具体描述
本教材是编者多年教改实践的总结。在精选了经典物理内容的基础上，有重点地加强了量子力学、熵、混沌、分形、对称性的内容，使课程的整体面貌有所改观，更加有利于提高学生的科学素质。本教材适用于工科专业的大学物理课程，也适用于其他非物理专业的基础物理教学。
深入探索电磁场与光学的奥秘：经典物理学的宏伟殿堂 本书旨在为有志于深入理解经典物理学核心领域——电磁学与光学——的读者，提供一本严谨、深入且富有启发性的导论性教材。我们聚焦于麦克斯韦方程组的建立、推导及其在各种复杂电磁现象中的应用，并系统阐述光的波动本性、传播规律及其在光学系统中的成像与干涉原理。全书内容组织遵循逻辑递进的原则，从基础概念的澄清入手，逐步攀升至理论体系的构建与实际问题的求解。 第一部分：静电场与电势——构建电磁学的基石 本部分伊始，我们首先回顾并强化了电荷及其相互作用的基本概念，为后续的场论奠定基础。库仑定律作为描述静电力大小和方向的基石，被详细剖析。随后，我们引入电场的概念，将其定义为空间中由电荷产生的物理实体，并详细阐述了电场强度（$mathbf{E}$）的矢量特性及其叠加原理。 理解电场分布的关键在于高斯定律。本章将花费大量篇幅深入探讨高斯定律的数学形式和物理内涵，特别是如何利用高斯定律简化具有高度对称性的电场分布求解。我们不仅限于求解均匀带电球体或无限长导线周围的场强，更会探讨非均匀介质中电荷分布对场结构的影响。 紧接着，我们转向能量和势的概念，引入电势（$phi$）这一标量描述符，它极大地简化了对电场做功的计算。电势与电场强度之间的关系（$mathbf{E} = -
abla phi$）被系统地推导和应用。从单个点电荷到复杂的电偶极子，我们详细计算了不同电荷组态产生的电势分布，并探讨了等势面的几何特性。 电介质在电场中的行为是理解宏观电磁现象的关键。本章详尽讨论了电介质的极化现象，引入了电位移矢量（$mathbf{D}$）的概念，并分析了在不同边界条件下电场和电位移矢量的连续性条件。通过对平行板电容器充能过程的分析，读者将对电容和储能的物理意义有更深刻的理解。 第二部分：稳恒电流与磁场——运动电荷的效应 在静电场的坚实基础上，我们开始探索电荷的运动——电流。本部分从电流的定义出发，阐述了欧姆定律的微观和宏观形式，并讨论了导体中电荷迁移的统计模型。电阻率、电导率以及焦耳热效应的定量描述，为理解电路中的能量耗散提供了理论依据。 磁场的引入，始于对稳恒电流产生磁场的规律的探究。毕奥-萨伐尔定律（Biot-Savart Law）作为磁场源的定量描述，被详细推导和应用于计算各种典型电流分布（如无限长直线电流、有限长导线、圆形载流线圈）产生的磁场。 安培环路定律，作为高斯定律在磁场中的对应物，是简化对称体系中磁场计算的有力工具。本章重点展示如何利用安培环路定律求解无限长螺线管、同轴电缆等结构内的磁场分布。同时，我们也会探讨介质对磁场的影响，引入磁感应强度（$mathbf{B}$）和磁场强度（$mathbf{H}$）的概念，并讨论磁化率和相对磁导率。 磁场对运动电荷和电流所施加的洛伦兹力，是理解电磁相互作用的核心。洛伦兹力的矢量性质、功的计算以及对带电粒子在均匀磁场中运动轨迹（如回旋加速器中的应用）的分析，是本部分的重点内容。同时，对于载流导线在磁场中受到的安培力也会进行详尽的几何分析。 第三部分：电磁感应与麦克斯韦方程组——统一的经典理论 本部分标志着对电磁学进行统一的关键一步。法拉第电磁感应定律被清晰地阐述，它揭示了变化的磁场如何激发电动势。从磁通量的变化率角度出发，我们详细分析了感应电动势的产生机制，并深入讨论了楞次定律在确定感应电流方向中的重要作用。 本章随后将介绍自感和互感，这两种描述电路自身或相邻电路中磁通量变化对电流影响的参数。变压器、电感器的储能特性以及RL电路的瞬态响应分析，将帮助读者将感应定律应用于实际电路问题。 最终，我们汇聚所有先前学习的知识，构建起电磁学的统一框架——麦克斯韦方程组。我们将对比静电场、稳恒磁场下的高斯定律、安培定律，并引入麦克斯韦对安培定律的修正项（位移电流），以及法拉第电磁感应定律，最终形成完整、自洽的四组微分形式或积分形式的麦克斯韦方程组。 麦克斯韦方程组的直接推论是电磁场的波动性。我们将展示如何从这组方程组中，在真空中推导出电磁波方程，并精确计算出电磁波的速度恰好等于已知的光速。这不仅是对光本质的深刻洞察，也是理论物理学的里程碑。本部分还将讨论平面电磁波在真空中的传播特性，包括其电场、磁场的相位关系、能量流密度（坡印廷矢量）以及动量。 第四部分：几何光学——光线作为几何实体 在电磁波理论建立之前，几何光学提供了描述光线传播的实用工具。本部分将几何光学视为麦克斯韦理论在特定极限（波长远小于研究尺度）下的近似。 费马原理（最小时间原理）作为几何光学的基本假设，被用以系统地推导光的直线传播定律、反射定律和折射定律（斯涅尔定律）。 反射定律的应用包括平面镜和球面镜的成像分析，我们通过光线追迹法和高斯公式（或牛顿公式）来确定虚像和实像的位置、大小和性质。 折射定律的深入应用则聚焦于透镜。从薄透镜成像公式的推导（基于近轴近似），到复杂透镜组（如望远镜、显微镜）的系统设计与像差的初步讨论，都将成为本部分的重点。我们还会探讨全反射现象及其在光导纤维中的应用原理。 第五部分：波动光学——光的干涉、衍射与偏振 随着对电磁波本质的认识加深，本部分转向波动光学，探讨光的干涉、衍射和偏振现象，这些现象是几何光学无法解释的。 光的干涉现象是波动性的直接体现。本章将从惠更斯-菲涅耳原理出发，系统分析双缝干涉（杨氏实验）的条纹强度分布，并推广到多缝干涉，阐述光栅的原理及其在光谱分析中的作用。同时，迈克尔逊干涉仪等实验装置的工作原理和其在测量中的应用也将被详述。 衍射是光波绕过障碍物或孔径边缘时偏离直线传播的现象。我们将详细研究单缝衍射的强度分布，并讨论圆孔衍射（艾里斑）的概念，这直接限制了光学仪器的分辨本领。 光的偏振态是描述电磁波横波特性的重要方面。本章将讨论自然光、线偏振光和圆偏振光的产生机理和描述方法。布儒斯特角和马吕斯定律将被用于分析光通过各向异性介质和反射时的偏振变化。最后，我们将介绍波片（四分之一波片和半波片）的原理，它们是控制光偏振态的关键元件。 通过对上述五个部分的系统学习，读者将不仅掌握经典电磁学和光学分野的核心理论框架，更重要的是，能够运用这些强大的分析工具去解决从宏观工程问题到微观物理现象的广泛挑战。本书力求在理论的严谨性与解题的实用性之间找到最佳平衡点。
作者简介
目录信息
读后感
评分
评分
评分
评分
评分
用户评价
评分
评分
评分
评分
评分
相关图书
本站所有内容均为互联网搜索引擎提供的公开搜索信息，本站不存储任何数据与内容，任何内容与数据均与本站无关，如有需要请联系相关搜索引擎包括但不限于百度，google,bing,sogou 等
© 2026 qciss.net All Rights Reserved. 小哈图书下载中心 版权所有