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適讀人群 ：本書可作為普通高等學校物理或應用物理專業本科生的電磁學課程的教材或參考書、也可供相關專業師生和科技工作者參考中科大在物理學人纔培養方麵經驗的集成，多年教學經驗豐富的教授編寫
內容簡介
電磁學與電動力學．上冊是作者在多年教學經驗的基礎上，將電磁學與電動力學的內容適當貫通，既分階段，又平滑過渡，由此避免不必要的重復，以利於縮短學時，便於學生掌握．電磁學與 電動力學．上冊分為上、下兩冊，電磁學與電動力學．上冊為上冊，主要深入講解電磁場的性質，研究電磁場和介質相互作用的本質和規律，並深入探討瞭電磁場作為一種物質的運動狀態的普遍量度———能量．電磁學與電動力學．上冊應用實例和例題甚多，以便學生更好地掌握基本概念和基本理論．
內頁插圖
目錄
第二版叢書序 第一版叢書序 第二版前言 第一版前言
第1章真空中的靜電場 1
1.1 電荷守恒 1
1. 2庫侖定律 3
1.2.1庫侖扭秤實驗 3
1.2.2庫侖定律 5
1. 3疊加原理 6
1.3. 1疊加原理的數學錶述 6
1.3.2帶電體係對靜止點電荷的作用力 6
1.3.3帶電體係之間的作用力 7
1.4 電場強度 8
1.4. 1電場強度的定義 8
1.4.2各類帶電體的電場強度 8
1.4.3 電場的物質性 9
1.4.4電場強度計算舉例 9
1.5高斯定理 1 1
1.5. 1電通量 12
1.5.2高斯定理 13
1.5.3高斯定理與庫侖定律的關係 15
1.5.4高斯定理應用舉例 16
1.5.5 電場綫 18
1.6環路定理 19
1.6. 1電場的環量 19
1.6.2環路定理 20
1.7 電勢 21
1. 7.1 電勢差與電勢 21
1.7.2電勢的一般錶達式 22
1.7.3場強與電勢的微分關係 23
1.7.4 等勢麵 24
.7.5應用舉例 25
第2章靜電場中的導體和電介質 29
2. 1 物質的電性質 29
2 1物質的電性質 29
2. L 2 電場對電荷係統的作用 30
2.2 靜電場中的導體 32
2.2. 1 導體達到靜電平衡的條件 32
2.2.2處在靜電平衡條件下導體的性質 33
2.2.3導體在靜電場中性質的應用 35
2. 2. 4高斯定理和庫侖定律的精確驗證 38
2.3 電容和電容器 38
2.3. 1 孤立導體的電容 39
2. 3. 2 電容器 39
2. 3. 3電容器的連接 40
2. 4電介質 4 1
2. 5極化強度矢量P 43
2.5. 1 P與極化電荷的關係 44
2.5.2 P與電場E的關係 47
2.6 電介質中靜電場的基本定理 50
2.6. 1 高斯定理 50
2.6.2 環路定理 53
2.7邊值關係和唯一性定理 53
2.7. 1電場強度 53
2. 7. 2 電位移矢量 54
2.7.3 電勢 55
2.7.4靜電場的唯一性定理 55
2.7.5應用舉例 57
*2.8 電像法 61
第3章靜電能 66
3.1真空中點電荷間的相互作用能 66
3.2連續電荷分布的靜電能 69
3. 3 電荷體係在外電場中的靜電能 75
3.4電場的能量和能量密度 76
^ 3. 5非綫性介質及電滯損耗 78
"3.6 利用靜電能求靜電力 80
第4章穩恒電流 89
4. 1穩恒條件 89
4.1.1電流強度和電流密度 89
4. 1. 2電流連續方程 90
4.1.3穩恒條件 91
4.2歐姆定律 92
4.2.1歐姆定律 93
4.2.2焦耳定律 94
4.2.3從經典電子論觀點解釋歐姆定律和焦耳定律 95
4.2.4歐姆定律的失效問題 97
4.3 電源及電動勢 97
4.3.1電源及其電動勢 97
4.3.2 常見的幾種電源 99
4.3.3路端電壓、電動勢和全電路歐姆定律 102
4.3.4 穩恒電路的特點 103
4.3.5 穩恒電路中靜電場的作用 103
4.4基爾霍夫定律 104
4.4.1節點、支路和迴路 104
4.4.2基爾霍夫定律 105
4.4.3支路電流法 105
4.4.4迴路電流法 106
"4.5穩恒電流和靜電場的綜閤求解 107
4. 5. 1 基本方程 108
4. 5. 2 基本方程的閉閤性 108
4.5.3與純靜電場問題類比 11 1
第5章真空中的靜磁場 1 15
5. 1 磁現象與磁場 1 15
5. 1. 1磁的基本現象與磁的庫侖定律 115
5. 1.2奧斯特實驗——電流磁效應 116
5. 1.3磁感應強度 1 17
5. 1.4 安培力公式與洛倫茲力公式 118
5.2畢奧-薩伐爾定律 120
5.2. 1畢奧-薩伐爾定律 120
5.2.2畢奧-薩伐爾定律應用舉例 12 1
5. 3安培定律 126
5.3. 1 四個示零實驗 126
5. 3. 2 安培定律 128
5.3.3安培力及其應用 129
5.4 靜磁場的基本定理 130
5. 4. 1 磁場的高斯定理 130
5. 4. 2 安培環路定理 13 1
5.4.3 磁場的幾何描述 132
5.4.4兩條定理與畢奧-薩伐爾定律的關係 133
5. 4. 5安培環路定理的應用 134
5.5 帶電粒子在磁場中的運動 136
5.5. 1運動特徵 137
5.5.2應用舉例 139
5. 5. 3 宏觀效應 143
第6章靜磁場中的磁介質 145
6. 1 磁場對電流的作用 145
6. 1. 1磁場對電流的力和力矩 145
6. 1.2電流受力和力矩的計算舉例 146
6.2磁介質及其磁化強度犕 147
6.2.1磁化強度 148
6. 2. 2 磁化電流 148
6.3磁介質中的靜磁場的基本定理 150
6. 4介質的磁化規律 152
6.4.1 介質按磁化規律的分類 152
6.4.2 介質磁化的微觀機製 155
6 .4.3無限均勻綫性各嚮同性介質中的靜磁場 159
6. 5邊值關係和唯一性定理 160
6 .5.1磁場在磁介質界麵上的邊值關係 160
6 .5.2靜磁場的唯一性定理 161
6.5 .3分區均勻綫性各嚮同性介質中的靜磁場 162
土 6. 6磁像法 167
6 .6.1介質界麵為無限平麵 168
6 . 6.2介質界麵為無窮長圓柱麵 171
6 .7磁路定理及其應用 172
6. 7.1 磁路定理的基本方程 172
6 .7.2磁路定理的應用 173
^6.8磁荷法 176
6 .8.1磁荷觀點下的靜磁場規律 176
6. 8. 2磁荷法和電流法的等效性 178
6 .8.3磁荷法的應用 179
第7章電磁感應 182
7. 1電磁感應定律 182
7 1 電磁感應現象 182
7 2法拉第電磁感應定律 184
73感應電動勢的計算 186
74塊狀導體中的電磁感應現象 187
7 5電磁感應定律和磁場的高斯定理 187
7 .2動生電動勢和感生電動勢 188
7.2. 1 動生電動勢 188
7 .2.2感生電動勢 19 1
7 .2.3 電子感應加速器 193
7 .2.4兩種電動勢引齣的問題 194
7 .3互感和自感 194
7. 3.1互感現象和互感係數 194
7 .3.2自感現象和自感係數 196
7 .3.3兩綫圈的串聯和並聯 198
7.4似穩電路和暫態過程 201
7 .4.1似穩條件 202
7 .4.2似穩電路方程 202
7 .4.3多迴路電路的基爾霍夫定律 205
7 .4.4暫態過程 206
第8章磁能 210
8 .1載流綫圈的磁能 210
8.1.1 —個載流綫圈的磁能 210
8.1.2 N個載流綫圈係統的磁能 211
8.2載流綫圈在外磁場中的磁能 212
8.3磁場的能量和磁能密度 213
"8. 4非綫性介質及磁滯損耗 215
"8. 5利用磁能求磁力 217
第9章交流電路 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交流電路的復數解法 228
9. 2.1交流電路的基本方程 228
9. 2. 2 電路方程的復數形式 229
9. 2. 3交流電路元件的復阻抗 231
9 .3交流電的功率 232
9.3.1 瞬時功率 232
9.3.2 平均功率 233
9 . 3. 3視在功率和功率因素 233
9.3 .4由電壓和電流復有效值計算平均功率 234
9.4交流電路分析舉例 234
9.4. 1串聯諧振電路 234
9 .4.2並聯諧振電路 236
9 .4.3變壓器電路 238
第10章麥剋斯韋電磁理論 240
10. 1 麥剋斯韋方程組 240
10. 1. 1兩個大膽的推廣 24 1
10. 1.2兩個重要的假設 24 1
10. 1.3麥剋斯韋方程組 245
10. 1. 4 邊值關係 246
10.2 平麵電磁波 246
10.2. 1 電磁波的産生機製 246
10.2.2平麵電磁波的性質 248
10.2.3 赫茲實驗 250
10.2.4電磁波譜 252
10. 3電磁場的能量、動量和角動量 253
10.3. 1 電磁場的能量、動量和角動量 253
10 .3.2平麵電磁波的能量和動量 254
10.3.3 光壓 254
10.3.4 電磁場具有角動量的驗證 256
習題 257
習題參考答案 283
參考書目 29 1
名詞索引 292
教學進度和作業布置 297
附錄I 科學傢中英文姓名對照錶 299
附錄E 單位製和單位製間的公式變換 30 1
附錄K物理常數 3 1 1
附錄嘆矢量分析中的常用公式 3 12
精彩書摘
第1章真空中的靜電場1.1電荷守恒
電學中最基本的概念是電荷.早期人們是通過物質的力效應來定義它的.人們 發現許多物質，如琥珀、玻璃棒、硬橡膠棒……經過毛皮或絲綢摩擦後，能吸引輕小 物質，便說這些物質帶瞭電荷.
近代物理學的實驗揭示瞭電荷的物理本質.電荷是基本粒子，如電子、質子 子等的一種屬性，離開瞭這些基本粒子它便不能存在.也就是說，電荷是物質的基 本屬性，不存在不依附物質的“單獨電荷” 1897年，英國物理學傢湯姆孫測齣瞭陰 極射綫帶電粒子的荷質比約為氫離子(質子)的2000倍，他指齣這種帶負電的粒子 是一切原子的基本成員之一，後來被稱為電子，他因此而榮獲1906年諾貝爾物理 學奬.1909?1917年，密立根用油滴實驗，通過反復測量，測定電荷的最小單位是
1 . 59X10—19C，他因此榮獲1923年諾貝爾物理學奬.
就我們現今所知，電荷有如下的特點：
(1)自然界中存在兩種電荷，分彆稱為正(+ )電荷和負（一）電荷.正如左和右 一樣，它們的定義是任意的.現在人們都習慣沿用美國物理學傢富蘭剋林的定義， 即被絲綢摩擦過的玻璃棒所帶的電荷為“ + ”電荷，被毛皮摩擦過的硬橡膠棒所帶 的電荷為“一”電荷.實驗錶明，同號電荷相斥，異號電荷相吸，根據這一性質我們可 以用實驗來測齣物體帶有哪種電荷.
()電荷是量子化的，即在自然界裏物質所帶的電荷量不可能連續變化，而 隻能一份一份地增加或減小.如前所述，這最小的一份電量是電子或正電子所帶 的電量，我們把這電量的絕對值記為就是自然界中電量的基本單元，根據國 際科技數據委員會1986年推薦值，e= 1. 602 177 33(49) X 10—19C. 20世紀60 年代物理學傢提齣瞭一種更基本的粒子——誇剋（quArk)，誇剋有6種，分彆帶 有一，/3和，3的電量.30多年來，藉助大型加速器，采用瞭多種途徑，這6種 誇剋在實驗上先後被科學傢發現，但至今還沒有可靠的證據錶明它們以自由狀 態存在，即它們被禁閉在強子內部，不能脫離強子自由運動.帶分數電荷的粒子 的發現，也不破壞電荷的量子性，僅僅是將現在所能測到的最小的一份電量變得 更小而已.
(3) 存在所謂“電荷對稱性” 1928年，狄拉剋提齣描寫電子運動並且滿足相 對論不變性的波動方程，並得到一個重要結論：電子可以有負能值.由此齣發，於 1930年提齣所謂“空穴”理論，預言瞭帶正電的電子（即正電子）的存在；931年又 預言瞭反粒子的存在，電子-正電子對的産生和煙沒.我國物理學傢趙忠堯先生 (曾任中國科學技術大學近代物理係首任係主任，他的導師就是密立根)於1930年 在美國加利福尼亞州理工學院通過實驗發現硬Y射綫的反常吸收以及伴隨齣現的 “特殊輻射”這就是最早觀察到的正負電子對産生和煙沒的現象.1932年，安德遜 在宇宙射綫中發現正電子). —係列近代高能物理實驗錶明，對於每種帶電的 基本粒子，必然存在與之對應的、帶等量異號電荷的另一種基本粒子——反粒子. 例如，我們有電子和正電子、質子和反質子、TC介子和反n介子等.
(4) 電荷守恒.一個孤立係統(與外界不發生電荷交換的係統）的電荷總量(代 數和)是保持不變的，它既不能創生，也不會消滅.電荷隻能從係統內的一個物體轉 移到另一個物體，係統的總電量既不隨時間而變，也與參考係的選取無關，這就是 電荷守恒定律.例如，原本都是中性的絲綢和玻璃棒組成的孤立係統，電荷總量為 零.當用絲綢摩擦玻璃棒後，玻璃棒上帶正電，而絲綢上帶瞭與之等量的負電，其係 統的總電量仍為零.又如，任何化學反應前後係統的總電量相等.電荷守恒作為自 然界最普遍的規律之一，它對核反應也是成立的.如中子(n)經過卩衰變産生一個 質子、一個電子和一個反中微子：
o n ^ ^p0 + e— + I
類似地，有氚的卩衰變反應式
3H2 —-2He1 +e—十 v,
綜閤寫齣卩衰變的一般反應式如下：
—麼1YN—1 +e—十v,
式中，A為質量數，Z為原子序數即電荷數，N為中子數.一個強放射性元素鐳，通 過A衰變，放齣一個A粒子（He2)後轉變為氡222(2|Rn36)
2 龍 RA138 —— 222 Rn36 + 4He
對於太陽上核聚變反應的一種可能鏈式過程：
1Ho + 1Ho—~— ?H1 +e++ v,
?H1 + 1Ho—~— 3He +y
2 He+ 3 He—■—2 He+21 Ho
其中，每一步反應都滿足電荷守恒定律.
1.2庫侖定律
1. 2.1庫侖扭秤實驗
庫侖定律是以它的發現者之一，法國物理學傢庫侖的名字命名的.它是電磁學 中最基本的定律之一.這個定律的發現過程，對於年輕讀者具有很大的啓迪作用， 值得在此簡述.
16世紀工藝、航海、軍工的發展，極大地促進瞭自然科學的研究，其中也包括 電磁理論.曆經一百多年，在電磁現象研究領域取得瞭一係列重要成果，相繼發現 瞭摩擦起電原理，製成瞭摩擦起電機；明白瞭自然界裏電荷分為正電、負電兩種，同 性電荷相斥，異性電荷相吸;弄清瞭雷雨天閃電原理，將天電和地電統一起來;掌握 瞭電荷轉移及儲存方法，製成瞭萊頓瓶;認識到電荷守恒定律.接著人們開始瞭電 荷之間作用力的大小和方嚮的探索研究.
1750年前後，德國科學傢埃皮諾斯發現，當發生相互作用的電荷之間的距離 縮短時，兩者之間的吸引力和排斥力便增加，遺憾的是他沒有繼續研究其定量規 律.1755年，富蘭剋林在實驗中發現，一細絲懸掛的帶電軟木小球在帶電金屬筒外 明顯地受到電力而傾斜，在筒內則幾乎不受電力作用.富蘭剋林將這一結果函告德 國科學傢普利斯特利.後來，普利斯特利通過一係列實驗證實瞭富蘭剋林的發現， 並於1767年提齣如下猜想：難道我們就不可以認為電的吸引力遵從與萬有引力 相同的規律，即與距離的反平方有關的規律嗎?”但是，普利斯特利僅僅停留在猜想 階段，沒有做進一步的研究.這一猜想與靜電場的高斯定理(見1. 5節）的結論一 緻.將該定理應用到帶電的金屬殼上，可以證明殼的內錶麵無電荷（見2.2節). 1771?1773年，英國科學傢卡文迪許完成瞭一係列的靜電實驗，證明空腔金屬容 器內錶麵不帶電荷，據此推斷電力與距離的平方成反比關係.但是，在他去世之前， 這些成果沒有公開發錶，直到1879年，纔由著名的物理學傢麥剋斯韋整理、注釋齣 版瞭他生前的手稿，其中記述瞭距離平方反比定律.在2. 2節中，我們將簡介卡文 迪許的實驗和結論.以上說明，在這一個時期，人類逐步把電學的研究推進到定量 的、精確的科學層次，為庫侖定律的建立奠定瞭基礎.
庫侖早年是一名軍事工程師，曾督造過防禦工事.也許正是這種經曆，使他對 科學産生瞭興趣，開始對扭力進行係統的研究.1781年，由於有關扭力的論文的發 錶，他當選為法國科學院院士.在1784年提交法國科學院的一篇論文中，他通過實 驗確立瞭金屬絲的扭力定律，發現扭力正比於扭轉角度，並指齣可依據該原理去測 量小至6. 48X10-6N的作用力.根據這一發現，1785年庫侖自行設計製作瞭一颱 扭秤，測量瞭電荷之間的相互作用力與其距離的關係，建立瞭庫侖定律.圖1. 1給 齣瞭扭秤的結構及其中的4個關鍵部件.在一個高和直徑均為30. 5cm的玻璃圓
筒上，有^^塊直徑為33cm的玻璃平闆AC， 它使容器不受外部空氣流動的影響.平闆上 有兩個直徑約為4. 3cm的孔/、rn，孔f開 在中心，上麵膠連一根高61cm的玻璃管.管 的頂端犺處有一個測微器，它的細緻結構如 圖1. 1中的（1)號件所示.其頂部有鏇鈕犫 指針化，還有一個懸掛金屬絲的夾鉗通 過圖1. 1中的(2)號件的孔犌（2)號件上有 一個圓盤，，在其盤邊上刻齣360°.管多安 放在圖1. 1中的(3)號件的孔洞中，而H則 與圖中玻璃管/犺的頂端相套接.（1)號件中 夾鉗的形狀很像一個教學圓規上的粉筆卡 頭，可通過滑環使它收放.杆犘0的犘端[圖 1. 1中(4)號件]有一個類似狇的夾鉗，可通 過滑環彡使它收放.一根非常細的銀絲，一端夾在(4)號件的犘中，另一端夾在夾 鉗狇上.犘0用銅或銀製成，直徑約0. 22cm，它的重量可使銀絲綳緊，但又不會使銀 絲變得很細.在E的橫嚮有一個小孔，孔中穿過一根絕緣物質細杆Ag，長約20cm， 犪端有個金屬小球^端有一個平衡球.Ag水平懸掛在圖1. 1中的玻璃容器內約一 半高的地方.另一絕緣物質小杆犿犱穿過蓋闆AC上的孔犿，杆的下端固定一個與 犪端完全一樣的金屬小球.玻璃容器周圍有刻度ZOQ，ZOQ與Ag等高，並分 成 360°
實驗開始時，首先調整零點，即讓指針犻調到扭力計刻度上的零點，使狇、間 的細絲自然下垂，大小相同的金屬小球犱與A相互接觸.庫侖使一枚插在絕緣細棒 上的大頭針帶上電，然後把它伸到孔犿裏，接觸犱球，犱球與A球接觸，從大頭針 轉移過來的電荷在兩球之間等量分配，使犱球與A球帶上同號等量的電荷.由於相 互排斥，A、犱將離開一段距離.轉動鏇鈕犫改變銀絲扭轉角度（即改變扭力），可改 變A、d兩球間的距離.庫侖做瞭三次數據記錄:第一次令兩小球相距36個刻度;第 二次令兩小球相距18個刻度;第三次令兩小球相距8. 5個刻度，三次間距之比約 為1 : 1/2 : 1/4.實驗結果為:第一次銀絲扭轉36°，第二次銀絲扭轉144°，第三次 銀絲扭轉575. 5°，銀絲扭轉角之比約為1 : 4 : 16.庫侖還做瞭一係列實驗，獲得類 似結果.因此，庫侖得齣如下結論:兩個帶同號電荷的小球之間的相互排斥力和它 們之間的距離的平方成反比.後來庫侖利用電引力單擺實驗1把這一結論推廣至 帶異號電荷的小球間的引力情況.
1參見:陳秉乾，舒幼生，鬍望雨.電磁學專題研究.北京:高等教育齣版社，2001，8?9.?
庫侖定律的精確錶述是:兩個靜止的點電荷狇。
和狇之間的作用力的大小與兩點電荷電量的乘積 成正比，與它們之間距離的平方成反比，作用力的 方嚮沿著兩點電荷間的連綫，同號電荷相斥，異號 電荷相吸.按圖1. 2所示，可將庫侖定律錶達為
犉10 =犽狇狇狉。=—犉01 (1. 2. 1) 圖1. 2兩靜止點電荷狇。和狇
狉10 、、
式中，犽為比例常數，由實驗測定並與單位製有關. 之間的相互作用力
犉10是狇作用到狇上的力，犉1為反作用力.我們取國際單位製（SI)，或稱米?韆 剋?秒?安培(MKSA)製，即電量的單位用庫[侖](C)，距離的單位用米(m)，力的 單位用牛[頓](N).在真空中，我們將常數犽寫成為k = 1/(4tt£0 )，其中so稱為真空 介電常量或電容率.由實驗測定已知電量的兩個點電荷在真空中的相互作用力，便 可得犽或巧的值.目前所知e。的最精確的值為0=8.854 187 818(71) X10-12 C2 ? N—1 ? m—2.近似值可取 e。義8. 85X10—12C2 ? N—1 ? m—2;相應的 k 值為 k 8. 99X109N ? m2 ? C-2.在解題時，還可進一步將e。和k分彆近似為10—9/(36n) 和9X1。9.為瞭深人理解和正確應用庫侖定律，我們對它作如下說明：
()庫侖定律適用的對象是點電荷.點電荷意即其尺度為零.自然界中並不存 在這種理想的點電荷.正如前節所述，即使最小的單元電荷也為具有一定靜質量的 基本粒子所攜帶.在實際問題中，隻要兩帶電體的尺度遠小於它們之間的距離，就 可忽略帶電體本身的尺度，而把它們當作點電荷來處理.對本身尺度不可忽略的帶 電體的問題將留到下節來說明.
()庫侖定律與力學中的萬有引力定律非常相似，都具有與距離平方成反比 的特徵(都是長程力），都滿足牛頓第三定律.但是它們又有如下不同點:1電荷有 正、負兩種，異號電荷相吸，同號電荷相斥.可對質點來說，它們之間隻有引力，沒有 斥力.2靜電之間的相互作用可以屏蔽，而質點間的引力相互作用是無法屏蔽的. 3帶電粒子間的庫侖力遠大於它們間的萬有引力.以電子和質子間的庫侖力和萬 有引力為例，可算得F電/F引?2. 3X109所以，通常在討論原子、固體、液體的結 構以及化學作用時，隻需考慮庫侖力，忽略引力.而當討論宇宙中天體的大尺度結 構和運動問題時，又隻涉及引力，因為行星、恒星、星係等都是電中性的.庫侖定律 給齣的距離平方反比律中，距離狉的範圍相當大.雖然在庫侖的實驗中，狉隻有幾 個厘米，但近代物理的實驗錶明，狉的數量級大到107m而小到10-17m的時候，距 離平方反比律仍然成立.實際上在更大的範圍內，可以找到距離平方反比律仍然成 立的間接證據，隻不過難以通過實驗直接進行驗證.?
(3)庫侖定律隻適用於兩點電荷靜止的情況，因此人們常把庫侖力稱為靜電 力.當兩點電荷發生運動時，由庫侖定律所預言的相互作用力應該進行修改.但以 後會知道，隻要它們運動的速度遠低於光速，這一修改可以忽略.
()電力距離平方反比律與光子靜止質量是否為零有密切的關係.近代觀 點認為，各種相互作用都通過某種粒子來傳遞，其中電磁相互作用就是通過光子來 傳遞的.如果電力相對距離平方反比律齣現偏差，將導緻犿7關0.現有的物理理論 均以m7 = 0為前提.犿7取非零值，即便十分微小，也會給物理學帶來一係列原則問 題:電磁場的規範不變性將被破壞;光子偏振態將發生變化;黑體輻射公式要修改; 會齣現真空色散，即不同頻率的光波在真空中的傳播速度不同，從而破壞光速不變 等.總之，“後果”是十分嚴重的1.
1.3疊加原理
1.3.1疊加原理的數學錶述
實驗證明，兩個靜止點電荷之間的相互作用力不因第三個靜止點電荷的存在 而改變；由犖個靜止點電荷1，％，％，犖組成的係統，作用到靜止點電 荷％上的庫侖力可以錶為
1 犖 狇
犉=j1狇 2 ]—犻—^ (狉一狉） (1* 3. 1)
4丌£0。2 I狉一狉犻I3
這就是疊加原理.式中，狉為狇的位置矢量，狉為狇的位置矢量.注意，這裏的求和 是矢量疊加.
1 .3.2帶電體係對靜止點電荷的作用力
疊加原理不難由點電荷係統推廣到有一定大小的帶電體的情況.設想把帶電 體分割為許多稱為“電荷元”的小部分，在分析它們各自對點電荷狇。的作用時，均 可當作點電荷處理.這樣，整個帶電體就與一點電荷係統等效.
為求齣各個電荷元的電量，需要引入電荷密度的概念.為此，設電荷元的體積 為AV，電量為A狇定義
Pe = % d. 3* 2)
稱&為體電荷密度，它錶示單位體積的電量.注意AV的尺度應遠大於帶電體中 微觀帶電粒子間的平均距離，但遠小於電荷分布的非均勻尺度(在該尺度上，體電
1有關光子靜止質量問題的討論參見:陳秉乾，舒幼生，鬍望雨.電磁學專題研究.北京:高等教育齣版 社，2001，562 ?568.
前言/序言
2008年這套叢書正式齣版，至今使用已五年，迴想當初編書動機，有一點值得一提.我初到中國科學技術大學理學院擔任院長，一次拜訪吳杭生先生，嚮他問起科大的特點在哪裏，他迴答在於它的本科教學，數理基礎課教得認真，學生學得努力，特彆體現在十年CUSPEA考試（中美聯閤招收赴美攻讀物理博士生考試）中，科大學生錶現突齣.接著談起一所大學對社會最重要的貢獻是什麼，他認為是培養齣優秀的學生，當前特彆是培養齣優秀的本科生.這次交談給瞭我很深的印象和啓示.後來一些參加過CUSPEA教學的老教師嚮我提齣，編一套科大物理類本科生物理教材，我便欣然同意，並且在大傢一緻的請求下擔任瞭主編.我的期望是，通過編寫這套叢書將CUSPEA教學的一些成果能保留下來，進而發揚光大.
應該說這套書是在十年CUSPEA班的教學內容與經驗基礎上發展齣來的，它所涵蓋的內容有相當的深度與廣度，係統性與科學的嚴謹性突齣；另外，注重瞭普通物理與理論物理的關聯與融閤、各本書物理內容的相互呼應.但是，使用瞭五年後，經過教師的教學實踐與學生的互動，發現瞭一些不盡如人意的地方和錯誤，這次能納入“‘十二五’普通高等教育本科國傢級規劃教材”是個很好的修改機會，同時大傢也同意齣版配套的習題解答，也許更便於校內外的教師選用.為大學本科生教學做一點貢獻是我們的責任，也是我們的榮幸.盼望更多的使用本套書的老師和同學提齣寶貴建議.
用戶評價
這本書就像一個經驗豐富的老教授，用他溫和而堅定的聲音，一點點地為你揭示電磁世界的奧秘。我一直對電磁現象充滿瞭好奇，從兒時玩過的磁鐵，到生活中無處不在的電流，它們背後蘊含著怎樣的規律？懷揣著這樣的疑問，我翻開瞭這本《電磁學與電動力學（上冊）（第二版）》。書的開篇，從庫侖定律講起，將抽象的電荷之間的作用力，通過公式和圖示，變得清晰可見。我尤其欣賞它對“場”這個概念的引入和闡釋。從電場到磁場，再到電磁場，作者層層遞進，將原本獨立的概念巧妙地聯係在一起，構建起一個宏大而統一的物理框架。書中對高斯定理、安培環路定理等經典定理的推導，清晰得如同數學證明一般，每一個公式的由來，每一個變量的意義，都得到瞭細緻的講解。我曾多次在其他書籍中遇到這些定理，但總感覺理解不夠透徹，而在這本書中，我仿佛看到瞭它們誕生的過程，它們的內在邏輯變得無比清晰。書中的例題設計也十分巧妙，涵蓋瞭各種典型場景，從簡單的點電荷電場分布，到復雜的導體帶電體的電勢計算，再到電磁波的傳播，應有盡有。每一個例題的解法都詳細到令人發指，讓我能夠一步一步地模仿和學習。尤其是一些涉及復雜幾何形狀的問題，作者能夠巧妙地運用數學工具，將問題簡化，最終得齣令人滿意的結果。這讓我深刻體會到數學在物理學中的強大力量。我特彆喜歡書中對物理概念的引申和拓展，比如在講解電磁場與物質相互作用時，書中會涉及到介質的極化、磁化等概念，並將這些概念與宏觀的電磁現象聯係起來。這讓我看到瞭理論的深度和廣度，也為我今後進一步的學習打下瞭堅實的基礎。總的來說，這是一本內容紮實、講解透徹、例題豐富的經典著作，對於任何想要深入理解電磁學與電動力學的人來說，都是不可多得的寶藏。
評分我是一名對物理學，尤其是對宏觀現象背後的微觀規律充滿好奇的愛好者。之前，我讀過一些關於物理學的科普讀物，但總覺得有些淺嘗輒止，難以深入。直到我接觸到這本《電磁學與電動力學（上冊）（第二版）》，我纔真正感受到瞭物理學嚴謹而迷人的魅力。這本書的開篇，就如同一個精心設計的引子，將我迅速帶入瞭電磁學的世界。從點電荷之間的相互作用，到連續電荷分布的場強計算，作者運用瞭大量的數學工具，但卻絲毫不顯得枯燥。相反，每一個公式的推導，每一次積分的計算，都讓我感受到物理學傢們嚴謹的邏輯和對自然規律的深刻洞察。我尤其欣賞書中對“勢”的講解。從電勢能到電勢，作者通過類比和形象的比喻，將抽象的能量概念具象化，讓我能夠更直觀地理解電場對物體做功的能力。在講解磁場時，書中對安培定律的詳細推導，以及對磁矢量勢的引入，都讓我對磁場的性質有瞭更深入的認識。我曾為一些復雜的磁場問題而煩惱，但通過學習這本書，我掌握瞭運用磁矢量勢來解決問題的係統方法，這無疑極大地提升瞭我的解題能力。讓我驚喜的是，書中還對電磁場的能量和動量進行瞭深入的探討。通過對 Poynting 矢量和電磁應力張量的講解，我纔真正理解瞭電磁場在能量傳遞和動量交換中所扮演的重要角色。這讓我看到瞭電磁場並非僅僅是描述力的工具，它本身也具有能量和動量，是構成物質世界的重要組成部分。這本書不僅是一本教科書，更是一位引人入勝的老師，它用嚴謹的語言，深邃的洞察，讓我看到瞭電磁學世界的宏偉與壯麗，也激發瞭我繼續探索物理學奧秘的熱情。
評分在接觸這本《電磁學與電動力學（上冊）（第二版）》之前，我對電磁學這個領域，一直有著一種既熟悉又陌生的感覺。熟悉，是因為我們在日常生活中無時無刻不接觸到電磁現象，而陌生，則是因為其背後深奧的理論體係，常常讓人望而卻步。這本書的齣現，徹底改變瞭我對電磁學的看法。它就像一位耐心細緻的嚮導，帶領我一步步地探索電磁世界的奇妙。從靜電學的基本定律開始，到電容、電感等基本元件的性質，再到電場和磁場的相互轉化，作者用一種條理清晰、邏輯嚴謹的方式，將這些概念層層剝開，展現在我麵前。我尤其喜歡書中對“勢”的概念的講解。從電勢能到電勢，再到標勢和矢勢，作者循序漸進，將抽象的能量概念轉化為直觀的場分布，讓我能夠更好地理解電荷的運動和能量的傳遞。書中的數學推導，雖然涉及一些高深的微積分和嚮量分析，但作者總是能夠給齣詳細的步驟，並對每一個數學公式的物理意義進行深刻的解讀。我曾經在學習散度和鏇度時感到頭疼，但在這本書中，通過對電場和磁場散度和鏇度的具體應用，我纔真正理解瞭它們的幾何意義和物理內涵。讓我印象深刻的是，書中對電磁波的産生和傳播的講解。從麥剋斯韋方程組齣發，到電磁波的性質，再到電磁波的能量和動量，作者層層推進，構建瞭一個完整的理論體係。這讓我看到瞭電磁學從靜態到動態的演變，也為我理解光波、無綫電波等現象提供瞭堅實的理論基礎。總的來說，這本書不僅是一本教材，更是一份對電磁學深刻理解的指南，它用嚴謹的學術態度和生動的講解方式，為我打開瞭通往更廣闊物理世界的大門。
評分我一直認為，一本好的教材，不僅僅是知識的傳授，更應該是一種思維方式的啓迪。而這本《電磁學與電動力學（上冊）（第二版）》，無疑做到瞭這一點。我來自一個非物理相關專業，但在一些交叉學科的學習中，電磁學作為基礎理論，其重要性不言而喻。因此，我嘗試著從零開始，一點點地啃讀這本書。書中的語言風格非常嚴謹，但又不失親切。它不會為瞭追求深奧而故弄玄虛，而是用一種清晰、準確的語言，將復雜的物理概念娓娓道來。我特彆欣賞它對物理史實的引用，比如在講解法拉第定律時，書中會簡要介紹法拉第的生平及其發現過程，這不僅增加瞭閱讀的趣味性，也讓我能夠更好地理解科學發現的艱辛和偉大。書中的公式推導，每一步都經過瞭深思熟慮，作者仿佛能夠預見到我可能遇到的睏惑，並提前給予解答。我曾經在學習電磁感應時，對感應電動勢的方嚮問題感到睏惑，而書中通過楞次定律的詳細講解，並輔以大量的實例分析，讓我茅塞頓開。此外，書中對於不同參考係下電磁學規律的討論，也讓我受益匪淺。它不僅僅局限於慣性參考係，還為我們打開瞭相對論電動力學的大門，讓我看到瞭電磁學與相對論的深刻聯係。這一點對於我理解一些更前沿的物理問題，起到瞭關鍵性的作用。書中的附錄部分也極具價值，裏麵包含瞭許多重要的數學工具和概念的復習，以及一些拓展性內容的介紹。這對於我這樣的非專業讀者來說，無疑是雪中送炭。總而言之，這是一本能夠引領讀者進入電磁學殿堂的傑作，它不僅傳授瞭知識，更培養瞭讀者的物理思維，是值得反復品讀的經典之作。
評分我一直認為，物理學知識的學習，最忌諱的就是死記硬背，而應該注重理解其背後的邏輯和思想。這本《電磁學與電動力學（上冊）（第二版）》，恰恰滿足瞭我的這一需求。它不是簡單地羅列公式和定理，而是通過對每一個概念的深入剖析，以及對每一個推導過程的詳細闡釋，引導讀者去理解電磁學體係的內在邏輯。書的開篇，從靜電場的概念講起，作者並沒有急於給齣復雜的數學公式，而是先從直觀的電荷相互作用入手，然後逐步引入電場強度、電勢等概念。我特彆欣賞書中對“場”的講解。它並非一個抽象的數學概念，而是通過對電場綫和磁感綫的可視化描述，以及對高斯定理和安培環路定理的深刻解讀，讓我能夠深刻地理解場是如何描述電荷和電流對周圍空間的影響的。書中的數學推導，雖然嚴謹，但卻充滿瞭智慧。作者能夠巧妙地運用各種數學工具，將復雜的物理問題轉化為簡單的代數方程，然後通過邏輯推理，得齣令人信服的結論。我曾為求解電容器的電容問題而苦惱，但通過書中對不同形狀導體電容的詳細計算，我掌握瞭係統性的解題方法，並對電容這個概念有瞭更深刻的理解。讓我印象深刻的是，書中對時變電磁場和電磁波的講解。從法拉第電磁感應定律到麥剋斯韋方程組的統一，作者用一種極具曆史感的敘述方式，將這些偉大的物理定律的發展脈絡展現在我麵前。這讓我看到瞭科學研究的艱辛和偉大，也為我理解電磁波的産生和傳播打下瞭堅實的理論基礎。總之，這是一本能夠真正激發讀者對物理學産生興趣的教材，它不僅傳授瞭知識，更培養瞭讀者的獨立思考能力和科學探究精神。
評分一直以來，我對電磁學這個領域，都充滿瞭敬畏之情。它既是物理學的基石，又是現代科技的驅動力。但由於其理論的抽象性和數學的復雜性，我常常感到難以入手。這本《電磁學與電動力學（上冊）（第二版）》，則像一位經驗豐富的嚮導，用它清晰的思路和詳實的講解，為我掃清瞭前行的障礙。我首先被它嚴謹的結構所吸引。從靜電學開始，到靜磁學，再到電磁感應，最終匯聚於麥剋斯韋方程組，整個知識體係的構建，猶如一座宏偉的建築，層層遞進，穩固無比。我尤其欣賞書中對“場”的描述。它不僅僅是抽象的數學概念，而是通過對電場綫、磁感綫以及勢的深入講解，讓我能夠直觀地感受到電荷和電流對周圍空間的影響。書中的數學推導，每一步都邏輯嚴謹，並且充滿瞭物理直覺。作者能夠巧妙地運用微積分和嚮量分析，將復雜的物理問題轉化為簡明的數學方程。我曾在學習積分和微分方程時遇到睏難，但通過書中對這些數學工具在電磁學中的實際應用，我纔真正體會到它們的強大力量。讓我印象深刻的是，書中對電磁波的産生和傳播的講解。從電磁場的時空演化，到電磁波的傳播速度和性質，作者層層深入，最終構建瞭一個完整的電磁波理論體係。這讓我看到瞭電磁學從靜態到動態的飛躍，也為我理解光、無綫電等現象提供瞭堅實的理論基礎。總而言之，這是一本將理論深度與教學藝術完美結閤的傑作，它用嚴謹的學術內容和生動的講解方式，讓我看到瞭電磁學世界的宏偉與壯麗，也激發瞭我繼續探索物理學奧秘的熱情。
評分我一直認為，一個優秀的物理學傢，不僅要有紮實的理論功底，更要有敏銳的洞察力和創新的精神。而這本《電磁學與電動力學（上冊）（第二版）》，正是培養這些素質的絕佳教材。它不僅僅是知識的傳遞，更是思維的啓迪。書的開篇，就以一種極具啓發性的方式，引導讀者去思考電荷之間的相互作用。作者並沒有急於給齣復雜的數學公式，而是通過對實驗現象的描述，以及對物理概念的深入剖析，讓讀者逐漸理解電場和磁場的本質。我尤其欣賞書中對“勢”的講解。從電勢能到電勢，再到標勢和矢勢，作者循序漸進，將抽象的能量概念轉化為直觀的場分布，讓我能夠更好地理解電荷的運動和能量的傳遞。書中的數學推導，雖然嚴謹，但卻充滿瞭物理的直覺。作者能夠巧妙地運用各種數學工具，將復雜的物理問題轉化為簡明的數學方程，並通過邏輯推理，得齣令人信服的結論。我曾為求解磁場的分布問題而頭疼，但通過學習書中對磁矢量勢的詳細講解，我掌握瞭係統性的解題方法，這極大地提升瞭我的解題能力。讓我驚喜的是，書中還對電磁場的能量和動量進行瞭深入的探討。通過對 Poynting 矢量和電磁應力張量的講解，我纔真正理解瞭電磁場在能量傳遞和動量交換中所扮演的重要角色。這讓我看到瞭電磁場並非僅僅是描述力的工具，它本身也具有能量和動量，是構成物質世界的重要組成部分。總而言之，這是一本能夠引領讀者進入電磁學殿堂的傑作，它不僅傳授瞭知識，更培養瞭讀者的物理思維，是值得反復品讀的經典之作。
評分我是一名對理論物理充滿熱情的學生，在學習過程中，我始終追求的是對物理概念的深刻理解，而非錶麵上的公式記憶。這本《電磁學與電動力學（上冊）（第二版）》，以其嚴謹的學術態度和深入淺齣的講解方式，完美地滿足瞭我的這一需求。我尤其欣賞書中對物理概念的溯源和演進的闡釋。它不僅僅是給齣定義和公式，而是會追溯這些概念的産生背景，以及它們是如何在科學傢的探索中逐漸完善和發展的。比如，在講解電荷守恒定律時，書中會迴顧早期關於電荷量的一些實驗和猜想，然後引齣守恒定律的最終確立。這種曆史性的視角，讓我能夠更好地理解這些基本定律的意義和重要性。書中的數學推導，雖然復雜，但作者卻能夠用一種清晰的邏輯，將每一步都解釋得明明白白。我曾在學習高斯定理和安培環路定理時，對它們的適用範圍和物理意義感到睏惑，但在這本書中，通過大量的實例分析和圖示說明，我纔真正理解瞭它們的本質。讓我驚喜的是，書中還對電磁場的能量密度和動量密度進行瞭深入的探討。通過對 Poynting 矢量的推導和解釋，我纔明白電磁場是如何傳遞能量的，以及電磁波是如何攜帶動量的。這為我理解光壓等現象提供瞭堅實的理論基礎。書中的附錄部分，對於一些高級數學工具的介紹，以及一些拓展性物理內容的討論，都對我非常有啓發。它們不僅鞏固瞭我對基礎知識的理解，也為我今後的進一步學習指明瞭方嚮。總而言之，這是一本能夠引領讀者深入探究電磁學世界的寶貴著作，它用嚴謹的學術內容和深刻的物理洞察，為我打開瞭通往更廣闊物理學領域的大門。
評分這本書，我拿到手裏的時候，就有一種沉甸甸的實在感，封麵設計簡潔大氣，黑白相間的底色搭配燙金的書名，透著一股嚴謹和厚重。我是一位光學專業的學生，雖然電磁學和電動力學並非我研究的主攻方嚮，但在學習過程中，它們的重要性不言而喻，幾乎貫穿瞭整個學科的理論基礎。拿到這本《電磁學與電動力學（上冊）（第二版）》，我最先關注的就是它的內容編排和邏輯性。翻開目錄，可以看到它從最基礎的靜電場開始，逐步深入到靜磁場、電磁感應，再到麥剋斯韋方程組的推導和闡釋。這種循序漸進的講解方式，對於初學者來說非常友好，能夠幫助建立起清晰的知識體係。書中對一些經典實驗的描述也很到位，比如法拉第的感應實驗，通過文字和插圖，能夠清晰地勾勒齣實驗的原理和過程，讓我能夠更直觀地理解抽象的理論。更讓我驚喜的是，書中還包含瞭一些對近代物理背景的介紹，比如電磁波的發現對物理學發展的深遠影響，以及它與量子力學之間的聯係。這使得學習過程不再是枯燥的公式推導，而是與物理學的宏大圖景相呼應，激發瞭我的求知欲。我特彆喜歡它在講解某些概念時，會引入一些生活中的例子，比如靜電的産生和應用，或者電動機的工作原理。這些貼近生活的例子，能夠有效地將抽象的物理概念具象化，讓我更容易理解和記憶。比如在講到電場綫和磁感綫時，書中不僅僅給齣瞭定義和性質，還用瞭一些生動的比喻，讓這些看不見的力綫變得仿佛觸手可及。書中的公式推導過程也相當詳盡，每一步都有清晰的解釋，不會讓人感到突兀。即使是一些比較復雜的數學變換，作者也給齣瞭詳細的步驟，讓我能夠理解其推導的邏輯。對於我這樣的非物理專業學生來說，這一點尤為重要，因為我可以根據自己的理解程度，選擇性地深入研讀。而且，書中的插圖質量很高，不僅僅是示意圖，還有一些精美的圖錶，能夠清晰地展示物理量的分布和變化趨勢，大大增強瞭理解的效率。總而言之，這本書給我留下瞭深刻的印象，它既有紮實的理論基礎，又不乏生動有趣的講解方式，是一本值得反復閱讀的優秀教材。
評分我一直認為，一本好的物理學教材，應該是能夠激發讀者的好奇心，並且引導他們去獨立思考的。這本《電磁學與電動力學（上冊）（第二版）》，恰恰做到瞭這一點。它不僅僅是知識的羅列，更是對物理思想的深入探討。書的開篇，就以一種極具啓發性的方式，引導讀者去思考電荷之間的相互作用。作者並沒有急於給齣復雜的數學公式，而是通過對實驗現象的描述，以及對物理概念的深入剖析，讓讀者逐漸理解電場和磁場的本質。我尤其欣賞書中對“場”的講解。它不僅僅是一個抽象的數學概念，而是通過對電場綫、磁感綫以及勢的深入講解，讓我能夠直觀地感受到電荷和電流對周圍空間的影響。書中的數學推導，每一步都邏輯嚴謹，並且充滿瞭物理直覺。作者能夠巧妙地運用微積分和嚮量分析，將復雜的物理問題轉化為簡明的數學方程。我曾在學習積分和微分方程時遇到睏難，但通過書中對這些數學工具在電磁學中的實際應用，我纔真正體會到它們的強大力量。讓我印象深刻的是，書中對電磁波的産生和傳播的講解。從電磁場的時空演化，到電磁波的傳播速度和性質，作者層層深入，最終構建瞭一個完整的電磁波理論體係。這讓我看到瞭電磁學從靜態到動態的飛躍，也為我理解光、無綫電等現象提供瞭堅實的理論基礎。總而言之，這是一本將理論深度與教學藝術完美結閤的傑作，它用嚴謹的學術內容和生動的講解方式，讓我看到瞭電磁學世界的宏偉與壯麗，也激發瞭我繼續探索物理學奧秘的熱情。
評分很好的書籍對自己以後的發展很有好處，受益良多！
評分電磁學與電動力學（上冊 第二版）/“十二五”普通高等教育本科國傢級規劃教材 ，很好
評分不錯，對學習關於電磁學有幫助
評分中科大的教材，精煉簡潔。
評分非常不錯，書是正品。是我需要的，想買的不用猶豫！對提高自己的專業知識很重要。大傢可以多學習學習吧。
評分電磁學教材的鼻祖，非常推薦
評分描寫人物外貌的詞句：
評分好好。。。。。好好好。。。
評分質量好，物流快，很贊很贊！
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