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书名：电磁学与电动力学（上册）（第二版）
定价：49.0
ISBN：9787030411754
作者：胡友秋，程福臻，叶邦角，刘之景
版次：1
出版时间：2018-11
内容提要：
本书是作者在多年教学经验的基础上，将电磁学与电动力学的内容适当贯通，既分阶段，又平滑过渡，由此避免小必要的再复，以利于缩短学时，便于学生掌握．仝书分为上、下两册，本书为上册，主要深入讲解电磁场的性质，研究电磁场和介质相互作用的本质和规律，并深入探讨了电磁场作为一种物质的运动状态的普遍量度——能量，书中应用实例和例题甚多，以便学生更好地掌握基本概念和基本理论．
目录：
目录
第二版丛书序
第版丛书序
第二版前言
**版前言
第1章真空中的静电场1
1.1 电荷守恒1
1.2库仑定律 3
1.2.1库仑扭秤实验 3
1.2.2库仑定律5
1.3叠加原理6
1.3.1叠加原理的数学表述6
1.3.2带电体系对静止点电荷的作用力6
1.3.3带电体系之间的作用力7
1.4电场强度 8
1.4.1 电场强度的定义 8
1.4.2各类带电体的电场强度 8
1.4.3电场的物质性 9
1.4.4电场强度计算举例 9
1.5高斯定理11
1.5.1电通量12
1.5.2高斯定理13
1.5.3高斯定理与库仑定律的关系15
1.5.4高斯定理应用举例16
1.5.5电场线18
1.6环路定理19
1.6.1 电场的环量19
1.6.2环路定理20
1.7 电势21
1.7.1 电势差与电势 -21
1.7.2电势的般表达式 -22
1.7.3场强与电势的微分关系23
1.7.4等势面24
1.7.5应用举例25
第2章静电场中的导体和电介质29
2.1物质的电性质29
2.1.1物质的电性质 -29
2.1.2电场对电荷系统的作用 30
2.2静电场中的导体 32
2.2.1导体达到静电平衡的条件 32
2.2.2处在静电平衡条件下导体的性质 33
2.2.3导体在静电场中性质的应用 35
2.2.4高斯定理和库仑定律的精确验证 38
2.3 电容和电容器 38
2.3.1孤立导体的电容 - 39
2.3.2电容器 39
2.3.3电容器的连接 -40
2.4电介质41
2.5极化强度矢量P 43
2.5.1 P与极化电荷的关系44
2.5.2 P与电场E的关系 -47
2.6 电介质中静电场的基本定理50
2.6.1高斯定理50
2.6.2环路定理53
2.7边值关系和唯性走理53
2.7.1电场强度53
2.7.2电位移矢量 -54
2.7.3电势55
2.7.4静电场的唯性定理55
第3章 静电能66
3.1真空中点电荷间的相互作用能66
3.2连续电荷分布的静电能69
3.2电荷体系在外电场中的静电能75
3.3电场的能量和能量密度76
3.4非线性介质及电滞损耗78
3.5利用静电能求静电力 80
第4章 稳恒电流 89
4.1稳恒条件 89
4.1.1 电流强度和电流密度 89
4.1.2电流连续方程 90
4.1. 3稳恒条件 91
4.2欧姆定律 92
4.2.1欧姆定律 93
4.2.2焦耳定律 94
4.2.3从经典电子论观点解释欧姆定律和焦耳定律 95
4.2.4欧姆定律的失效问题 97
4.3电源及电动势 97
4.3.1 电源及其电动势 97
4.3.2常见的几种电源 99
4.3.3路端电压、电动势和全电路欧姆定律102
4.3.4稳恒电路的特点 103
4.3.5稳恒电路中静电场的作用103
基尔霍夫定律104
4.4.1节点，支路和回路104
4.4.2基尔霍夫定律105
4.4.3支路电流法105
4.4.4回路电流法106
4.5稳恒电流和静电场的综合求解107
4.5.1基本方程108
4.5.2基本方程的闭合性108
4.5.3与纯静电场问题类比111
第5章真空中的静磁场115
5.1磁现象与磁场115
5.1.1磁的基本现象与磁的库仑定律115
5.1.2奥斯特实验——电流磁效应116
5.1.3磁感应强度117
5.1.4安培力公式与洛伦兹力公式118
5.2毕奥萨伐尔定律120
5.2.1毕奥萨伐尔定律120
5.2.2毕奥萨伐尔定律应用举例121
5.3安培定律126
5.3.1 四个示零实验126
5.3.2安培定律128
5.3.3安培力及其应用129
5.4静磁场的基本定理130
5.4.1磁场的高斯定理130
5.4.2安培环路定理131
5.4.3磁场的几何描述132
5.4.4两条定理与毕奥萨伐尔定律的关系133
5.4.5安培环路定理的应用134
5.5带电粒子在磁场中的运动136
5.5.1运动特征137
5.5.2应用举例139
5.5.3宏观效应143
第6章静磁场中的磁介质～145
6.1磁场对电流的作用145
6.1.1磁场对电流的力和力矩145
6.1.2电流受力和力矩的计算举例146
6.2磁介质及其磁化强度 147
6.2.1磁化强度 148
6.2.2磁化电流 148
6.3磁介质中的静磁场的基本定理 150
6.4介质的磁化规律 152
6.4.1介质按磁化规律的分类 152
6.4.2介质磁化的微观机制 152
6.4.3无限均匀线性各向同性介质中的静磁场 155
6.5边值关系和唯性定理 159
6.5.1磁场在磁介质界面上的边值关系 160
6.5.2静磁场的唯性定理 161
6.5.3分区均匀线性各向同性介质中的静磁场 162
6.6磁像法 167
6.6.1介质界面为无限平面 168
6.6.2介质界面为无穷长圆柱面 171
6.7磁路定理及其应用 172
6.7.1磁路定理的基本方程 172
6.7.2磁路定理的应用 173
6.8磁荷法 176
6.8.1磁荷观点下的静磁场规律 176
6.8.2磁荷法和电流法的等效性 178
6.8.3磁荷法的应用 179
第7章 电磁感应 182
7.1 电磁感应定律 182
7.1.1电磁感应现象182
7.1.2法拉第电磁感应定律 184
7.1.3感应电动势的计算 186
7.1.4块状导体中的电磁感应现象 187
7.1.5 电磁感应定律和磁场的高斯定理 188
7.2动生电动势和感生电动势 191
7.2.1动生电动势 193
7.2.2感生电动势 194
7.2.3电子感应加速器 193
7.2.4两种电动势引出的问题 194
7.3互感和自感 194
7.3.1互感现象和互感系数 194
7.3.2 自感现象和自感系数 196
7.3.3两线圈的串联和并联 198
7.4似稳电路和暂态过程 201
7 .4.1似稳条件 202
7.4.2似稳电路方程 202
7.4.3多回路电路的基尔霍夫定律 205
7 .4.4暂态过程 206
第8章磁能 210
8.1载流线圈的磁能 210
8.1.1个载流线圈的磁能 210
8.1.2 N个载流线圈系统的磁能 211
8.2载流线圈在外磁场中的磁能 212
8.3磁场的能量和磁能密度 213
'8.4非线性介质及磁滞损耗 215
8.5利用磁能求磁力 217
第9章交流电路 222
9.1基本概念和描述方法 222
9.1.1基本概念 222
9.1.2描述方法 223
9.2交流电路的复数解法 228
9.2.1交流电路的基本方程 228
9.2.2电路方程的复数形式 229
9.2.3交流电路元件的复阻抗 231
9.3交流电的功率 232
9.3.1瞬时功率 232
9.3.2平均功率 233
9.3.3视在功率和功率因素 233
9.3.4 由电压和电流复有效值计算平均功率 234
9.4交流电路分析举例 234
9.4.1 串联谐振电路 236
9.4.2并联谐振电路238
9.4.3变压器电路240
第10章麦克斯韦电磁理论240
10.1麦克斯韦方程组240
10.1.1两个大胆的推广241
10.1.2两个重要的假设241
10.1.3麦克斯韦方程组245
10.1.4边值关系246
10.2平面电磁波 246
10.2.1电磁波的产生机制 246
10.2.2平面电磁波的性质 248
10.2.3赫兹实验250
10.2.4电磁波谱252
10.3 电磁场的能量、动量和角动量253
10.3.1 电磁场的能量、动量和角动量253
10.3.2平面电磁波的能量和动量 254
10.3.3光压 254
10.3.4电磁场具有角动量的验证 256
习题256
习题参考答案283
参考书目291
名词索引292
教学进度和作业布置 297
附录I 科学家中英文姓名对照表 299
附录Ⅱ 单位制和单位制间的公式变换 301
附录Ⅲ 物理常数 311
附录Ⅳ 矢量分析中的常用公式312
在线试读：
1.1 电荷守恒
电学中*基本的概念是电荷．早期人们是通过物质的力效应来定义它的．人们发现许多物质，如琥珀、玻璃棒、硬橡胶棒……经过毛皮或丝绸摩擦后，能吸引轻小物质，便说这些物质带了电荷．
近代物理学的实验揭示了电荷的物理本质．电荷是基本粒子，如电子、质子、M子等的一种属性，离开了这些基本粒子它便不能存在．也就是说，电荷是物质的基本属性，不存在不依附物质的“单独电荷”.1897年，英国物理学家汤姆孙测出了阴极射线带电粒子的荷质比约为氢离子（质子）的2000倍，他指出这种带负电的粒子是一切原子的基本成员之一，后来被称为电子，他因此而荣获1906年诺贝尔物理学奖．1909～1917年，密立根用油滴实验，通过反复测量，测定电荷的*小单位是1. 59×10 -19C，他因此荣获1923年诺贝尔物理学奖．
就我们现今所知，电荷有如下的特点：
(1)自然界中存在两种电荷，分别称为正(+)电荷和负（一）电荷．正如左和右一样，它们的定义是任意的．现在人们都习惯沿用美国物理学家富兰克林的定义，即被丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为“+”电荷，被毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷为“一”电荷．实验表明，同号电荷相斥，异号电荷楣吸，根据这一性质我们可以用实验来测出物体带有哪种电荷．
(2)电荷是量子化的，即在自然界里物质所带的电荷量不可能连续变化，而只能一份一份地增加或减小．如前所述，这*小的一份电量是电子或正电子所带的电量，我们把这电量的绝对值记为e，e就是自然界中电量的基本单元，根据国际科技数据委员会1986年推荐值，e=l. 602 177 33(49)×10 -19C．20世纪60年代物理学家提出了一种更基本的粒子——夸克( quark)，夸克有6种，分别带有- e/3和2el3的电量．30多年来，借助大型加速器，采用了多种途径，这6种夸克在实验上先后被科学家发现，但至今还没有可靠的证据表明它们以自由状态存在，即它们被禁闭在强子内部，不能脱离强子自由运动．带分数电荷的粒子的发现，也不破坏电荷的量子性，仅仅是将现在所能测到的*小的一份电量变得更小而已．
(3)存在所谓“电荷对称性”．1928年，狄拉克提出描写电子运动并且满足相对论不变性的波动方程，并得到一个重要结论：电子可以有负能值．由此出发，于1930年提出所谓“空穴”理论，预言了带正电的电子（即正电子）的存在；19 31年又预言了反粒子的存在，电子一正电子对的产生和湮没．我国物理学家赵忠尧先生（曾任中国科学技术大学近代物理系首任系主任，他的导师就是密立根）于1930年在美国加利福尼亚州理工学院通过实验发现硬丫射线的反常吸收以及伴随出现的“特殊辐射”，这就是*早观察到的正负电子对产生和湮没的现象．1932年，安德逊在宇宙射线中发现正电子(e+)．一系列近代高能物理实验表明，对于每种带电的基本粒子，必然存在与之对应的、带等量异号电荷的另一种基本粒子——反粒子．例如，我们有电子和正电子、质子和反质子、7介子和反兀介子等．
(4)电荷守恒．一个孤立系统（与外界不发生电荷交换的系统）的电荷总量（代数和）是保持不变的，它既不能创生，也不会消灭．电荷只能从系统内的一个物体转移到另一个物体，系统的总电量既不随时间而变，也与参考系的选取无关，这就是电荷守恒定律．例如，原奉都是中性的丝绸和玻璃棒组成的孤立系统，电荷总量为零．当用丝绸摩擦玻璃棒后，玻璃棒上带正电，而丝绸上带了与之等量的负电，其系统的总电量仍为零．又如，任何化学反应前后系统的总电量相等．电荷守恒作为自然界*普遍的规律之一，它对核反应也是成立的．如中子(n)经过|3衰变产生一个质子、一个电子和一个反中微子：类似地，有氚的|3衰变反应式综合写出J3衰变的一般反应式如下：式中，A为质量数，Z为原子序数即电荷数，N为中子数．一个强放射性元素镭，通过d衰变，放出一个d粒子(iHe。)后转变为氡222(2iiRn136)对于太阳上核聚变反应的一种可能链式过程：其中，每一步反应都满足电荷守恒定律．
1.2 库仑定律
1.2.1库仑扭秤实验
库仑定律是以它的发现者之一，法国物理学家库仑的名字命名的．它是电磁学中*基本的定律之一．这个定律的发现过程，对于年轻读者具有很大的启迪作用，值得在此简述．
16世纪工艺、航海、军工的发展，极大地促进了自然科学的研究，其中也包括电磁理论．历经一百多年，在电磁现象研究领域取得了一系列重要成果，相继发现了摩擦起电原理，制成了摩擦起电机；明白了自然界里电荷分为正电、负电两种，同性电荷相斥，异性电荷相吸；弄清了雷雨天闪电原理，将天电和地电统一起来；掌握了电荷转移及储存方法，制成了莱顿瓶；认识到电荷守恒定律．接着人们开始了电荷之间作用力的大小和方向的探索研究．
1750年前后，德国科学家埃皮诺斯发现，当发生相互作用的电荷之间的距离缩短时，两者之间的吸引力和排斥力便增加，遗憾的是他没有继续研究其定量规律．1755年，富兰克林在实验中发现，一细丝悬挂的带电软木小球在带电金属筒外明显地受到电力而倾斜，在筒内则几乎不受电力作用．富兰克林将这一结果函告德国科学家普利斯特利．后来，普利斯特利通过一系列实验证实了富兰克林的发现，并于1767年提出如下猜想：“难道我们就不可以认为屯的吸引力遵从与万有引力相同的规律，即与距离的反平方有关的规律吗？”但是，普利斯特利仅仅停留在猜想阶段，没有做进一步的研究．这一猜想与静电场的高斯定理（见1.5节）的结论一致．将该定理应用到带电的金属壳上，可以证明壳的内表面无电荷（见2.2节）．17 71--1773年，英国科学家卡文迪许完成了一系列的静电实验，证明空腔金属容器内表面不带电荷，据此推断电力与距离的平方成反比关系．但是，在他去世之前，这些成果没有公开发表，直到1879年，才由著名的物理学家麦克斯韦整理、注释出版了他生前的手稿，其中记述了距离平方反比定律．在2.2节中，我们将简介卡文迪许的实验和结论．以上说明，在这一个时期，人类逐步把电学的研究推进到定量的、精确的科学层次，为库仑定律的建立奠定了基础．
库仑早年是一名军事工程师，曾督造过防御工事．也许正是这种经历，使他对科学产生了兴趣，开始对扭力进行系统的研究．1781年，由于有关扭力的论文的发表，他当选为法国科学院院士．在1784年提交法国科学院的一篇论文中，他通过实验确立了金属丝的扭力定律，发现扭力正比于扭转角度，并指出可依据该原理去测量小至6. 48×10_6N的作用力．根捃这一发现，1785年库仑自行设计制作了一台扭秤，测量了电荷之间的相互作用力与其距离的关系，建立了库仑定律．图1.1给出了扭秤的结构及其中的4个关键部件．在一个高和直径均为30. 5cm的玻璃圆筒上，有一块直径为33cm的玻璃平板AC，它使容器不受外部空气流动的影响．平板上有两个直径约为4. 3cm的孔厂、Ⅲ，孔厂开在中心，上面胶连一根高61cm的玻璃管．管的顶端矗处有一个测微器，它的细致结构如图1.1中的(1)号件所示．其顶部有旋钮6、指针io，还有一个悬挂金属丝的夹钳q，q通过图1.1中的(2)号件的孔G．(2)号件上有一个圆盘ce，在其盘边上刻出360。．管≠安放在图1.1中的(3)号件的孔洞中，而H则与图中玻璃管th,的顶端相套接．(1)号件中夹钳的形状很像一个教学圆规上的粉笔卡头，可通过滑环使它收放．杆Po的P端[图1.1中(4)号件]有一个类似q的夹钳，可通过滑环K使它收放．一根非常细的银丝，一端夹在(4)号件的P中，另一端夹在夹钳q上．PO用铜或银制成，直径约0.22cm，它的重量可使银丝绷紧，但又不会使银丝变得很细．在R的横向有一个小孑L，孔中穿过一根绝缘物质细杆ag，长约20cm，“端有个金属小球，g端有一个平衡球.ag水平悬挂在图1.1中的玻璃容器内约一半高的地方．另一绝缘物质小杆rnd穿过盖板AC土的孑LⅢ，杆的下端固定一个与a端完全一样的金属小球．玻璃容器周围有刻度zoo，ZOQ与ag等高，并分成360。
定价：49.0
ISBN：9787030411754
作者：胡友秋，程福臻，叶邦角，刘之景
版次：1
出版时间：2018-11
内容提要：
本书是作者在多年教学经验的基础上，将电磁学与电动力学的内容适当贯通，既分阶段，又平滑过渡，由此避免小必要的再复，以利于缩短学时，便于学生掌握．仝书分为上、下两册，本书为上册，主要深入讲解电磁场的性质，研究电磁场和介质相互作用的本质和规律，并深入探讨了电磁场作为一种物质的运动状态的普遍量度——能量，书中应用实例和例题甚多，以便学生更好地掌握基本概念和基本理论．
目录：
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第二版丛书序
第版丛书序
第二版前言
**版前言
第1章真空中的静电场1
1.1 电荷守恒1
1.2库仑定律 3
1.2.1库仑扭秤实验 3
1.2.2库仑定律5
1.3叠加原理6
1.3.1叠加原理的数学表述6
1.3.2带电体系对静止点电荷的作用力6
1.3.3带电体系之间的作用力7
1.4电场强度 8
1.4.1 电场强度的定义 8
1.4.2各类带电体的电场强度 8
1.4.3电场的物质性 9
1.4.4电场强度计算举例 9
1.5高斯定理11
1.5.1电通量12
1.5.2高斯定理13
1.5.3高斯定理与库仑定律的关系15
1.5.4高斯定理应用举例16
1.5.5电场线18
1.6环路定理19
1.6.1 电场的环量19
1.6.2环路定理20
1.7 电势21
1.7.1 电势差与电势 -21
1.7.2电势的般表达式 -22
1.7.3场强与电势的微分关系23
1.7.4等势面24
1.7.5应用举例25
第2章静电场中的导体和电介质29
2.1物质的电性质29
2.1.1物质的电性质 -29
2.1.2电场对电荷系统的作用 30
2.2静电场中的导体 32
2.2.1导体达到静电平衡的条件 32
2.2.2处在静电平衡条件下导体的性质 33
2.2.3导体在静电场中性质的应用 35
2.2.4高斯定理和库仑定律的精确验证 38
2.3 电容和电容器 38
2.3.1孤立导体的电容 - 39
2.3.2电容器 39
2.3.3电容器的连接 -40
2.4电介质41
2.5极化强度矢量P 43
2.5.1 P与极化电荷的关系44
2.5.2 P与电场E的关系 -47
2.6 电介质中静电场的基本定理50
2.6.1高斯定理50
2.6.2环路定理53
2.7边值关系和唯性走理53
2.7.1电场强度53
2.7.2电位移矢量 -54
2.7.3电势55
2.7.4静电场的唯性定理55
第3章 静电能66
3.1真空中点电荷间的相互作用能66
3.2连续电荷分布的静电能69
3.2电荷体系在外电场中的静电能75
3.3电场的能量和能量密度76
3.4非线性介质及电滞损耗78
3.5利用静电能求静电力 80
第4章 稳恒电流 89
4.1稳恒条件 89
4.1.1 电流强度和电流密度 89
4.1.2电流连续方程 90
4.1. 3稳恒条件 91
4.2欧姆定律 92
4.2.1欧姆定律 93
4.2.2焦耳定律 94
4.2.3从经典电子论观点解释欧姆定律和焦耳定律 95
4.2.4欧姆定律的失效问题 97
4.3电源及电动势 97
4.3.1 电源及其电动势 97
4.3.2常见的几种电源 99
4.3.3路端电压、电动势和全电路欧姆定律102
4.3.4稳恒电路的特点 103
4.3.5稳恒电路中静电场的作用103
基尔霍夫定律104
4.4.1节点，支路和回路104
4.4.2基尔霍夫定律105
4.4.3支路电流法105
4.4.4回路电流法106
4.5稳恒电流和静电场的综合求解107
4.5.1基本方程108
4.5.2基本方程的闭合性108
4.5.3与纯静电场问题类比111
第5章真空中的静磁场115
5.1磁现象与磁场115
5.1.1磁的基本现象与磁的库仑定律115
5.1.2奥斯特实验——电流磁效应116
5.1.3磁感应强度117
5.1.4安培力公式与洛伦兹力公式118
5.2毕奥萨伐尔定律120
5.2.1毕奥萨伐尔定律120
5.2.2毕奥萨伐尔定律应用举例121
5.3安培定律126
5.3.1 四个示零实验126
5.3.2安培定律128
5.3.3安培力及其应用129
5.4静磁场的基本定理130
5.4.1磁场的高斯定理130
5.4.2安培环路定理131
5.4.3磁场的几何描述132
5.4.4两条定理与毕奥萨伐尔定律的关系133
5.4.5安培环路定理的应用134
5.5带电粒子在磁场中的运动136
5.5.1运动特征137
5.5.2应用举例139
5.5.3宏观效应143
第6章静磁场中的磁介质～145
6.1磁场对电流的作用145
6.1.1磁场对电流的力和力矩145
6.1.2电流受力和力矩的计算举例146
6.2磁介质及其磁化强度 147
6.2.1磁化强度 148
6.2.2磁化电流 148
6.3磁介质中的静磁场的基本定理 150
6.4介质的磁化规律 152
6.4.1介质按磁化规律的分类 152
6.4.2介质磁化的微观机制 152
6.4.3无限均匀线性各向同性介质中的静磁场 155
6.5边值关系和唯性定理 159
6.5.1磁场在磁介质界面上的边值关系 160
6.5.2静磁场的唯性定理 161
6.5.3分区均匀线性各向同性介质中的静磁场 162
6.6磁像法 167
6.6.1介质界面为无限平面 168
6.6.2介质界面为无穷长圆柱面 171
6.7磁路定理及其应用 172
6.7.1磁路定理的基本方程 172
6.7.2磁路定理的应用 173
6.8磁荷法 176
6.8.1磁荷观点下的静磁场规律 176
6.8.2磁荷法和电流法的等效性 178
6.8.3磁荷法的应用 179
第7章 电磁感应 182
7.1 电磁感应定律 182
7.1.1电磁感应现象182
7.1.2法拉第电磁感应定律 184
7.1.3感应电动势的计算 186
7.1.4块状导体中的电磁感应现象 187
7.1.5 电磁感应定律和磁场的高斯定理 188
7.2动生电动势和感生电动势 191
7.2.1动生电动势 193
7.2.2感生电动势 194
7.2.3电子感应加速器 193
7.2.4两种电动势引出的问题 194
7.3互感和自感 194
7.3.1互感现象和互感系数 194
7.3.2 自感现象和自感系数 196
7.3.3两线圈的串联和并联 198
7.4似稳电路和暂态过程 201
7 .4.1似稳条件 202
7.4.2似稳电路方程 202
7.4.3多回路电路的基尔霍夫定律 205
7 .4.4暂态过程 206
第8章磁能 210
8.1载流线圈的磁能 210
8.1.1个载流线圈的磁能 210
8.1.2 N个载流线圈系统的磁能 211
8.2载流线圈在外磁场中的磁能 212
8.3磁场的能量和磁能密度 213
'8.4非线性介质及磁滞损耗 215
8.5利用磁能求磁力 217
第9章交流电路 222
9.1基本概念和描述方法 222
9.1.1基本概念 222
9.1.2描述方法 223
9.2交流电路的复数解法 228
9.2.1交流电路的基本方程 228
9.2.2电路方程的复数形式 229
9.2.3交流电路元件的复阻抗 231
9.3交流电的功率 232
9.3.1瞬时功率 232
9.3.2平均功率 233
9.3.3视在功率和功率因素 233
9.3.4 由电压和电流复有效值计算平均功率 234
9.4交流电路分析举例 234
9.4.1 串联谐振电路 236
9.4.2并联谐振电路238
9.4.3变压器电路240
第10章麦克斯韦电磁理论240
10.1麦克斯韦方程组240
10.1.1两个大胆的推广241
10.1.2两个重要的假设241
10.1.3麦克斯韦方程组245
10.1.4边值关系246
10.2平面电磁波 246
10.2.1电磁波的产生机制 246
10.2.2平面电磁波的性质 248
10.2.3赫兹实验250
10.2.4电磁波谱252
10.3 电磁场的能量、动量和角动量253
10.3.1 电磁场的能量、动量和角动量253
10.3.2平面电磁波的能量和动量 254
10.3.3光压 254
10.3.4电磁场具有角动量的验证 256
习题256
习题参考答案283
参考书目291
名词索引292
教学进度和作业布置 297
附录I 科学家中英文姓名对照表 299
附录Ⅱ 单位制和单位制间的公式变换 301
附录Ⅲ 物理常数 311
附录Ⅳ 矢量分析中的常用公式312
在线试读：
1.1 电荷守恒
电学中*基本的概念是电荷．早期人们是通过物质的力效应来定义它的．人们发现许多物质，如琥珀、玻璃棒、硬橡胶棒……经过毛皮或丝绸摩擦后，能吸引轻小物质，便说这些物质带了电荷．
近代物理学的实验揭示了电荷的物理本质．电荷是基本粒子，如电子、质子、M子等的一种属性，离开了这些基本粒子它便不能存在．也就是说，电荷是物质的基本属性，不存在不依附物质的“单独电荷”.1897年，英国物理学家汤姆孙测出了阴极射线带电粒子的荷质比约为氢离子（质子）的2000倍，他指出这种带负电的粒子是一切原子的基本成员之一，后来被称为电子，他因此而荣获1906年诺贝尔物理学奖．1909～1917年，密立根用油滴实验，通过反复测量，测定电荷的*小单位是1. 59×10 -19C，他因此荣获1923年诺贝尔物理学奖．
就我们现今所知，电荷有如下的特点：
(1)自然界中存在两种电荷，分别称为正(+)电荷和负（一）电荷．正如左和右一样，它们的定义是任意的．现在人们都习惯沿用美国物理学家富兰克林的定义，即被丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为“+”电荷，被毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷为“一”电荷．实验表明，同号电荷相斥，异号电荷楣吸，根据这一性质我们可以用实验来测出物体带有哪种电荷．
(2)电荷是量子化的，即在自然界里物质所带的电荷量不可能连续变化，而只能一份一份地增加或减小．如前所述，这*小的一份电量是电子或正电子所带的电量，我们把这电量的绝对值记为e，e就是自然界中电量的基本单元，根据国际科技数据委员会1986年推荐值，e=l. 602 177 33(49)×10 -19C．20世纪60年代物理学家提出了一种更基本的粒子——夸克( quark)，夸克有6种，分别带有- e/3和2el3的电量．30多年来，借助大型加速器，采用了多种途径，这6种夸克在实验上先后被科学家发现，但至今还没有可靠的证据表明它们以自由状态存在，即它们被禁闭在强子内部，不能脱离强子自由运动．带分数电荷的粒子的发现，也不破坏电荷的量子性，仅仅是将现在所能测到的*小的一份电量变得更小而已．
(3)存在所谓“电荷对称性”．1928年，狄拉克提出描写电子运动并且满足相对论不变性的波动方程，并得到一个重要结论：电子可以有负能值．由此出发，于1930年提出所谓“空穴”理论，预言了带正电的电子（即正电子）的存在；19 31年又预言了反粒子的存在，电子一正电子对的产生和湮没．我国物理学家赵忠尧先生（曾任中国科学技术大学近代物理系首任系主任，他的导师就是密立根）于1930年在美国加利福尼亚州理工学院通过实验发现硬丫射线的反常吸收以及伴随出现的“特殊辐射”，这就是*早观察到的正负电子对产生和湮没的现象．1932年，安德逊在宇宙射线中发现正电子(e+)．一系列近代高能物理实验表明，对于每种带电的基本粒子，必然存在与之对应的、带等量异号电荷的另一种基本粒子——反粒子．例如，我们有电子和正电子、质子和反质子、7介子和反兀介子等．
(4)电荷守恒．一个孤立系统（与外界不发生电荷交换的系统）的电荷总量（代数和）是保持不变的，它既不能创生，也不会消灭．电荷只能从系统内的一个物体转移到另一个物体，系统的总电量既不随时间而变，也与参考系的选取无关，这就是电荷守恒定律．例如，原奉都是中性的丝绸和玻璃棒组成的孤立系统，电荷总量为零．当用丝绸摩擦玻璃棒后，玻璃棒上带正电，而丝绸上带了与之等量的负电，其系统的总电量仍为零．又如，任何化学反应前后系统的总电量相等．电荷守恒作为自然界*普遍的规律之一，它对核反应也是成立的．如中子(n)经过|3衰变产生一个质子、一个电子和一个反中微子：类似地，有氚的|3衰变反应式综合写出J3衰变的一般反应式如下：式中，A为质量数，Z为原子序数即电荷数，N为中子数．一个强放射性元素镭，通过d衰变，放出一个d粒子(iHe。)后转变为氡222(2iiRn136)对于太阳上核聚变反应的一种可能链式过程：其中，每一步反应都满足电荷守恒定律．
1.2 库仑定律
1.2.1库仑扭秤实验
库仑定律是以它的发现者之一，法国物理学家库仑的名字命名的．它是电磁学中*基本的定律之一．这个定律的发现过程，对于年轻读者具有很大的启迪作用，值得在此简述．
16世纪工艺、航海、军工的发展，极大地促进了自然科学的研究，其中也包括电磁理论．历经一百多年，在电磁现象研究领域取得了一系列重要成果，相继发现了摩擦起电原理，制成了摩擦起电机；明白了自然界里电荷分为正电、负电两种，同性电荷相斥，异性电荷相吸；弄清了雷雨天闪电原理，将天电和地电统一起来；掌握了电荷转移及储存方法，制成了莱顿瓶；认识到电荷守恒定律．接着人们开始了电荷之间作用力的大小和方向的探索研究．
1750年前后，德国科学家埃皮诺斯发现，当发生相互作用的电荷之间的距离缩短时，两者之间的吸引力和排斥力便增加，遗憾的是他没有继续研究其定量规律．1755年，富兰克林在实验中发现，一细丝悬挂的带电软木小球在带电金属筒外明显地受到电力而倾斜，在筒内则几乎不受电力作用．富兰克林将这一结果函告德国科学家普利斯特利．后来，普利斯特利通过一系列实验证实了富兰克林的发现，并于1767年提出如下猜想：“难道我们就不可以认为屯的吸引力遵从与万有引力相同的规律，即与距离的反平方有关的规律吗？”但是，普利斯特利仅仅停留在猜想阶段，没有做进一步的研究．这一猜想与静电场的高斯定理（见1.5节）的结论一致．将该定理应用到带电的金属壳上，可以证明壳的内表面无电荷（见2.2节）．17 71--1773年，英国科学家卡文迪许完成了一系列的静电实验，证明空腔金属容器内表面不带电荷，据此推断电力与距离的平方成反比关系．但是，在他去世之前，这些成果没有公开发表，直到1879年，才由著名的物理学家麦克斯韦整理、注释出版了他生前的手稿，其中记述了距离平方反比定律．在2.2节中，我们将简介卡文迪许的实验和结论．以上说明，在这一个时期，人类逐步把电学的研究推进到定量的、精确的科学层次，为库仑定律的建立奠定了基础．
库仑早年是一名军事工程师，曾督造过防御工事．也许正是这种经历，使他对科学产生了兴趣，开始对扭力进行系统的研究．1781年，由于有关扭力的论文的发表，他当选为法国科学院院士．在1784年提交法国科学院的一篇论文中，他通过实验确立了金属丝的扭力定律，发现扭力正比于扭转角度，并指出可依据该原理去测量小至6. 48×10_6N的作用力．根捃这一发现，1785年库仑自行设计制作了一台扭秤，测量了电荷之间的相互作用力与其距离的关系，建立了库仑定律．图1.1给出了扭秤的结构及其中的4个关键部件．在一个高和直径均为30. 5cm的玻璃圆筒上，有一块直径为33cm的玻璃平板AC，它使容器不受外部空气流动的影响．平板上有两个直径约为4. 3cm的孔厂、Ⅲ，孔厂开在中心，上面胶连一根高61cm的玻璃管．管的顶端矗处有一个测微器，它的细致结构如图1.1中的(1)号件所示．其顶部有旋钮6、指针io，还有一个悬挂金属丝的夹钳q，q通过图1.1中的(2)号件的孔G．(2)号件上有一个圆盘ce，在其盘边上刻出360。．管≠安放在图1.1中的(3)号件的孔洞中，而H则与图中玻璃管th,的顶端相套接．(1)号件中夹钳的形状很像一个教学圆规上的粉笔卡头，可通过滑环使它收放．杆Po的P端[图1.1中(4)号件]有一个类似q的夹钳，可通过滑环K使它收放．一根非常细的银丝，一端夹在(4)号件的P中，另一端夹在夹钳q上．PO用铜或银制成，直径约0.22cm，它的重量可使银丝绷紧，但又不会使银丝变得很细．在R的横向有一个小孑L，孔中穿过一根绝缘物质细杆ag，长约20cm，“端有个金属小球，g端有一个平衡球.ag水平悬挂在图1.1中的玻璃容器内约一半高的地方．另一绝缘物质小杆rnd穿过盖板AC土的孑LⅢ，杆的下端固定一个与a端完全一样的金属小球．玻璃容器周围有刻度zoo，ZOQ与ag等高，并分成360。