電磁場(chǎng)，這里給出了近場(chǎng)和遠(yuǎn)場(chǎng)的全部電磁場(chǎng)。然后討論帶電粒子在電磁場(chǎng)作用下的行為。本書中的內(nèi)容，可以根據(jù)教學(xué)課時(shí)的多少，適當(dāng)進(jìn)行刪減取舍。

內(nèi)容概要

　　本書系統(tǒng)地闡述了電動(dòng)力學(xué)的基本概念和處理問題的基本方法。全書的內(nèi)容有：電磁場(chǎng)的基本定律與方程、靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)、電磁波的傳播和輻射、狹義相對(duì)論、帶電粒子與電磁場(chǎng)的相互作用。書中還包括矢量和張量運(yùn)算的相關(guān)內(nèi)容，以方便教學(xué)使用。　　本書可作為電動(dòng)力學(xué)、電磁理論等課程的教材與參考書。也可供與電磁理論相關(guān)的工作者參考。

書籍目錄

第0章 數(shù)學(xué)預(yù)備知識(shí)0.1 矢量和矢量場(chǎng)一、矢量的概念及其代數(shù)運(yùn)算二、標(biāo)量場(chǎng)的梯度和矢量場(chǎng)的散度與旋度三、算符V的運(yùn)算四、矢量場(chǎng)的分解0.2 張量及其運(yùn)算一、張量的概念二、張量的運(yùn)算第0章習(xí)題第1章 電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律1.1 電磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)定律和Maxwell方程組一、Coulomb定律和電場(chǎng)的散度二、Faraday電磁感應(yīng)定律和電場(chǎng)的旋度三、電荷守恒定律四、Blot—Savart定律和磁場(chǎng)的散度五、Ampere環(huán)路定律和靜磁場(chǎng)的旋度六、Maxwen方程組七、Lorentz力密度1.2 介質(zhì)中的Maxwell方程組和電磁場(chǎng)的邊值關(guān)系一、介質(zhì)的極化和磁化二、介質(zhì)中的Maxwell方程組三、介質(zhì)分界面上電磁場(chǎng)的邊值關(guān)系四、介質(zhì)的本構(gòu)方程五、導(dǎo)體的電磁性質(zhì)方程1.3 電磁場(chǎng)的能量和動(dòng)量一、電磁場(chǎng)的能量及其轉(zhuǎn)化和守恒定律二、電磁場(chǎng)動(dòng)量守恒和轉(zhuǎn)化定律三、電磁場(chǎng)的角動(dòng)量第1章習(xí)題第2章 靜電場(chǎng)2.1 靜電場(chǎng)的基本方程和唯一性定理一、靜電場(chǎng)基本方程和邊值關(guān)系二、唯一性定理2.2 用分離變量法解靜電問題一、直角坐標(biāo)系中的分離變量法解靜電問題二、在球坐標(biāo)中用分離變量法解靜電問題三、圓柱坐標(biāo)下的分離變量法2.3 靜電鏡像法一、靜電鏡像法二、實(shí)例2.4 格林函數(shù)法解靜電問題一、第一類邊值問題的Green函數(shù)解法二、第二類邊值問題的Green函數(shù)解法2.5 電多極矩展開場(chǎng)一、電多極矩展開的定性分析二、電多極矩展開的定量討論三、靜電場(chǎng)的電場(chǎng)能量2.6 穩(wěn)恒電流場(chǎng)的基本理論一、穩(wěn)恒電流場(chǎng)的幾個(gè)基本概念二、穩(wěn)恒電流場(chǎng)方程和邊值關(guān)系三、靜電類比法第2章習(xí)題第3章 靜磁場(chǎng)3.1 靜磁場(chǎng)的方程及其矢量勢(shì)一、靜磁場(chǎng)的方程及其邊值關(guān)系二、靜磁場(chǎng)的矢量勢(shì)3.2 靜磁場(chǎng)的標(biāo)量勢(shì)一、磁標(biāo)勢(shì)的引入二、磁標(biāo)勢(shì)的方程和邊值關(guān)系3.3 磁多極子展開和靜磁場(chǎng)的能量一、磁多極展開二、穩(wěn)恒電流體系的磁場(chǎng)能量第3章習(xí)題第4章 電磁波的傳播4.1 電磁場(chǎng)的波動(dòng)性和真空中的平面電磁波一、電磁波動(dòng)方程二、真空中的平面波三、平面電磁波的能量和動(dòng)量4.2 電磁波在均勻介質(zhì)中的傳播一、電磁波與介質(zhì)的相互作用二、定態(tài)電磁波三、復(fù)波矢四、介質(zhì)中E，B的關(guān)系五、等離子體中電磁波傳播簡(jiǎn)介4.3 電磁波在介質(zhì)界面的反射與折射一、電磁場(chǎng)和邊值關(guān)系二、電磁場(chǎng)的反射定律和折射定律三、Fresnel公式四、反射系數(shù)R和透射系數(shù)T五、全反射六、導(dǎo)體界面對(duì)電磁波的反射4.4 電磁波在波導(dǎo)管中的傳播一、波導(dǎo)管中電磁波方程和邊界條件二、波導(dǎo)管內(nèi)場(chǎng)的分布三、波導(dǎo)管中電磁波傳播的主要特性四、TE型波第4章習(xí)題第5章 電磁波的輻射5.1 電磁場(chǎng)的矢量勢(shì)和標(biāo)量勢(shì)一、電磁場(chǎng)的矢量勢(shì)和標(biāo)量勢(shì)二、兩種常用規(guī)范和dAlembert方程三、推遲勢(shì)5.2 電多極矩輻射一、計(jì)算輻射場(chǎng)的一般方法二、小區(qū)域電流分布的矢量勢(shì)三、電偶極矩的電磁場(chǎng)四、電偶極矩的輻射五、磁偶極矩和電四極矩輻射5.3 直線天線輻射一、天線上的電流分布和矢量勢(shì)二、電磁輻射場(chǎng)和輻射能量5.4 電磁波的衍射一、Kirchhoff公式二、矩形孔的Fraunhofer衍射第5章習(xí)題第6章 狹義相對(duì)論6.1 狹義相對(duì)論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)一、Galileo變換和絕對(duì)時(shí)空觀二、MichelSOil—Morley實(shí)驗(yàn)三、對(duì)Michelson—Morley實(shí)驗(yàn)的解釋6.2 狹義相對(duì)論的原理和Lorentz變換一、狹義相對(duì)論的兩條基本假設(shè)二、Lorentz變換式6.3 狹義相對(duì)論的時(shí)空理論一、同時(shí)的相對(duì)性二、空間距離的相對(duì)性(Lorentz—Fitzgerald收縮)三、運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘的延緩四、時(shí)鐘佯謬或雙生子佯謬問題五、速度變換關(guān)系式六、兩個(gè)事件的平方間隔6.4 狹義相對(duì)論的四維空間——MinkOWSki空間一、三維空間的正交變換二、四維空間三、四維空間中的四維張量6.5電磁學(xué)規(guī)律的四維協(xié)變形式一、電荷守恒以及電荷密度的變換關(guān)系二、電磁場(chǎng)的四維矢量勢(shì)及dAlembert方程的協(xié)變形式三、電磁場(chǎng)張量及E、B的變換式四、Maxwell方程組的四維協(xié)變形式五、Lorentz力密度的四維協(xié)變形式6.6 相對(duì)論力學(xué)基礎(chǔ)一、經(jīng)典方學(xué)規(guī)律需要修改二、四維動(dòng)量三、相對(duì)論的動(dòng)力學(xué)方程和四維力矢量四、相對(duì)論能量與動(dòng)量6.7 帶電粒子與電磁場(chǎng)相互作用的Lagrange函數(shù)和Hamilton函數(shù)一、非相對(duì)論情況二、相對(duì)論情況第6章習(xí)題第7章 運(yùn)動(dòng)帶電粒子與電磁場(chǎng)的相互作用7.1 運(yùn)動(dòng)帶電粒子的電磁場(chǎng)及其勢(shì)函數(shù)一、運(yùn)動(dòng)帶電粒子的電磁場(chǎng)勢(shì)函數(shù)——Lienard—wiechert勢(shì)二、運(yùn)動(dòng)帶電粒子激發(fā)的電磁場(chǎng)三、帶電粒子低速運(yùn)動(dòng)的輻射場(chǎng)7.2 任意運(yùn)動(dòng)帶電粒子的電磁輻射一、帶電粒子作任意運(yùn)動(dòng)時(shí)的輻射功率二、帶電粒子在兩種典型運(yùn)動(dòng)情況中的輻射7.3 帶電粒子的電磁場(chǎng)對(duì)粒子本身的反作用一、帶電粒子激發(fā)的場(chǎng)對(duì)粒子本身作用的定性分析二、輻射阻尼力F7.4 諧振帶電粒子的輻射阻尼及譜線的自然寬度一、計(jì)及輻射阻尼后諧振子的輻射二、諧振子輻射頻譜的自然寬度7.5 電磁波的散射、吸收和介質(zhì)的色散一、散射問題的一般描述二、自由電子對(duì)電磁波的散射三、束縛電子對(duì)電磁波的散射四、介質(zhì)的色散第7章習(xí)題附錄A 有關(guān)數(shù)學(xué)運(yùn)算公式附錄B 有關(guān)物理常量

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