电磁场与电磁波基础教程

电磁场与电磁波基础教程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:
作者:符果行
出品人:
页数:294
译者:
出版时间:2009-2
价格:32.00元
装帧:
isbn号码:9787121081156
丛书系列:
图书标签:
  • 电磁场
  • 电磁波
  • 物理学
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  • 理工科
  • 电磁理论
  • 基础教程
  • 电磁学
  • 高等教育
  • 信号处理
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具体描述

《电磁场与电磁波基础教程》从历史背景、物理概念、分析思路、计算方法和工程应用儿方面全方位介绍电磁场与电磁波的基本知识,以麦克斯韦方程的建立与应用的历史发展脉络为主线展开论述,符合认识规律,便于阅读,易于理解。主要内容包括:场论基础,电磁实验定律和场量基本方程、静态场、动态场、电磁渡的传播、电磁波的传输、电磁渡的辐射等,并从综合分析的角度对电磁场和电磁波进行了概括和总结,《电磁场与电磁波基础教程》提供配套电子课件和习题解答。

《量子纠缠的奥秘与应用》 内容梗概: 本书深入浅出地探讨了量子纠缠这一引人入胜的物理现象,从其基本概念、理论基础出发,逐步深入到其在现代科技中的前沿应用。全书逻辑清晰,语言生动,旨在为广大物理爱好者、高年级本科生、研究生以及相关领域的研究人员提供一本全面而易懂的参考读物。 第一部分:量子纠缠的基本概念与理论基石 本部分将首先追溯量子纠缠的起源,简要回顾早期对量子力学奇异性的探索,以及爱因斯坦、波多尔斯基和罗森(EPR)的著名思想实验如何揭示了量子力学中非定域性的奇特之处。我们将详细阐述“纠缠态”的数学定义,通过具体例子(如贝尔态)解释其与经典关联的根本区别。 量子叠加态与测量塌缩: 在引入纠缠之前,我们有必要回顾量子力学中最核心的两个概念:叠加态和测量塌缩。通过对单粒子系统的分析,例如电子的自旋,我们将展示一个粒子如何能够同时处于多种状态的叠加,以及测量行为如何迫使粒子“选择”其中一种状态。 纠缠态的生成与特性: 本节将聚焦于多粒子系统的纠缠。我们将介绍几种常见的纠缠态生成机制,例如通过粒子衰变、激光诱导或电子显微镜成像等。重点将放在纠缠态的非定域性,即两个纠缠粒子无论相距多远,测量其中一个粒子的状态会瞬间影响另一个粒子的状态,这种“幽灵般的超距作用”将得到详细的解释和讨论。 贝尔不等式与量子非定域性: 为了从实验上区分量子力学的预测与局域隐变量理论的预测,贝尔不等式应运而生。本部分将详细推导贝尔不等式,并介绍一系列著名的贝尔不等式检验实验,如阿斯佩克的实验等,这些实验有力地证明了量子纠缠的非定域性,颠覆了我们对现实世界的直观认识。 量子信息论的视角: 纠缠作为一种宝贵的量子资源,在量子信息科学中扮演着核心角色。我们将从信息论的角度审视纠缠,介绍熵、互信息等概念在描述纠缠强度方面的应用。 第二部分:量子纠缠的实验实现与观测手段 本部分将侧重于介绍科学家们如何通过各种实验手段来制备、操控和测量量子纠缠。我们将涵盖不同的物理系统,以及相关的实验技术。 光子纠缠的实现: 光子作为量子信息传输的理想载体,其纠缠态的实现一直是实验研究的热点。我们将介绍利用非线性光学晶体(如BBO晶体)通过自发参量下转换(SPDC)过程产生纠缠光子的技术,以及如何利用分束器、探测器等设备对其进行测量和验证。 原子与离子纠缠: 囚禁离子和中性原子是实现量子计算和量子模拟的重要平台。本部分将讨论如何利用激光冷却和囚禁技术,实现原子或离子的相干操控,并利用共振荧光或里德堡态相互作用来制备原子或离子的纠缠态。 超导量子比特的纠缠: 超导量子比特是当前发展最快的量子计算硬件平台之一。我们将介绍利用微波电路设计超导量子比特,以及如何通过库仑相互作用或耦合线圈来诱导和维持超导比特之间的纠缠。 其他物理系统中的纠缠: 除了上述主流系统,我们还将简要提及在固体材料(如量子点)、分子等系统中实现和探测纠缠的研究进展。 第三部分:量子纠缠的前沿应用探索 量子纠缠的独特性质为其在信息科学、精密测量等领域带来了革命性的应用潜力。本部分将详细介绍这些令人兴奋的前沿应用。 量子通信: 量子密钥分发 (QKD): 纠缠是实现绝对安全的量子密钥分发(如E91协议)的关键。我们将详细解释如何利用纠缠对来生成和分发不可窃听的密钥,以及其在信息安全领域的意义。 量子隐形传态: 量子隐形传态允许将一个未知量子态从一个位置传输到另一个位置,而无需物理上传输粒子本身。本部分将深入剖析基于纠缠的量子隐形传态协议,解释其原理和实现条件。 量子计算: 通用量子计算: 纠缠是构建通用量子计算机的核心资源之一,它使得量子比特之间能够协同工作,完成经典计算机无法企及的计算任务。我们将讨论纠缠态在实现量子门操作、量子算法(如Shor算法和Grover算法)中的作用。 量子模拟: 利用可控的量子系统来模拟其他更复杂的量子系统,是量子模拟的核心思想。纠缠在模拟分子动力学、材料性质以及高能物理现象方面展现出巨大的潜力。 量子精密测量: 超越标准量子极限的测量: 通过利用纠缠态,可以提高测量精度,突破经典测量的极限(标准量子极限)。本部分将介绍纠缠增强测量在原子钟、引力波探测等领域的应用前景。 量子传感: 高灵敏度探测: 纠缠态在提高传感器的灵敏度和分辨率方面扮演着重要角色,例如在磁场、电场或生物分子的探测中。 第四部分:量子纠缠的未来展望与挑战 在对量子纠缠的理论和应用进行深入探讨之后,本部分将着眼于未来。我们将讨论当前研究面临的主要挑战,以及未来可能的发展方向。 退相干的挑战: 量子纠缠的脆弱性是其实现和应用过程中最大的障碍之一。外部环境的干扰会导致纠缠态迅速退化,本部分将探讨有效的退相干抑制策略。 可扩展性问题: 如何将小规模的纠缠态制备和操控扩展到更大规模的系统,以实现真正强大的量子计算机和网络,是当前面临的重要挑战。 新的纠缠形式与应用: 我们将展望对新型纠缠态(如多体纠缠、拓扑纠缠)的研究,以及它们可能带来的新的应用可能性。 跨学科融合: 量子纠缠的研究不仅是物理学领域,还与计算机科学、信息科学、材料科学等学科紧密相连,未来跨学科的合作将是推动该领域发展的关键。 本书力求以一种严谨而不失趣味的方式,引导读者领略量子纠缠的奇妙世界。通过对理论的透彻讲解和对实验及应用的生动描绘,希望能够激发读者对量子科学的兴趣,并为他们在相关领域的学习和研究提供有益的启迪。

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这本书的排版和插图质量,在众多理工科教材中绝对属于上乘。很多物理书的图例往往是简单粗暴的线条勾勒,很难体现出场的空间分布特性。然而,这本书在介绍场的分布,尤其是静电场和稳恒磁场中的等势面、磁力线分布时,采用了高质量的等值线图和三维立体图。阅读时,我能清晰地感受到电场线是如何从正电荷发出,终止于负电荷,以及磁场在螺线管内部的均匀性。更难能可贵的是,对于电磁波的传播,书中使用了大量的彩色示意图来描绘E场和H场的相互垂直关系以及相位关系,这对于理解横电磁波(TEM)的特性至关重要。清晰的视觉辅助材料,极大地降低了对高维空间想象力的要求,使得学习过程更加流畅和愉悦。

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这本教材的讲解方式简直是醍醐灌顶,对于初学者来说,它提供了一个非常清晰、循序渐进的学习路径。作者在阐述那些抽象的矢量微积分和麦克斯韦方程组时,没有停留在纯粹的数学推导上,而是花费了大量的篇幅去构建物理图像。比如,在介绍电磁感应定律时,书中用到了大量的类比和实际工程中的例子,比如发电机的工作原理,这让原本晦涩难懂的概念变得直观起来。我记得在学习坡印亭矢量的时候,很多其他书籍都是直接给出公式然后要求读者去应用,但这本书却花了整整一个章节来剖析这个矢量的物理意义,它如何描述能量的定向流动,以及在不同介质边界条件下的行为。这种深入浅出的处理方式,极大地减轻了我的理解负担。尤其是书中对于边界条件的处理,分类清晰,每种情况都配有详尽的图解,这对我后续解决实际的电磁问题,比如波导、天线设计中的阻抗匹配等,打下了极其坚实的基础。可以说,这本书不是简单地罗列知识点,而是真正地在教你如何“思考”电磁现象。

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作为一个偏向应用和系统层面的工程师,我最初对纯理论的电磁学有些畏惧,担心这本书会过于偏向于纯数学理论推导而忽略实际应用。然而,这本书成功地找到了一个非常好的平衡点。它没有回避麦克斯韦方程组的数学严谨性,但每一个推导的环节都紧密地与物理现象挂钩。例如,在推导波动方程后,作者立刻引入了“趋肤深度”的概念来解释高频信号在导体中的传输特性,并给出了一些典型的数值案例,让我们直观地感受到频率对信号穿透能力的影响。这种“理论先行,应用紧随”的结构,使得我们能够理解“为什么”会产生这样的现象,而不是仅仅停留在“是什么”的层面。这种对物理本质的尊重和对工程实际的关照,让这本书不仅仅是一本考试用书,更是一本值得长期参考的工具书。

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这本书在处理时间、频率和空间域的转换方面,展现了极高的教学技巧。很多教材在引入傅里叶变换来求解瞬变场问题时,往往是突然地抛出积分形式,让读者感到突兀。但在这本书中,作者非常耐心地用了一个前置章节,详细讲解了傅里叶级数和傅里叶变换在周期信号分解中的作用,并用一个简单的弹簧振子模型来类比时域信号到频域的映射过程。当真正进入到时变电磁场分析时,我们已经对频域分析的优势和必要性有了深刻的体会。这种“搭台子”的教学方法,确保了我们能跟上后续关于频域解耦和阻抗分析的复杂内容。我个人认为,对于那些希望未来从事射频、微波或光学领域研究的同学来说,这本书提供的频域分析基础是极其宝贵和扎实的。

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我接触过几本关于电磁场的专业书籍,但坦率地说,这本书在习题设计的巧妙性上达到了一个很高的水准。它不像有些参考书那样,习题要么是机械重复公式推导,要么就是直接跳跃到极其复杂的工程计算。这本书的习题设置明显是经过精心设计的,它巧妙地将理论知识点融入到一系列具有递进关系的场景中。比如,初期的习题侧重于向量场的散度和旋度的几何解释,中期的习题开始要求结合不同的材料特性来分析场分布,而最后的综合性习题则常常是半开放式的,引导我们去探索一些实际的微波工程问题,比如谐振腔的Q值估算或者平面波在复杂介质中的反射透射问题。更值得称道的是,书后附带的参考答案和详细的解题步骤非常规范和详尽,即便是自己卡住的地方,对照着书上的解答也能迅速理解作者的思路,这在自学过程中简直是无价之宝。

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