武漢大學“十一五”規劃教材：電動力學 [Electrodynamics] pdf epub mobi txt 電子書下載 2025

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虞國寅，周國全著

圖書標籤:

電動力學
物理學
電磁學
武漢大學
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高等教育
物理
電磁場理論
十一五規劃教材

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齣版社：武漢大學齣版社

ISBN：9787307065789

版次：1

商品編碼：10158798

包裝：平裝

外文名稱：Electrodynamics

開本：16開

齣版時間：2008-11-01

用紙：膠版紙

頁數：218

字數：344000

正文語種：中文

具體描述

編輯推薦

　　《電動力學》可作為電動力學、電磁理論等課程的教材與參考書。也可供與電磁理論相關的工作者參考。

內容簡介

　　本書係統地闡述瞭電動力學的基本概念和處理問題的基本方法。全書的內容有：電磁場的基本定律與方程、靜電場、靜磁場、電磁波的傳播和輻射、狹義相對論、帶電粒子與電磁場的相互作用。書中還包括矢量和張量運算的相關內容，以方便教學使用。
　　本書可作為電動力學、電磁理論等課程的教材與參考書。也可供與電磁理論相關的工作者參考。

內頁插圖

第0章數學預備知識
0.1 矢量和矢量場
一、矢量的概念及其代數運算
二、標量場的梯度和矢量場的散度與鏇度
三、算符V的運算
四、矢量場的分解
0.2 張量及其運算
一、張量的概念
二、張量的運算
第0章習題

第1章電磁現象的普遍規律
1.1 電磁現象的實驗定律和Maxwell方程組
一、Coulomb定律和電場的散度
二、Faraday電磁感應定律和電場的鏇度
三、電荷守恒定律
四、Blot—Savart定律和磁場的散度
五、Ampere環路定律和靜磁場的鏇度
六、Maxwen方程組
七、Lorentz力密度
1.2 介質中的Maxwell方程組和電磁場的邊值關係
一、介質的極化和磁化
二、介質中的Maxwell方程組
三、介質分界麵上電磁場的邊值關係
四、介質的本構方程
五、導體的電磁性質方程
1.3 電磁場的能量和動量
一、電磁場的能量及其轉化和守恒定律
二、電磁場動量守恒和轉化定律
三、電磁場的角動量
第1章習題

第2章靜電場
2.1 靜電場的基本方程和唯一性定理
一、靜電場基本方程和邊值關係
二、唯一性定理
2.2 用分離變量法解靜電問題
一、直角坐標係中的分離變量法解靜電問題
二、在球坐標中用分離變量法解靜電問題
三、圓柱坐標下的分離變量法
2.3 靜電鏡像法
一、靜電鏡像法
二、實例
2.4 格林函數法解靜電問題
一、第一類邊值問題的Green函數解法
二、第二類邊值問題的Green函數解法
2.5 電多極矩展開場
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、靜電場的電場能量
2.6 穩恒電流場的基本理論
一、穩恒電流場的幾個基本概念
二、穩恒電流場方程和邊值關係
三、靜電類比法
第2章習題

第3章靜磁場
3.1 靜磁場的方程及其矢量勢
一、靜磁場的方程及其邊值關係
二、靜磁場的矢量勢
3.2 靜磁場的標量勢
一、磁標勢的引入
二、磁標勢的方程和邊值關係
3.3 磁多極子展開和靜磁場的能量
一、磁多極展開
二、穩恒電流體係的磁場能量
第3章習題

第4章電磁波的傳播
4.1 電磁場的波動性和真空中的平麵電磁波
一、電磁波動方程
二、真空中的平麵波
三、平麵電磁波的能量和動量
4.2 電磁波在均勻介質中的傳播
一、電磁波與介質的相互作用
二、定態電磁波
三、復波矢
四、介質中E，B的關係
五、等離子體中電磁波傳播簡介
4.3 電磁波在介質界麵的反射與摺射
一、電磁場和邊值關係
二、電磁場的反射定律和摺射定律
三、Fresnel公式
四、反射係數R和透射係數T
五、全反射
六、導體界麵對電磁波的反射
4.4 電磁波在波導管中的傳播
一、波導管中電磁波方程和邊界條件
二、波導管內場的分布
三、波導管中電磁波傳播的主要特性
四、TE型波
第4章習題

第5章電磁波的輻射
5.1 電磁場的矢量勢和標量勢
一、電磁場的矢量勢和標量勢
二、兩種常用規範和dAlembert方程
三、推遲勢
5.2 電多極矩輻射
一、計算輻射場的一般方法
二、小區域電流分布的矢量勢
三、電偶極矩的電磁場
四、電偶極矩的輻射
五、磁偶極矩和電四極矩輻射
5.3 直綫天綫輻射
一、天綫上的電流分布和矢量勢
二、電磁輻射場和輻射能量
5.4 電磁波的衍射
一、Kirchhoff公式
二、矩形孔的Fraunhofer衍射
第5章習題

第6章狹義相對論
6.1 狹義相對論的實驗基礎
一、Galileo變換和絕對時空觀
二、MichelSOil—Morley實驗
三、對Michelson—Morley實驗的解釋
6.2 狹義相對論的原理和Lorentz變換
一、狹義相對論的兩條基本假設
二、Lorentz變換式
6.3 狹義相對論的時空理論
一、同時的相對性
二、空間距離的相對性(Lorentz—Fitzgerald收縮)
三、運動時鍾的延緩
四、時鍾佯謬或雙生子佯謬問題
五、速度變換關係式
六、兩個事件的平方間隔
6.4 狹義相對論的四維空間
——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電磁學規律的四維協變形式
一、電荷守恒以及電荷密度的變換關係
二、電磁場的四維矢量勢及dAlembert方程的協變形式
三、電磁場張量及E、B的變換式
四、Maxwell方程組的四維協變形式
五、Lorentz力密度的四維協變形式
6.6 相對論力學基礎
一、經典方學規律需要修改
二、四維動量
三、相對論的動力學方程和四維力矢量
四、相對論能量與動量
6.7 帶電粒子與電磁場相互作用的Lagrange函數和Hamilton函數
一、非相對論情況
二、相對論情況
第6章習題

第7章運動帶電粒子與電磁場的相互作用
7.1 運動帶電粒子的電磁場及其勢函數
一、運動帶電粒子的電磁場勢函數——Lienard—wiechert勢
二、運動帶電粒子激發的電磁場
三、帶電粒子低速運動的輻射場
7.2 任意運動帶電粒子的電磁輻射
一、帶電粒子作任意運動時的輻射功率
二、帶電粒子在兩種典型運動情況中的輻射
7.3 帶電粒子的電磁場對粒子本身的反作用
一、帶電粒子激發的場對粒子本身作用的定性分析
二、輻射阻尼力F
7.4 諧振帶電粒子的輻射阻尼及譜綫的自然寬度
一、計及輻射阻尼後諧振子的輻射
二、諧振子輻射頻譜的自然寬度
7.5 電磁波的散射、吸收和介質的色散
一、散射問題的一般描述
二、自由電子對電磁波的散射
三、束縛電子對電磁波的散射
四、介質的色散
第7章習題
附錄A 有關數學運算公式
附錄B 有關物理常量

前言/序言

　　電動力學是討論電磁場理論與狹義相對論的課程。電磁場與眾多其他物質一樣，是具有能量、動量和角動量，按照自己的規律運動的一種重要物質。電磁場在與其他物質的相互作用過程中，可以相互之間轉換能量、動量和角動量，而且遵從能量、動量和角動量的守恒定律。電磁場物質在現代人類的活動中扮演瞭相當重要的角色，是在各個領域，各個行業中不可缺少的東西。在電力係統中，人們利用電磁場纔能方便地實現能量的遠距離傳送，並實現瞭物質能量在各種形式之間的轉換。在信息行業中，由於電磁場作為現代信息技術的信息載體，人們纔能實現對各種信息的快速、準確地傳遞和處理。沒有電磁場，現代生活是無法想象的。對電磁場的運動規律和應用的研究已是現代自然科學的一個重要分支學科。
　　本書較為係統地闡述瞭電磁場的基本概念和處理電磁場問題的基本方法。電動力學作為基礎理論課程，它的主要任務是使學生掌握這些較為成熟的理論知識和處理問題的基本思想與方法。在科學技術、信息傳媒高度發展的當代社會，精選傳統課程的內容、縮減傳統課程的分量是大勢所趨。如何縮減和精選本課程的內容，我們努力首先在內容選取方麵，側重於基本與主要的內容，在保持本課程係統性的基礎上，盡量減少與其他課程的重復，並不把涉及電磁場的各種內容都納入本書。其二是，力求以最簡潔的方式和精煉的語言去闡述選人書中的內容。本書的第一章主要是討論Maxwell方程組、電磁場的能量、動量概念。預備知識中的§0．2“張量及其運算”可以插在§1．2之前講授。第二章靜電場和第三章靜磁場主要是討論如何利用勢函數求穩定電磁場的分布，以及穩定電磁場的能量問題。第四章討論電磁波的傳播，在這裏把絕緣介質作為一般介質中電導率為零的一個特例來處理。第五章是討論電磁波的輻射，這裏先介紹如何利用場的勢函數去求電磁輻射場，然後著重討論電偶極矩的輻射。希望通過對此內容的討論，使學生掌握一般電磁輻射係統的輻射場計算和輻射特性討論的基本方法。在學時較少的情況下，§5．3和§5．4可以根據情況予以刪減。第六章狹義相對論，介紹瞭狹義相對論理論的提齣，狹義相對論的時空特性和物理規律的相對論協變形式。第七章討論帶電粒子與電磁場的相互作用，首先計算瞭帶電粒子運動時激發的電磁場，這裏給齣瞭近場和遠場的全部電磁場。然後討論帶電粒子在電磁場作用下的行為。本書中的內容，可以根據教學課時的多少，適當進行刪減取捨。

物理學的宏偉殿堂：經典電磁場理論的深刻探索本書旨在為讀者構建一個清晰、嚴謹且富有啓發性的電磁場理論知識體係。作為一門基礎而核心的物理學分支，電磁場理論不僅是理解自然界基本相互作用的關鍵，更是現代工程技術和信息科學的理論基石。本書的編寫嚴格遵循從基本原理齣發，逐步深入到復雜現象和前沿應用的敘事邏輯，力求在保證科學準確性的同時，兼顧教學的清晰度和啓發性。第一部分：靜電場的基石與構築本書伊始，我們將追溯電荷的本質及其最基本的關係——靜電力。首先詳細闡述庫侖定律，這是所有電磁學分析的起點。我們不僅會復述其矢量形式，更會探討其在不同介質中的錶現及其在微觀尺度上的意義。隨後，我們將引入電場的概念，將場論的視角植入分析框架。電場強度的定義、疊加原理，以及電場綫（電力綫）的物理圖像將被細緻闡述。理解電場綫的分布特徵，對於直觀把握復雜電荷分布的場結構至關重要。靜電學的核心工具——高斯定理，將占據重要篇幅。我們將詳細剖析高斯定理在求解具有高度對稱性電荷分布問題中的強大威力，並討論其在積分形式和微分形式上的等價性。為進一步深化對場的理解，電勢的概念被引入。電勢作為標量函數，極大地簡化瞭靜電勢場的分析過程，我們探討瞭電勢與電場之間的關係，特彆是電勢梯度的物理意義。在深入研究宏觀物質的靜電行為時，介質的極化現象成為焦點。我們將討論電介質的分子結構如何影響宏觀電場，引入電位移矢量 $mathbf{D}$ 的概念，並闡述其在存在介質時的應用優勢。邊界條件在處理界麵問題時的重要性不容忽視，無論是電場強度還是電位移矢量，在理想導體、電介質分界麵上的行為都將得到嚴格推導和清晰的幾何闡述。靜電場的能量儲存問題亦是不可或缺的一環。我們將推導靜電場的能量密度錶達式，並討論如何在空間分布的電荷係統中計算總靜電能。最後，通過引入拉普拉斯方程和泊鬆方程，本書將靜電場問題轉化為典型的邊界值問題，並簡要介紹求解這類偏微分方程的若乾數學方法，為後續電磁場求解打下堅實基礎。第二部分：穩恒電流與磁場的起源從靜電場過渡到穩恒電流場，我們開始引入時間因素的初級體現——運動電荷。本部分專注於描述穩定電流的分布及其産生的磁效應。歐姆定律在均勻介質中的微分形式被作為電流密度的起點，詳細討論瞭電流連續性方程在穩恒態下的簡化形式（即 $ abla cdot mathbf{J} = 0$）。磁場的引入基於畢奧-薩伐爾定律（Biot-Savart Law），這是計算由穩恒電流産生的磁場的基本定律。我們將運用此定律求解幾種典型的電流分布（如無限長導綫、圓電流環、螺綫管等）所産生的磁場分布，強調矢量積分在計算磁場方嚮和大小上的復雜性。安培環路定律作為磁場計算的“高斯定理對應物”，其適用範圍和局限性將被深入探討。在具有高度對稱性的電流分布（如長直導綫、無限平麵電流層）中，安培定律能極大地簡化計算，本書將詳述應用這一定理的步驟和注意事項。磁場中的力——洛倫茲力定律是連接電場與磁場的橋梁。我們將係統分析單個運動電荷在復閤電磁場中受到的作用力，並由此引申齣描述電流元受力（安培力）的規律。這部分內容是理解磁選擇器、迴鏇加速器等基本電磁器件工作原理的關鍵。在探討磁場特性時，磁矢量勢 $mathbf{A}$ 的概念被引入。作為磁場的另一個數學錶徵工具，磁矢量勢的引入為後續的電磁感應和麥剋斯韋方程組的矢量形式奠定瞭必要的數學準備。第三部分：時變場的動態統一——電磁感應與麥剋斯韋方程組本部分是全書的飛躍點，標誌著從靜態場論嚮動態場論的邁進，即納入時間變化的考量。法拉第電磁感應定律是核心。本書將深入剖析該定律的積分形式和微分形式，強調變化的磁通量如何“生成”感應電動勢和附加的渦鏇電場。通過對楞次定律的物理詮釋，我們能更好地理解感應電流的方嚮性。接著，我們將聚焦於麥剋斯韋對安培定律的關鍵修正——引入“位移電流”的概念。正是這一修正，使得電磁場方程組在時間變化下保持瞭內在的一緻性，並預言瞭電磁波的存在。基於此修正，麥剋斯韋方程組的完整形式（包括微分形式和積分形式）將被係統地總結和推導。這組方程是經典電磁場理論的基石，它們統一瞭電荷、電流、電場和磁場之間的所有已知關係。我們將詳細分析每條方程的物理意義，特彆是電荷守恒定律和磁單極子不存在性的體現。第四部分：電磁波的傳播與輻射在真空中的均勻、無源區域，麥剋斯韋方程組退化為一套著名的波動方程。本書將推導齣一維和三維的電磁波方程，並求解平麵電磁波的特解。平麵波的性質——傳播方嚮、相位關係、波速（光速的導齣）——將被詳盡分析。特彆是橫波特性（$mathbf{E}$、$mathbf{B}$ 垂直於傳播方嚮且相互垂直）的嚴格證明，是理解光本質的關鍵一步。電磁波的能量和動量——坡印廷矢量（Poynting Vector）的概念將被引入，用以描述電磁能量的流動密度和方嚮，這是理解電磁波能流特性的核心工具。最後，本書將探討電磁波的産生，即電磁輻射。通過分析加速電荷（如振蕩電偶極子）的輻射場，我們將闡述電磁波的産生機製，並計算齣最基本的偶極子輻射功率，為理解無綫電通信和天綫理論打下理論基礎。全書貫穿始終的，是對矢量分析和偏微分方程在物理問題中應用的強調，旨在培養讀者從物理概念齣發，利用數學工具解決復雜電磁現象的綜閤能力。

用戶評價

評分☆☆☆☆☆

這本書的裝幀設計確實很用心，硬殼封麵，紙張也比較厚實，手感沉甸甸的，光是拿在手裏就給人一種紮實可靠的感覺。封麵上的設計元素不多，但很有質感，沒有那些花裏鬍哨的圖案，這種簡潔大方的風格我個人很喜歡。打開書頁，印刷質量也令人滿意，字體清晰，排版疏密適度，即使長時間閱讀也不會感到眼睛疲勞。書的整體尺寸適中，方便攜帶和翻閱，不像有些教材那麼龐大沉重，平時放在書架上也很美觀。我特彆注意到目錄的設計，清晰明瞭，結構層次分明，讓人一目瞭然地瞭解全書的脈絡。每個章節的標題都很有概括性，預示著裏麵會涉及到的內容，這對於初次接觸電動力學領域的學習者來說，非常有指導意義。雖然我還沒有深入閱讀內容，但僅從這本書的物理形態和初步瀏覽來看，它無疑是一本用心製作的教材，能夠給讀者帶來良好的閱讀體驗，這一點是毋庸置疑的。

評分☆☆☆☆☆

作為一名已經畢業多年的工科從業者，我這次購入這本教材，更多的是齣於對知識鞏固和擴展的需要。在實際工作中，雖然不直接處理復雜的電動力學方程，但對相關原理的深刻理解，對於解決一些工程問題，甚至對新技術的洞察，都起著至關重要的作用。這本書的結構安排，我認為是非常有條理的。它仿佛是一張精心繪製的地圖，帶領讀者穿越電動力學的復雜地形。從最初的電場、磁場概念的鋪墊，到麥剋斯韋方程組的引入，再到電磁波的傳播以及相對論效應的結閤，整個知識體係的構建非常紮實。即使是多年未接觸相關內容，但憑藉著書中清晰的邏輯和相對易懂的語言，我感覺自己能夠重新拾起那些曾經模糊的概念，並且對它們有瞭更深刻的認識。

評分☆☆☆☆☆

從我個人的學習經曆來看，很多教材在介紹電動力學時，往往會過於側重數學推導，而忽略瞭物理圖像的構建，這使得學生往往隻掌握瞭計算技巧，卻對現象背後的本質理解不深。然而，當我翻開這本武漢大學的教材時，我感受到瞭一種不同的治學態度。它在理論推導的嚴謹性之外，非常注重對物理現象的直觀描述和形象解釋。書中穿插的一些圖示和類比，雖然簡單，卻能夠有效地幫助讀者建立起對抽象概念的感性認識。例如，在講解電磁波的産生和傳播時，書中通過一些生動的比喻，讓我更容易理解那個“振蕩”和“傳遞”的過程。這種將數學語言和物理直覺相結閤的講解方式，對於我這樣更傾嚮於理解“為什麼”的學習者來說，無疑是莫大的幫助。它讓我覺得，電動力學並非是冷冰冰的數學遊戲，而是充滿魅力的物理世界。

評分☆☆☆☆☆

我是一個對基礎物理有著濃厚興趣的在校學生，一直以來，電動力學這個領域都讓我既著迷又有些畏懼。聽說武漢大學的這本“十一五”規劃教材在業界口碑不錯，所以一直想入手一本好好研究一下。拿到手後，我第一眼就被它嚴謹的排版風格吸引瞭。內容邏輯性很強，從最基礎的概念講起，層層遞進，循序漸進，完全沒有那種突然冒齣晦澀難懂概念的突兀感。我尤其欣賞它在引入每一個新理論或公式時，都會給齣詳細的推導過程和物理背景解釋，這對於我們這些還在摸索階段的學生來說，實在是太重要瞭。很多時候，我們需要的不僅僅是記住一個公式，更重要的是理解它為什麼是這樣，它背後蘊含的物理意義是什麼。這本書在這方麵做得非常齣色，它鼓勵你去思考，去理解，而不是僅僅被動地接受。

評分☆☆☆☆☆

我是一名已經有一定物理基礎的研究生，這次購買這本書，主要是想係統地梳理一下電動力學的知識體係，並為後續更深入的研究打下基礎。這本書的整體風格非常學術化，但又不像某些文獻那樣晦澀難懂。它在概念的引入和闡述上，既保持瞭足夠的嚴謹性，又兼顧瞭清晰度。我特彆注意到書中對於一些關鍵概念的定義和解釋，都非常精準，沒有模糊地帶。而且，它對於一些復雜問題的處理，也給齣瞭多種方法和思路，這對於培養研究生的分析和解決問題的能力非常有幫助。書中的例子和習題（雖然我還沒來得及做）也似乎很有代錶性，能夠幫助讀者檢驗自己的理解程度。總而言之，這本書給我的感覺是，它不僅僅是一本教科書，更像是一個引路人，指引我在這片浩瀚的電動力學海洋中前行。

評分☆☆☆☆☆

這本書的內容安排很閤理,開始引入數學基礎知識,從而深入到用數學建模的方法討論電磁微觀力學,大量的習題很經典,對一些比較著名的定理公式的推理很詳實,是一部值得學習的教科書,就是課後練習題比較少不能很好的鍛煉下自己對知識的掌握程度.

評分☆☆☆☆☆