现代电动力学
作者:王振林
出版社:高等教育出版社
出版时间:2022年07月
开 本：16开
纸 张：胶版纸
ISBN：9787040586213
定价：90.00元
内容简介
本书系统地讲述了电动力学的基本概念、基本原理，以及处理电磁场体系的基本方法。为便于初学者阅读、理解和消化，本书在各章知识点呈现上尽可能保留关键数学推理过程，在文字叙述上更多以适合阅读的视角去强化物理概念、结论分析以及相关物理图像的阐述和概括。同时，为了能展现与学科相关的重要科学研究进展，本书将与电动力学知识密切相关的代表性科研成果作为课外阅读素材穿插到相关章节之中，并保持与原有知识点的有机衔接，使读者既能认识到学好基础物理知识的重要性，又可体会到一些新现象、新效应的发现并非遥不可及，启发初学者勇于探索和创新的自信心，提升其思考新问题和探索未知的能力。 本书可作为高等学校物理学类专业或与物理学相关新工科类专业本科生的教材或参考书，也可供其他有关人员参考学习。
目录
前辅文
第一章 数学准备
1.1 矢量的代数运算
1.1.1 矢量的表示
1.1.2 矢量的点积与叉积
1.1.3 三个矢量的积
1.2 矢量的导数运算
1.2.1 位置矢量、标量场和矢量场
1.2.2 标量场的梯度
1.2.3 矢量导数\nabla算符
1.2.4 矢量场的散度
1.2.5 矢量场的旋度
1.2.6 乘积的导数法则
1.2.7 二阶导数
1.2.8 柱坐标系中的导数运算
1.2.9 球坐标系中的导数运算
1.3 矢量的积分运算
1.3.1 梯度积分定理
1.3.2 高斯(Gauss)定理
1.3.3 斯托克斯(Stokes)定理
1.3.4 狄拉克(Dirac)\updelta函数
1.3.5 亥姆霍兹(Helmholtz)定理
1.4 正交变换
1.4.1 二维平面坐标系转动变换
1.4.2 三维空间的正交变换
1.4.3 空间转动、镜面反射、空间反演
1.4.4 物理量按空间变换性质分类
1.4.5 变换操作及真矢量、赝矢量
1.5 张量
1.5.1 三维空间n阶张量
1.5.2 并矢
1.5.3 对称张量、反对称张量、单位张量
1.5.4 并矢的代数运算
1.5.5 并矢的导数规则
1.5.6 张量的Gauss定理和Stokes定理
习题
第二章 电磁场的普遍规律
2.1 电荷守恒定律
2.1.1 电荷、电荷密度
2.1.2 电流强度、电流密度
2.1.3 面电流密度
2.1.4 电荷守恒定律
2.2 电荷与电场
2.2.1 库仑(Coulomb)定律
2.2.2 静电场
2.2.3 静电场的散度
2.2.4 静电场的旋度
2.2.5 点电偶极子的电势
2.3 电流与磁场
2.3.1 安培(Ampère)力
2.3.2 毕奥(Biot--Savart)定律
2.3.3 磁场的散度
2.3.4 磁场的旋度
2.3.5 分子环形电流模型
2.4 麦克斯韦(MakeLowercase)方程组
2.4.1 法拉第(Faraday)定律
2.4.2 位移电流
2.4.3 Maxwell方程组
2.4.4 电磁波波动方程
2.4.5 洛伦兹(Lorentz)力密度
2.5 介质中的MakeLowercase方程组
2.5.1 介质存在对Maxwell方程组的影响
2.5.2 介质极化与极化强度
2.5.3 极化电荷密度
2.5.4 孤立介质受到的电场力
2.5.5 介质分界面上极化电荷面密度
2.5.6 介质中Maxwell方程之一
2.5.7 极化电流密度
2.5.8 介质磁化及磁化电流密度
2.5.9 介质中的Maxwell方程组
2.5.10 介质电磁响应特性
2.6 介质分界面电磁场边值关系
2.6.1 界面处电磁场法向分量的变化
2.6.2 界面处电磁场切向分量的变化
2.7 电磁场的能量、动量、角动量
2.7.1 场和电荷系统能量守恒定律
2.7.2 电磁场能量密度和能流密度
2.7.3 电磁场能量传输
2.7.4 电磁场的动量密度和动量流密度
2.7.5 电磁场的角动量
习题
第三章 静电场
3.1 静电势及其微分方程
3.1.1 静电场的静电势表示
3.1.2 静电势的微分方程
3.1.3 点电偶极子的电荷密度
3.1.4 无限长电偶极子线的静电势
3.1.5 静电势恩肖(Earnshaw)定理
3.1.6 介质分界面静电势边值关系
3.1.7 金属导体表面静电势边值关系
3.1.8 电偶极子层静电势边值关系
3.1.9 采用静电势表示静电场的能量
3.1.10 采用静电势表示相互作用能
3.2 静电势的电多极展开
3.2.1 电多极展开
3.2.2 电偶极矩
3.2.3 电四极矩
3.2.4 约化电四极矩
3.2.5 静电体系在外场中的能量
3.2.6 点电偶极子相互作用
3.2.7 球坐标系中的电多极展开
3.3 静电场唯一性定理
3.3.1 一般形式的唯一性定理
3.3.2 一般形式唯一性定理的证明
3.3.3 金属导体存在时的唯一性定理
3.4 镜像法
3.4.1 接地金属导体表面附近的点电荷
3.4.2 接地金属导体表面附近的点电偶极子
3.4.3 半无限大介质分界面附近的点电荷
3.4.4 金属导体球附近的点电荷
3.5 泊松(Poisson )方程格林(Green )函数法
3.5.1 狄利克雷(Dirichlet)边值条件
3.5.2 诺伊曼(Neumann)边值条件
3.5.3 几种特殊边界Dirichlet边值问题Green函数
3.6 拉普拉斯(Laplace )方程分离变量法
3.6.1 笛卡儿(Cartesian)对称边界分离变量法
3.6.2 球形边界分离变量法
3.6.3 具有方位对称性的球形边界边值问题
3.6.4 柱形边界分离变量法
3.6.5 柱形边界二维边值问题
3.6.6 柱形边界二维边值问题的应用
习题
第四章 静磁场
4.1 静磁场及其矢势描述
4.1.1 导电媒质中的恒定电流
4.1.2 恒定电流的电场
4.1.3 亥姆霍兹(Helmholtz)载流线圈
4.1.4 载流平面的磁场
4.1.5 静磁场的矢势
4.1.6 矢势Coulomb规范条件
4.1.7 矢势微分方程
4.1.8 矢势边值关系
4.1.9 静磁场唯一性定理
4.1.10 阿哈罗诺夫--玻姆(Aharonov--Bohm)效应
*课外阅读: A--B效应实验观测及电A--B效应
4.2 载流线圈总能量及磁相互作用能
4.2.1 载流线圈静磁场总能量
4.2.2 磁相互作用能
4.3 静磁场磁标势描述
4.3.1 磁场磁标势描述
4.3.2 磁标势微分方程
4.3.3 磁标势边值关系
4.4 矢势磁多极展开
4.4.1 矢势磁多极展开及磁偶极矩
4.4.2 平面载流线圈的磁矩
4.4.3 载流线圈在远场区域的磁场
4.4.4 点磁偶极子的矢势、磁场及电流分布
4.4.5 点磁偶极子层及其矢势和磁标势
4.4.6 小区域电流受到的力
4.4.7 小区域电流受到的力矩
习题
第五章 电磁波的传播
5.1 平面电磁波
5.1.1 自由空间电磁波波动方程
5.1.2 时谐电磁波
5.1.3 单色平面波
5.1.4 单色平面波的能量密度、能流密度
5.1.5 单色平面波的动量密度、动量流密度
5.1.6 单色平面波的偏振椭圆
5.1.7 线偏振单色平面波
5.1.8 圆偏振单色平面波
5.2 电磁波在介质界面上的反射和折射
5.2.1 反射和折射定律
5.2.2 菲涅耳(Fresnel)公式
5.2.3 光波在介质分界面上的反射和折射
5.2.4 介质分界面的反射和透射系数
5.2.5 单色平面波入射到介质表面产生的光压
5.2.6 布儒斯特(Brewster)角
5.2.7 全反射现象
5.2.8 全反射下的反射波
5.2.9 全反射下的消逝波
5.2.10 负折射率及负折射现象
*课外阅读: 人工结构负折射率材料
5.2.11 超构表面及负折射现象
*课外阅读: 人工结构超构表面材料
5.3 电磁波在多层介质膜中的传播
5.3.1 单层介质膜透射及增透现象
5.3.2 法布里--珀罗(Fabry--Perot)共振腔
5.3.3 多层介质膜反射及布拉格(Bragg)反射
5.3.4 一维光子晶体相邻周期单元中的电磁场
5.3.5 一维光子晶体中的布洛赫(Bloch)波及光子带隙
*课外阅读: 一维多周期光子晶体角度选择性宽带透明现象
5.3.6 一维光子晶体Bloch波的色散特性
*课外阅读: 二维光子晶体光纤
5.4 介质及金属导体的色散
5.4.1 介质经典色散理论——洛伦茨(Lorenz)模型
5.4.2 金属导体经典色散理论——德鲁德(Drude)模型
5.4.3 导电媒质介电常数色散模型
5.5 电磁波在色散媒质中的传播
5.5.1 色散媒质中电磁场本构关系
5.5.2 单色平面电磁波在色散媒质中的传播
5.5.3 导电媒质中净自由电荷分布特征
5.5.4 单色平面电磁波在导电媒质中的传播
5.5.5 导电媒质的穿透深度
5.5.6 导电媒质中能流密度与焦耳(Joule)热
5.5.7 导电媒质的反射率
5.5.8 导电薄膜的光吸收率
*课外阅读: 石墨烯二维材料的奇特光吸收特性
5.5.9 金属导体的穿透深度
5.6 波导及谐振腔
5.6.1 理想导体表面电磁场的特点
5.6.2 金属波导管中电磁波导模特点
5.6.3 矩形波导管中的TE导模
5.6.4 矩形波导管中的TM导模
5.6.5 矩形波导管导模截止频率和单模频段
5.6.6 矩形波导管导模波长、相速度及群速度
5.6.7 矩形波导管导模的能流密度及传输功率
5.6.8 矩形波导管壁面电流分布
5.6.9 圆形同轴波导管
5.6.10 金属导体谐振腔中的TE和TM共振模
*课外阅读: 光学谐振腔
5.6.11 电磁波沿介电常数异号的物质分界面的传播
5.6.12 沿金属/介质分界面传播的表面等离激元(SPP)色散特性
*课外阅读: 理想导体表面仿冒SPP
5.6.13 SPP的传播距离
5.6.14 SPP的激发
*课外阅读: 金属/介质/金属波导中的SPP及负折射现象
习题
第六章 电磁波的辐射
6.1 矢势和标势的一般概念
6.1.1 电磁场势描述
6.1.2 势的规范变换
6.1.3 势的Lorenz规范及达朗贝尔(d'Alembert)方程
6.1.4 势的Coulomb规范及势波动方程
6.2 推迟势
6.2.1 含时点电荷的推迟势
6.2.2 含时电荷连续分布体系的推迟势
6.2.3 载有时谐电流无限长细直导线的势和电磁场
6.2.4 无限大平面上时谐面电流的电磁场
6.3 时谐电流的多极辐射
6.3.1 时谐电流源的推迟势
6.3.2 推迟势的多极展开
6.3.3 时谐电偶极子的推迟势
6.3.4 时谐电偶极子的辐射场及辐射功率
6.3.5 时谐磁偶极子的辐射场
6.3.6 时谐电四极子的辐射场
6.4 天线与天线阵辐射
6.4.1 对称细直天线
6.4.2 半波天线
6.4.3 半波天线直线阵: 纵向排列
6.4.4 半波天线直线阵: 横向排列
*课外阅读: 八木--宇田(Yagi--Uda)天线及光的定向辐射
习题
第七章 狭义相对论
7.1 狭义相对论的基本原理
7.1.1 伽利略(Galileo)相对性原理
7.1.2 Galileo相对性原理的局限性
7.1.3 迈克耳孙--莫雷(Michelson-Morley)实验
7.1.4 爱因斯坦(Einstein)相对性原理
7.1.5 Lorentz变换
7.1.6 速度变换公式
7.2 相对论的时空性质
7.2.1 同时的相对性
7.2.2 运动时钟变慢
7.2.3 时间膨胀效应的相对性
7.2.4 动尺的缩短
7.2.5 因果律对速度的限制
7.2.6 四维时空
7.3 电动力学规律的协变形式
7.3.1 Lorentz张量
7.3.2 电荷守恒定律的协变形式及四维电流密度
7.3.3 d'Alembert方程的协变形式及四维势
7.3.4 多普勒(Doppler)效应及光行差
*课外阅读: 基于Doppler效应验证时间膨胀效应
7.3.5 Doppler效应应用
*课外阅读: 旋转运动光源的Doppler效应
7.3.6 物理规律的协变形式
7.3.7 电磁场张量
7.3.8 Maxwell方程组协变形式
7.3.9 电磁场的变换
7.3.10 四维Lorentz力密度
7.3.11 电磁场能量动量守恒的协变形式
7.3.12 有限体积内单色平面电磁波总能量的变换
7.4 相对论力学方程
7.4.1 四维速度
7.4.2 四维加速度
7.4.3 四维动量
7.4.4 四维力
习题
第八章 来自运动带电粒子的电磁场
8.1 任意运动带电粒子的推迟势及电磁场
8.1.1 李纳--维谢尔(Li\'{e nard-Wiechert)势
8.1.2 关于\dfrac{\partial t_{\rm ret \partial t ,\ \nabla(\mz{r \cdot\mz{v ),\ \nabla t_{\rm ret ,\ \nabla r,\ \nabla\times\mz{v的计算
8.1.3 任意运动带电粒子的电磁场
8.1.4 匀速运动带电粒子的电磁场
8.2 加速运动带电粒子的辐射
8.2.1 加速运动带电粒子辐射功率角分布
8.2.2 低速运动下加速带电粒子的辐射
8.2.3 \mz{a \xpxx\mz{v时高速运动带电粒子的辐射
8.2.4 \mz{a \perp \mz{v时高速运动带电粒子的辐射
8.2.5 高速运动下加速带电粒子总辐射功率
8.3 切伦科夫(Cherenkov )辐射
8.3.1 Cherenkov辐射的物理图像
8.3.2 Cherenkov辐射的推迟势和电磁场
8.3.3 Cherenkov辐射能量角分布和能谱分布
8.3.4 史密斯--珀塞尔(Smith--Purcell)辐射
*课外阅读: 光子晶体中的Cherenkov辐射
8.4 自由运动电子与光的相互作用
8.4.1 相互作用动量能量守恒条件
8.4.2 自由电子与消逝波的相互作用
*课外阅读: 相位匹配下光与自由电子波函数的相互作用
习题
名词索引
主要参考书目
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