电动力学导论:英文注释版
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作者［美］大卫·J. 格里菲斯（David J. Griffi
出版社机械工业出版社
ISBN9787111678076
出版时间2021-07
装帧平装
开本其他
定价128元
货号29276638
上书时间2024-11-03
商品详情
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前言
前 言
这是一本关于电与磁的教科书，适合于大学三年级或四年级的本科生。它可以在两个学期内轻松讲完，甚至还可以有剩余的时间讲授一些其他专题（如AC电路、数值方法、等离子体物理、传输线、天线理论等）。若为一学期的课程，可以仅讲授前七章的内容。与量子力学和热物理（比如）课程不同，对如何讲授电动力学，人们的见解相当一致，如应当包含什么内容，甚至连讲解的次序，都没有什么分歧，教科书的区别仅在于各自的风格。与大多数教材相比，我的写法更加自由一些，我认为这样做可以使难点更加有趣和容易被接受。
对本书第4版我做了大量的小的改动，以使内容更清晰和精美。对第3版中某些地方的错误我也做了相应修改，并增加了一些例题和习题（也删除了少数效果不佳的）。我也增加了更多的容易查到的参考文献（特别是American Journal of Physics 杂志上的）。当然，我知道大多数的读者没有时间或者不喜欢去查阅这些文献，但是我还是认为查文献是值得的。需要强调的是，尽管电动力学历史悠久，但它仍然是一个非常有活力的学科，有趣的新发现层出不穷。我希望也许有些问题可以激发你的好奇心，促使你查阅文献—其中一些确实是珍宝。
我保留了三个非正规符号：
笛卡儿坐标单位向量是、和（通常，所有单位向量都继承相应坐标的字母）。
柱坐标中与z轴的距离用s表示，以避免与r（与原点的距离和球坐标中的径向坐标）混淆。
某些读者希望我放弃斜体字母 ，从源点r'到场点r的矢量，而用更明显的(r_r')。但是，这将使很多方程变得很繁琐，特别是涉及单位矢量 时。我从自己的教学经验知道，粗心的学生试图把 当作r—这显然会使积分容易！我已在第1章中插入了一段去解释这个符号，我希望这会有帮助。如果你是学生，请记住：≡r r'，它与r不一样。我认为它是一个好符号，但是必须要细心对待。一
在前面的版本中，我区分了两类不同的习题，其中一些具有特定的教学目的，应该在学习完本节后立即演做。这些习题与本章节的主要内容密切相关，我将这些习题放在本章的相关节点上。（有少数情况，习题的结论在课文后面会用到；在这些习题的左边空白处用（）标记。）较长的习题，或者那些有更一般性质的习题将放在每一章的后面。当我授课时，我会布置它们中的一些给学生，少数题目也会放在课堂上讲授。极不寻常有挑战性的习题用感叹号（!）来标记。许多读者曾要求在书后附上习题解答；遗憾的是，也有许多人强烈反对。我取折中方案，对有些似乎特别适当的习题提供了答案。完整的习题解答手册可向出版商索要（仅对教师）；请访问培生教育出版公司网站订购。
从与许多同事的讨论中我受益匪浅—这里我无法一一列出他们的名字。但是我想要感谢对本书第4版做出了贡献的人，他们是：Burton Brody （巴德学院）、Catherine Crouch （斯沃斯莫尔学院）、Joel Franklin（里德学院）、Ted Jacobson（马里兰学院）、Don Koks（阿德莱德大学）、Charles Lane（巴德学院）、Kirk McDonald二（普林斯顿大学）、Jim McTavish（利物浦学院）、Rich Saenz（加州州立理工大学）、Darrel Schroeter（里德学院）、Herschel Snodgrass（路易克拉克学院）、Larry Tankersley（美国海军学院）。 事实上，我对电动力学每部分内容的了解—当然也包括如何讲授电动力学—应该归功于爱德华·珀塞尔（Edward Purcell）。
大卫·J.格里菲斯
导语摘要
本书是一本立足本科生水平的电动力学教材，主要阐述电磁场理论，分析各个实验定律，从中总结出电磁场的普遍规律，建立麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式，讨论恒定电磁场问题，说明一些恒定场的基本性质和求解电场和磁场问题的一些基本方法，讨论电磁波的传播与辐射，介绍一般情况下势的概念和辐射电磁场的计算方法，*后将电动力学的参考系引入相对论时空观，导出电磁场量在不同参考系间的变换，并且说明相对论力学的基本概念。本书注重把现代物理前沿引入教学，把电动力学问题扩展到多个前沿的研究领域，如固体物理、天体物理、核物理学、计算物理等。
本书涵盖我国物理专业电动力学课程的基本内容，可作为高等学校物理专业低年级学生学习电动力学课程的教材或参考书，也可作为电子、材料、通信等专业高年级学生的教学参考书。
This is a blingual edition of the following title published by Cambridge University Press:
Introduction to Electrodynamics，Fourth edition，ISBN 9781108420419
This book was previously published by Pearson Education,Inc. 1989, 1999, 2013
Reprinted 2018
Cambridge University Press and China Machine Press 2020.
This blingual of edition is authorized for sale in the People’s Republic of China (excluding Hong Kong, Macau and Taiwan) only. Unauthorised export of this blingual edition is a violation of the Copyright Act. No part of this publication may be reproduced or distributed by any means, or stored in a database or retrieval system, without the prior written permission of Cambridge University Press and China Machine Press.
本书由Cambridge University Press授权机械工业出版社在中国境内（不包括香港、澳门特别行政区及台湾地区）出版与发行。未经许可之出口，视为违反著作权法，将受法律之制裁。
Copies of this book sold without a Cambridge University Press sticker on the cover are unauthorized and illegal.
本书封面贴有Cambridge University Press防伪标签，无标签者不得销售。
北京市版权局著作权合同登记 图字：01-2019-7254号。
目录
目 录
注释者序
前言
关于本书
导 读
第1章 矢量分析1
1.1 矢量代数 1
1.1.1 矢量操作 1
1.1.2 矢量代数：分量形式 4
1.1.3 三重积 7
1.1.4 位置、位移与分离矢量 8
1.1.5 矢量如何变换 10
1.2 微分运算 13
1.2.1 普通导数 13
1.2.2 梯度 13
1.2.3 Δ算符 16
1.2.4 散度 17
1.2.5 旋度 18
1.2.6 乘积规则 20
1.2.7 二阶导数 22
1.3 积分运算 24
1.3.1 线、面和体积分 24
1.3.2 微积分的基本定理 29
1.3.3 有关梯度的基本定理 29
1.3.4 有关散度的基本定理 31
1.3.5 有关旋度的基本定理 34
1.3.6 分部积分 36
1.4 曲线坐标系 38
1.4.1 球坐标系 38
1.4.2 柱坐标系 43
1.5 狄拉克δ函数 45
1.5.1 /r2的散度 45
1.5.2 一维狄拉克δ函数 46
1.5.3 三维δ函数 50
1.6 矢量场理论 52
1.6.1 亥姆霍兹定理 52
1.6.2 势函数 53
第1章补充习题 55
导 读
第2章 静电学59
2.1 电场 59
2.1.1 引言 59
2.1.2 库仑定律 60
2.1.3 电场 61
2.1.4 连续电荷分布 63
2.2 静电场的散度和旋度 66
2.2.1 电场线、电通量、高斯定律 66
2.2.2 E的散度 71
2.2.3 高斯定律的应用 71
2.2.4 E的旋度 77
2.3 电势 78
2.3.1 势的概念 78
2.3.2 有关势的评注 80
2.3.3 泊松方程与拉普拉斯方程 83
2.3.4 局域电荷分布的势 84
2.3.5 边界条件 88
2.4 静电场的能量与做功 91
2.4.1 移动电荷所需做的功 91
2.4.2 点电荷分布的能量 92
2.4.3 连续电荷分布的能量 94
2.4.4 有关静电场能量的评注 96
2.5 导体 97
2.5.1 基本性质 97
2.5.2 诱导电荷 99
2.5.3 表面电荷和导体受到的力 103
2.5.4 电容 105
第2章补充习题 108
导 读
第3章 势113
3.1 拉普拉斯方程 113
3.1.1 引言 113
3.1.2 一维拉普拉斯方程 114
3.1.3 二维拉普拉斯方程 115
3.1.4 三维拉普拉斯方程 117
3.1.5 边界条件和性定理 119
3.1.6 导体和第二性定理 121
3.2 镜像法 124
3.2.1 典型镜像问题 124
3.2.2 诱导表面电荷 125
3.2.3 力和能量 126
3.2.4 其他镜像问题 127
3.3 分离变量法 130
3.3.1 直角坐标 131
3.3.2 球坐标 141
3.4 多极矩展开 151
3.4.1 远距离处的近似势 151
3.4.2 单极与偶极项 154
3.4.3 多极展开中的坐标原点 157
3.4.4 偶极子的电场 158
第3章补充习题 160
导 读
第4章 物质中的电场167
4.1 极化 167
4.1.1 电介质 167
4.1.2 诱导偶极子 167
4.1.3 极性分子的排列 170
4.1.4 极化强度 172
4.2 极化物体的场 173
4.2.1 束缚电荷 173
4.2.2 束缚电荷的物理解释 176
4.2.3 电介质内部的场 179
4.3 电位移矢量 181
4.3.1 有电介质时的高斯定律 181
4.3.2 易误解的类似性 184
4.3.3 边界条件 185
4.4 线性电介质 185
4.4.1 极化率、介电常数、相对介电常数 185
4.4.2 线性电介质的边界值问题 192
4.4.3 介电系统的能量 197
4.4.4 作用在电介质上的力 202
第4章补充习题 205
导 读
第5章 静磁学 211
5.1 洛伦兹力定律 211
5.1.1 磁场 211
5.1.2 磁力 213
5.1.3 电流 217
5.2 毕奥-萨伐尔定律 224
5.2.1 稳恒电流 224
5.2.2 稳恒电流的磁场 225
5.3 B的散度与旋度 230
5.3.1 直线电流 230
5.3.2 B的散度与旋度 232
5.3.3 安培定律 234
5.3.4 静磁学与静电学的比较 242
5.4 磁矢势 244
5.4.1 矢势 244
5.4.2 边界条件 250
5.4.3 矢势的多极展开 253
第5章补充习题 257
导 读
第6章 物质中的磁场 267
6.1 磁化 267
6.1.1 反磁体、顺磁体、铁磁体 267
6.1.2 作用在磁偶极矩上的力和力矩 267
6.1.3 磁场对原子轨道的效应 272
6.1.4 磁化强度 274
6.2 磁化物体的场 275
6.2.1 束缚电流 275
6.2.2 束缚电流的物理解释 278
6.2.3 介质内的磁场 280
6.3 辅助场H 280
6.3.1 磁介质中的安培定律 280
6.3.2 易误解的类似性 284
6.3.3 边界条件 285
6.4 线性与非线性介质 285
6.4.1 磁化率与磁导率 285
6.4.2 铁磁性 289
第6章补充习题 293
导 读
第7章 电动力学297
7.1 电动势 297
7.1.1 欧姆定律 297
7.1.2 电动势 304
7.1.3 动生电动势 306
7.2 电磁感应 313
7.2.1 法拉第定律 313
7.2.2 感生电场 318
7.2.3 电感 322
7.2.4 磁场的能量 329
7.3 麦克斯韦方程组 333
7.3.1 麦克斯韦之前的电动力学 333
7.3.2 麦克斯韦如何修改安培定律 335
7.3.3 麦克斯韦方程组 338
7.3.4 磁荷 339
7.3.5 介质中的麦克斯韦方程组 341
7.3.6 边界条件 343
第7章补充习题 345
导 读
第8章 守恒定律 357
8.1 电荷和能量 357
8.1.1 连续性方程 357
8.1.2 坡印亭定理 358
内容摘要
本书是一本立足本科生水平的电动力学教材，主要阐述电磁场理论，分析各个实验定律，从中总结出电磁场的普遍规律，建立麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式，讨论恒定电磁场问题，说明一些恒定场的基本性质和求解电场和磁场问题的一些基本方法，讨论电磁波的传播与辐射，介绍一般情况下势的概念和辐射电磁场的计算方法，*后将电动力学的参考系引入相对论时空观，导出电磁场量在不同参考系间的变换，并且说明相对论力学的基本概念。本书注重把现代物理前沿引入教学，把电动力学问题扩展到多个前沿的研究领域，如固体物理、天体物理、核物理学、计算物理等。
本书涵盖我国物理专业电动力学课程的基本内容，可作为高等学校物理专业低年级学生学习电动力学课程的教材或参考书，也可作为电子、材料、通信等专业高年级学生的教学参考书。
This is a blingual edition of the following title published by Cambridge University Press:
Introduction to Electrodynamics，Fourth edition，ISBN 9781108420419
This book was previously published by Pearson Education,Inc. 1989, 1999, 2013
Reprinted 2018
Cambridge University Press and China Machine Press 2020.
This blingual of edition is authorized for sale in the People’s Republic of China (excluding Hong Kong, Macau and Taiwan) only. Unauthorised export of this blingual edition is a violation of the Copyright Act. No part of this publication may be reproduced or distributed by any means, or stored in a database or retrieval system, without the prior written permission of Cambridge University Press and China Machine Press.
本书由Cambridge University Press授权机械工业出版社在中国境内（不包括香港、澳门特别行政区及台湾地区）出版与发行。未经许可之出口，视为违反著作权法，将受法律之制裁。
Copies of this book sold without a Cambridge University Press sticker on the cover are unauthorized and illegal.
本书封面贴有Cambridge University Press防伪标签，无标签者不得销售。
北京市版权局著作权合同登记 图字：01-2019-7254号。
主编推荐
关于本书
电动力学是什么？它如何融入物理的一般框架中？
力学的四个范畴
在下表中我描绘出力学的四大领域：
经典力学
（牛顿） 量子力学
（玻尔、海森伯、薛定谔等）
狭义相对论
（爱因斯坦） 量子场理论
（狄拉克、泡利、费曼、史温格等）
牛顿力学在大多数的“日常生活”中是正确的，但是对高速（接近光速）运动的物体，它是不正确的，必须用狭义相对论（由爱因斯坦在1905年建立）代替；对非常小（接近原子尺寸）的物体，牛顿力学因另外的原因失效，而由量子力学（由玻尔、薛定谔、海森伯及许多其他人在1920年左右发展起来的）取代。对非常快又非常小的物体（在现代粒子物理学中非常普遍），需要发展相对论与量子理论结合的力学，这个相对论量子力学称为量子场理论—它在20世纪30年代和40年代开始建立，但是即便是现在也不能认为它是一个完全令人满意的理论。在本书中，除了*后一章，我们完全是在经典力学的范畴，尽管电动力学可以非常简单地拓展到其他三个范畴。（事实上，电动力学在大部分方面的内容自动地与相对论相容，这是历史上相对论发展的主要动力。）
四种类型的力
力学告诉我们，当一个系统受到一个给定的力作用时，它是如何变化的。已知自然界中仅有四种基本力（到目前为止），我把它们按强度逐渐减弱的顺序列出：
1.强力
2.电磁力
3.弱力
4.引力
这张单子的简洁可能会让你大吃一惊。摩擦力在哪儿？保持你不从地板掉下去的“支撑力”在哪儿？分子结合在一起的化学力在哪儿？两个相互碰撞的台球的碰撞力又是什么？答案是，所有这些力都是电磁力。的确，毫不夸张地说，我们生活在一个电磁世界里，在日常生活中所经历的几乎每一种力，除了重力，都是源自电磁力。
把原子核内质子和中子结合在一起的力是强力（strong forces），它的作用距离非常之短，尽管它们的强度是电磁力的100倍，但我们无法“感觉到”它们。与辐射衰变有关的弱力（weak forces）不仅作用距离短，也比电磁力弱得多。至于引力，更是极其微弱（与其他力相比），所以除非质量巨大（比如地球和太阳），否则我们也很难注意到它。两个电子间的静电排斥力是其之间相互引力的1042倍，如果原子是靠引力（代替电磁力）结合在一起的，那么一个氢原子就会比已知宇宙还大得多。
电磁力不仅是支配我们日常生活中的统治力，也是目前被完全了解的力。当然，我们也有引力的经典理论（牛顿的万有引力定律）和相对论理论（爱因斯坦的广义相对论），但是至今没有令人满意的引力量子理论（虽然很多人在探讨它）。现今，关于弱相互作用，已经建立了非常成功（有点繁杂）的理论；对于强相互作用，也有引人注目的候选理论（称为色动力学，chromodynamics）。所有这些理论都是从电动力学中获得灵感和启发的，目前还没有一个理论能够得到结论性的实验验证。因此，电动力学，一个完美和成功的理论，已经成为物理学家的一种范式：一种其他理论效仿的理想模型。
经典电动力学的定律是由富兰克林、库仑、安培、法拉第以及其他的科学家们零零碎碎地发现的，但是詹姆斯·克拉克·麦克斯韦完成了*后工作，把它统一成一个完美紧凑的形式。这个理论至今已经有150年的历史了。
物理理论的统一
起初，电学（electricity）和磁学（magn
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