电动力学概述.pdfVIP

电动力学概论 李书民 ii 封 底 介 绍 本书采用了比较自然的逻辑体系和简单易记的符号系统，全面系统地介绍了经典电 动力学的内容和方法，突出了理论物理教材简洁、优美、严谨的特色．书中尽量完整地给 出了公式的推导和结论的证明，每章配有较丰富的例题与习题． iii 内容简介 本书根据作者在中国科技大学讲授电动力学的讲义整理而成．通过比较自然的逻辑 体系和简单易记的符号系统，全面系统地介绍了经典电动力学的内容和方法，突出了理 论物理教材简洁、优美、严谨的特色．全书共分8章：电磁现象的基本规律、静电场、静磁 场、似稳场、电磁波的传播、电磁波的辐射、狭义相对论、带电粒子与电磁场的相互作用． 本书尽量完整地给出了公式的推导和结论的证明，每章配有较丰富的例题与习题，适合 综合性大学和师范院校物理类专业师生及有关专业研究人员与工程师阅读． iv 前 言 电动力学属物理专业本科生基础理论课程之一．这组课程包括理论力学（经典力学）、 电动力学、热力学与统计物理和量子力学，合称四大力学．和普通物理相比，这组课程更 加系统、抽象，是普物力学课程的深化和提高．重点在于培养学生的抽象思维能力和解决 实际问题的能力． 电动力学是电磁现象的经典动力学理论，主要研究电磁场的运动规律及其与物质的 相互作用．电磁相互作用是自然界最重要相互作用之一，物质结构、生命现象与之密不可 分．电磁相互作用也是迄今为止人们了解最彻底、最完备和最精确的相互作用之一，是 研究其他相互作用的模型和样板．电磁场理论同时也是联系经典理论和量子理论的纽带， 是近代物理学发展的基础和阶梯．电磁理论在几乎所有的科学技术领域都有着重要的应 用． 本书是根据作者在中国科学技术大学讲授电动力学的讲义整理而成的．在编写过程 中，力图按照理论本身的逻辑体系，循序渐进地引入抽象简洁的描述．第1章从基本实验 事实出发，概要归纳出电磁现象的基本规律（麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式），并引入 电磁场的势表述．阐明了电磁场的物质属性，如能量、动量、角动量等．建议读者在学 习第1章时，先复习一下附录A和B 中关于矢量分析和 函数的数学知识．第2章将一般理 论应用于介质和导体的静电现象．在唯一性定理的基础上，通过实例详细介绍静电边值 问题的解法．建议读者在学习本章时，先复习一下附录C和D 中关于球函数与柱函数的知 识．第3章将静电场方法推广到稳恒电流所激发的静磁场，关于静磁场的许多结论与静电 场是平行的．第4章讨论随时间缓慢变化的似稳场．第5章研究电磁波在绝缘介质、导体和 等离子体中的传播规律，以及在介质（导体）界面上反射和折射性质．作为应用，讨论了 电磁波在波导管和谐振腔中的传播．第6章通过引入推迟势，讨论电磁波的辐射和衍射． 第7章从电磁定律与经典伽利略相对性原理的矛盾出发，引入狭义相对论原理和洛伦兹变 换，建立了四维闵可夫斯基时空和张量的概念，给出力学、电动力学乃至经典场理论的四 维协变形式．第8章讨论带电粒子与电磁场的相互作用，在经典理论框架内，帮助学生建 立带电粒子与电磁场相互作用的物理概念，为以后定量研究场与物质的相互作用打下基 础．为了加强学生在理论思维和技能方面的训练，本书在注重物理直观和简洁性的同时， 尽量地给出结论的证明和公式的推导．每章后面附有较丰富的习题，以巩固正文中所学 的内容．带*号的章节相对独立，略去不讲不会影响整体的系统性．本书采用国际单位制， 国际制与高斯制的转换在附录E 中给出．物理常数的数值参见附录F ．本书所采用的数学 工具和单位制换算可参见附录． 公式符号繁多历来是电动力学著作所面临的一个问题．本书为避免符号重复，对个 别物理量采用了不同于传统教科书的符号．比如，为了避免电导率符号与面电荷密度 v 符号重复，我们用希腊字母标记电导率（该符号的形状像一根弯曲的导线，使人自然 联想到它反映了导电性能）；又如，为了避免柱坐标矢径与电荷密度符号重复，我们将 柱坐标矢径记为