電動力學簡明教程

第1章 經典電動力學基礎
1.1靜電場的方程式
1.2靜磁場的方程式
1.3電磁感應定律
1.4麥克斯韋方程
1.5電磁作用下的能量守恆定理
1.6電磁作用下的動量守恆定理
1.7介質的電磁性質
1.8介質中的麥克斯韋方程
1.9介質界面上的電磁規律
第2章 靜電問題
2.1靜電勢和泊松方程
2.2偶極子和四極子
2.3靜電場的多極展開
2.4多極子在外電場中的勢能
2.5靜電邊值問題的唯一性定理
2.6靜電鏡像法
2.7特解疊加法
第3章 靜磁問題
3.1磁場的矢勢
3.2圓電流圈的磁場和磁偶極子的概念
3.3靜磁場的多極展開
3.4磁偶極子在外磁場中所受的力和力矩
3.5磁場的標勢和磁荷的概念
3.6靜磁屏蔽
第4章 電磁波的傳播
4.1真空中的平面電磁波
4.2偏振的描述
4.3平面電磁波的能量和能流
4.4電磁波在介質表面的反射和折射
4.5導電介質中的電磁波
4.6微波在波導管內的傳播
第5章 電磁波的激發
5.1電磁勢及其方程式
5.2電磁勢的推遲解
5.3諧振盪電流的電磁場
5.4輻射功率和角分布
5.5中心饋電的直天線
5.6電偶極輻射
5.7磁偶極輻射和電四極輻射
第6章 狹義相對論基礎
6.1電磁學和相對性原理
6.2光速不變性和洛倫茲變換
6.3時空的物理性質
6.4對洛倫茲變換的檢驗
6.5因果律對速度的限制
6.6相對論性的速度合成
6.7三維空間中的張量
6.8相對性原理的四維表述
第7章 相對論性的物理學
7.1電動力學規律的協變性
7.2電磁場強的變換性質
7.3電磁場的四維動量能量張量
7.4相對論性的力學
7.5質能關系
7.6質點的四維動量及其守恆
第8章 運動電荷的電磁場
8.1李納－維謝爾勢
8.2運動電荷的電磁場
8.3勻速運動電荷的電磁場
8.4運動電荷的輻射功率
8.5非相對論性粒子的輻射
8.6相對論性的粒子的輻射
8.7輻射阻尼力
第9章 介質對電磁波的影響
9.1自由電子對電磁波的散射
9.2束縛電子對電磁波的散射
9.3介質對電磁波的吸收和色散
9.4經典電動力學的適用范圍
附錄1 三維矢量和張量分析的常用公式
附錄2 國際單位制與高斯單位制
附錄3 有關的物理常數
附錄4 習題選編
對教師的一些說明

20世紀即將過去。物理學的革命，這場革命推動的整個自然科學和應用技術的偉大變革，以及這些變革對人類社會的影響，將作為這個世紀的一個重要標志而載入史冊。這段令人神往的歷史，給正處在世紀之交的我們以什麽樣的啟示呢?

首先的啟示是作為研究物質結構和運動的基本規律的物理學，總是生機勃勃、不斷地開辟自己前進的道路的。1803年道爾頓提出了近代的原子論，認為世間萬物都是由幾十種不同種類的原子（那時只認識到三十來種）組成的。經過近一個世紀多方面的研究和爭論，科學界接受了和發展了這個學說。到19世紀60年代，元素的數目增到六十多種，而且還認識到不同元素的性質是有內在聯系的，門捷列夫的周期律描述了這種聯系。19世紀末，物理學家們發現了電子、a粒子、放射性、X射線┅┅發現原子是可以改變的，原子不是物質構成的最小單元。20世紀初盧瑟福建立了原子結構的「行星」模型。探討原子結構模型和經典物理學之間的矛盾，導致了量子力學的誕生，產生了現代原子、分子物理、凝聚態物理、原子核物理┅┅歷史也許有某種類似性。在這個世紀之交，物理學又正在進入一個新的層次。本世紀50年代，人們找到作為構成物質的基石的基本粒子有三十來種，也認識到它們之間的相互作用和相互轉化。探索這些「基本」粒子的更深層次的構造的努力，近三十年來取得十分輝煌的成就。三代誇克和三代輕子的粒子模型、電弱統一理論和量子色動力學，這被稱作粒子物理的標准模型的建立以及它在各方面的成功，正是標志著物理學正在進入物質世界的一個更深的層次，毫無疑問這將是物理學歷史上一個具有划時代的意義的大事。但是，大多數的物理學家都會同意，從本質上說，目前的標准模型還是一個唯象的模型。在歡呼它取得的多方面的勝利時，也要看到同時提出了一系列帶本質性的問題。也許可以說，進入這個新層次將帶來的最本質的新的物理，還沒有來到我們中間。19世紀末的物理學家沒能猜測到，進入比原子更深層次的探索，會在什麽時候和在哪點上帶來新的物理，20世紀末的人們也不能奢望會比前輩高明多少！

20世紀物理學的革命，表現出入類理性思維的偉大勝利。狹義相對論，特別是廣義相對論，以它深邃的思考，嚴整的形式和美麗的表述，震撼著一代又一代的物理學工作者的心靈。但是，愛因斯坦也在他那無與倫比的思考導致的宇宙模型面前困惑了。感謝近四十多年來一大批物理學家和天文學家辛勤的努力和非凡的勇氣，這個難以想象的革命性的關於宇宙的概念和圖象建立起來了，並得到科學界多數人的認同。在大致一百五十多億年前，宇宙從一個具有無限大的密度和具有無限大的時空曲率的點開始了。人們猜想，在宇宙膨脹、密度和溫度降低中，到10（-44）秒時，重力相互作用和其他相互作用分離開來；到10（-36）秒時，強相互作用和電弱相互作用分離；直到10（12）秒時，弱相互作用才與電磁相互作用分離，世界變成了我們現在所處的有四種基本相互作用的世界。到10（-6）秒時，誇克開始結合成強子，也許應當說，只有從此之後的物理才是當代物理學家可以比較有把握來談論的。直到10（12）秒（也就是三萬多年）後，原子才開始出現。這樣一個綜合了亞核子尺度（小於lO（-14）厘米）的物理和宇觀尺度（大於lO（24）厘米）的物理的宇宙演化模型的建立，可以說是人類認識史上一個最具有革命性的、划時代的偉大事件，當代人還難以全部理解它的意義。這個宇宙學的標准模型和近年來天體物理學家取得的輝煌的成就，在物理學的面前提出了十分嚴峻的具有本質的挑戰。如何理解這樣有限而無界的時空和它的奇點?什麽是在這樣演化中的物質和運動規律?為什麽宇宙學中有那麽多「巧合」?┅┅總之，面對著如此壯觀而又如此神奇的宇宙之謎，除了由衷的贊美和敬佩，人們不禁想起愛因斯坦的話：「自然界最不可理解的就是它竟然可以理解!」

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