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電動力學 版權信息
- ISBN：9787030267610
- 條形碼：9787030267610 ; 978-7-03-026761-0
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
電動力學 內容簡介
《電動力學》是作者在多年教學經驗的基礎上，結合當前學生的新特點編寫而成。《電動力學》加強了對基本概念與基礎理論的文字描述，相應的減少了部分定理、推論等繁雜的證明過程；此外，還針對學生的興趣調整了教學內容，并增加了與電動力學相關的研究進展。《電動力學》內容包括電動力學的數學基礎與基本理論、狹義相對論、靜電場與靜磁場、電磁波及其與物質的相互作用、電動力學相關研究領域簡介。
電動力學 目錄
目錄
前言
第1章 電動力學的數學基礎與基本理論
1.1 電動力學的數學基礎 1
1.1.1 矢量分析與張量簡介 1
1.1.2 場的梯度、散度和旋度 4
1.1.3 常用公式 8
1.1.4 有關矢量場的幾個定理 11
1.1.5 函數與點電荷的密度分布 13
1.2 靜態場的基本方程 14
1.2.1 靜電場的基本方程 14
1.2.2 靜磁場的基本方程 19
1.3 麥克斯韋方程組 23
1.3.1 電場的散度和旋度方程 23
1.3.2 磁場的旋度和散度方程 25
1.3.3 真空中的麥克斯韋方程組 27
1.3.4 介質中的麥克斯韋方程組 29
1.3.5 介質的電磁性質方程和歐姆定律 33
1.3.6 洛倫茲力公式 35
1.4 電磁場的勢函數 36
1.4.1 矢量勢函數和標量勢函數 36
1.4.2 規范不變性 37
1.4.3 達朗貝爾方程與推遲勢 39
1.4.4 靜電場和靜磁場勢函數 42
1.5 電磁場的邊值關系和場方程的完備性 45
1.5.1 場強在界面上法向分量的邊值關系 46
1.5.2 場強在界面上切向分量的邊值關系 47
1.5.3 其他量的邊值關系 48
1.5.4 靜電揚和靜磁場勢函數的邊值關系 49
1.5.5 電磁場方程的完備性 51
1.6 電磁場的能量和動量 53
1.6.1 帶電體系與電磁場的能量守恒定律 54
1.6.2 靜電場和靜磁場的能量 58
1.6.3 帶電體系與電磁場的動量守恒定律 60
第2章 狹義相對論 64
2.1 經典時空觀及其局限性 64
2.1.1.經典力學時空理論簡介 65
2.1.2 經典時壁理論的局限性 67
2.1.3 邁克耳孫-莫雷實驗 70
2.1.4 對邁克耳孫-莫雷實驗結果的解釋 71
2.1.5 愛因斯坦筒介 73
2.2 狹義相對論的時空理論 74
2.2.1 狹義相對論的兩個基本原理 74
2.2.2 相對論的時空結構 76
2.2.3 洛倫茲變換 77
2.2.4 洛倫茲收縮和愛因斯坦延緩 82
2.3 相對論的四維形式和電磁場方程的不變性 86
2.3.1 閔科夫斯基空間及洛倫茲變換的四維形式 86
2.3.2 四維協變量 88
2.3.3 四維勢矢量與達朗貝爾方程的不變性 91
2.3.4 電磁場張量與麥克斯韋方程組的不變性 93
2.4 相對論力學 97
2.4.1 四維動量 97
2.4.2 物體的能量和質量 98
2.4.3 相對論力學方程 100
2.4.4 相對論分析力學 104
第3章 靜電場與靜碰場 107
3.1 靜電場的分離變量法 107
3.1.1 靜電勢的邊值問題 107
3.1.2 拉普拉斯方程的解 108
3.1.3 典型例題分析 111
3.2 靜電場的鏡像法 116
3.2.1 鏡像法的概念和適用條件 116
3.2.2 典型例題分析 117
3.3 格林函數法 124
3.3.1 格林函數 124
3.3.2 給定邊值問題的解 125
3.3.3 幾類格林函數和相應空間的勢函數 126
3.3.4 典型實例分析 128
3.4 近似方法 129
3.4.1 靜電場的多極展開 130
3.4.2 小區域電荷體系與外電場的相互作用 132
3.4.3 靜磁場的多極展開 134
3.4.4 小區域電流體系與外磁場的相互作用 135
3.5 磁標勢法 136
3.5.1 磁標勢引人的條件 137
3.5.2 磁荷密度和磁標勢滿足的方程 138
3.5.3 磁標勢的邊值關系 138
3.5.4 用磁標勢求解靜磁場的實例和磁屏蔽 139
3.6 數值計算法 141
3.6.1 有限差分法 142
3.6.2 有限元法 146
3.6.3 Matlab偏微分方程工具箱 149
第4章 電磁波及其與物質的相互作用 152
4.1 電磁波動方程和亥姆霍茲方程 152
4.1.1 電磁波動方程和邊界條件 152
4.1.2 時譜電磁波的亥姆霍茲方程 153
4.2 電磁波在絕緣介質界面上的反射和折射 154
4.2.1 平面電磁波在無限大均句介質中的傳播特性 154
4.2.2 平面電磁波在介質界面上的反射和折射 158
4.3 導體為邊界的高頻電磁振蕩和微波傳送 162
4.3.1 導體中平面電磁波的基本特性 162
4.3.2 以理想導體為邊界的邊值問題 165
4.3.3 諧振腔與波導管 166
4.4 諧振蕩電流體系的多極輻射和天線輻射 170
4.4.1 計算輻射場的一般公式 170
4.4.2 電偶極輻射 173
4.4.3 磁偶極輻射和電四極輻射 174
4.4.4 天線輻射 177
4.5 運動帶電粒子的輻射 180
4.5.1 李納-維謝爾勢 180
4.5.2 運動帶電控子的輻射場和角分布 182
4.5.3 朝致輻射和同步輻射 183
4 5.4 切倫柯夫輻射 185
4.5.5 運動帶電植子電磁場對自身的反作用 187
4.6 介質對電磁波的作用 189
4.6.1 電子對電磁波的散射 189
4.6.2 電磁波的吸收與色散 192
4.6.3 經典電動力學的適用范圍 195
第5章 電動力學相關研究領域簡介 197
5.1 超導電現象和高溫超導 197
5.1.1 超導體的基本特性 197
5.1.2 超導體的唯象理論 199
5.1.3 超導電性的微觀理論和高溫超導體 201
5.1.4 超導體的應用 203
5.2 等離子體物理 204
5.2.1 等離子體的基本特性 204
5.2.2 磁流體動力學 207
5.2.3 等離子體振蕩和電子等離子波 210
5.2.4 等離子體的應用 211
5.3 超冷原子物理 212
5.3.1 激光腳原子 212
5.3.2 原子的捕挾 214
5.3.3 玻色-愛因斯坦凝聚 215
5.3.4 冷原子的應用 216
5.4 光子晶體和左手材料 218
5.4.1 光子晶體 218
5.4.2 左手材料 221
習題與參考答案 226
參考文獻 238
附錄 239
附錄I 柱坐標與球坐標系下的矢量微分公式 239
I.1 桂坐標下的矢量微分公式 239
I.2 球坐標下的矢量微分公式 239
附錄II 常用矢量和張量分析公式 240
附錄III 數值解拉普拉斯方程的程序 240
III.1 例3.6.1的Matlab程序碼和繪圖語句 240
III.2 例3.6.2的Matlab程序碼和繪圖語句 242
III.3 例3.6.3的地tlab程序碼和繪圖程序 243
III.4 例3.6.4的Matlab程序碼和繪圖程序 244
附錄IV 重要的物理常數(國際單位制) 246
前言
第1章 電動力學的數學基礎與基本理論
1.1 電動力學的數學基礎 1
1.1.1 矢量分析與張量簡介 1
1.1.2 場的梯度、散度和旋度 4
1.1.3 常用公式 8
1.1.4 有關矢量場的幾個定理 11
1.1.5 函數與點電荷的密度分布 13
1.2 靜態場的基本方程 14
1.2.1 靜電場的基本方程 14
1.2.2 靜磁場的基本方程 19
1.3 麥克斯韋方程組 23
1.3.1 電場的散度和旋度方程 23
1.3.2 磁場的旋度和散度方程 25
1.3.3 真空中的麥克斯韋方程組 27
1.3.4 介質中的麥克斯韋方程組 29
1.3.5 介質的電磁性質方程和歐姆定律 33
1.3.6 洛倫茲力公式 35
1.4 電磁場的勢函數 36
1.4.1 矢量勢函數和標量勢函數 36
1.4.2 規范不變性 37
1.4.3 達朗貝爾方程與推遲勢 39
1.4.4 靜電場和靜磁場勢函數 42
1.5 電磁場的邊值關系和場方程的完備性 45
1.5.1 場強在界面上法向分量的邊值關系 46
1.5.2 場強在界面上切向分量的邊值關系 47
1.5.3 其他量的邊值關系 48
1.5.4 靜電揚和靜磁場勢函數的邊值關系 49
1.5.5 電磁場方程的完備性 51
1.6 電磁場的能量和動量 53
1.6.1 帶電體系與電磁場的能量守恒定律 54
1.6.2 靜電場和靜磁場的能量 58
1.6.3 帶電體系與電磁場的動量守恒定律 60
第2章 狹義相對論 64
2.1 經典時空觀及其局限性 64
2.1.1.經典力學時空理論簡介 65
2.1.2 經典時壁理論的局限性 67
2.1.3 邁克耳孫-莫雷實驗 70
2.1.4 對邁克耳孫-莫雷實驗結果的解釋 71
2.1.5 愛因斯坦筒介 73
2.2 狹義相對論的時空理論 74
2.2.1 狹義相對論的兩個基本原理 74
2.2.2 相對論的時空結構 76
2.2.3 洛倫茲變換 77
2.2.4 洛倫茲收縮和愛因斯坦延緩 82
2.3 相對論的四維形式和電磁場方程的不變性 86
2.3.1 閔科夫斯基空間及洛倫茲變換的四維形式 86
2.3.2 四維協變量 88
2.3.3 四維勢矢量與達朗貝爾方程的不變性 91
2.3.4 電磁場張量與麥克斯韋方程組的不變性 93
2.4 相對論力學 97
2.4.1 四維動量 97
2.4.2 物體的能量和質量 98
2.4.3 相對論力學方程 100
2.4.4 相對論分析力學 104
第3章 靜電場與靜碰場 107
3.1 靜電場的分離變量法 107
3.1.1 靜電勢的邊值問題 107
3.1.2 拉普拉斯方程的解 108
3.1.3 典型例題分析 111
3.2 靜電場的鏡像法 116
3.2.1 鏡像法的概念和適用條件 116
3.2.2 典型例題分析 117
3.3 格林函數法 124
3.3.1 格林函數 124
3.3.2 給定邊值問題的解 125
3.3.3 幾類格林函數和相應空間的勢函數 126
3.3.4 典型實例分析 128
3.4 近似方法 129
3.4.1 靜電場的多極展開 130
3.4.2 小區域電荷體系與外電場的相互作用 132
3.4.3 靜磁場的多極展開 134
3.4.4 小區域電流體系與外磁場的相互作用 135
3.5 磁標勢法 136
3.5.1 磁標勢引人的條件 137
3.5.2 磁荷密度和磁標勢滿足的方程 138
3.5.3 磁標勢的邊值關系 138
3.5.4 用磁標勢求解靜磁場的實例和磁屏蔽 139
3.6 數值計算法 141
3.6.1 有限差分法 142
3.6.2 有限元法 146
3.6.3 Matlab偏微分方程工具箱 149
第4章 電磁波及其與物質的相互作用 152
4.1 電磁波動方程和亥姆霍茲方程 152
4.1.1 電磁波動方程和邊界條件 152
4.1.2 時譜電磁波的亥姆霍茲方程 153
4.2 電磁波在絕緣介質界面上的反射和折射 154
4.2.1 平面電磁波在無限大均句介質中的傳播特性 154
4.2.2 平面電磁波在介質界面上的反射和折射 158
4.3 導體為邊界的高頻電磁振蕩和微波傳送 162
4.3.1 導體中平面電磁波的基本特性 162
4.3.2 以理想導體為邊界的邊值問題 165
4.3.3 諧振腔與波導管 166
4.4 諧振蕩電流體系的多極輻射和天線輻射 170
4.4.1 計算輻射場的一般公式 170
4.4.2 電偶極輻射 173
4.4.3 磁偶極輻射和電四極輻射 174
4.4.4 天線輻射 177
4.5 運動帶電粒子的輻射 180
4.5.1 李納-維謝爾勢 180
4.5.2 運動帶電控子的輻射場和角分布 182
4.5.3 朝致輻射和同步輻射 183
4 5.4 切倫柯夫輻射 185
4.5.5 運動帶電植子電磁場對自身的反作用 187
4.6 介質對電磁波的作用 189
4.6.1 電子對電磁波的散射 189
4.6.2 電磁波的吸收與色散 192
4.6.3 經典電動力學的適用范圍 195
第5章 電動力學相關研究領域簡介 197
5.1 超導電現象和高溫超導 197
5.1.1 超導體的基本特性 197
5.1.2 超導體的唯象理論 199
5.1.3 超導電性的微觀理論和高溫超導體 201
5.1.4 超導體的應用 203
5.2 等離子體物理 204
5.2.1 等離子體的基本特性 204
5.2.2 磁流體動力學 207
5.2.3 等離子體振蕩和電子等離子波 210
5.2.4 等離子體的應用 211
5.3 超冷原子物理 212
5.3.1 激光腳原子 212
5.3.2 原子的捕挾 214
5.3.3 玻色-愛因斯坦凝聚 215
5.3.4 冷原子的應用 216
5.4 光子晶體和左手材料 218
5.4.1 光子晶體 218
5.4.2 左手材料 221
習題與參考答案 226
參考文獻 238
附錄 239
附錄I 柱坐標與球坐標系下的矢量微分公式 239
I.1 桂坐標下的矢量微分公式 239
I.2 球坐標下的矢量微分公式 239
附錄II 常用矢量和張量分析公式 240
附錄III 數值解拉普拉斯方程的程序 240
III.1 例3.6.1的Matlab程序碼和繪圖語句 240
III.2 例3.6.2的Matlab程序碼和繪圖語句 242
III.3 例3.6.3的地tlab程序碼和繪圖程序 243
III.4 例3.6.4的Matlab程序碼和繪圖程序 244
附錄IV 重要的物理常數(國際單位制) 246
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