Physics for Scientists and Engineers, Volume II pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Harcourt

作者:Raymond A. Serway

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:1999-11-01

价格:USD 98.95

装帧:Hardcover

isbn号码:9780030209697

丛书系列:

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好的，这是一本名为《电磁学与光学基础》（Fundamentals of Electromagnetism and Optics）的教材的详细简介，它不包含《Physics for Scientists and Engineers, Volume II》中关于经典力学、热力学和振动的深入内容，而是专注于电磁现象和光的传播规律。 --- 电磁学与光学基础 (Fundamentals of Electromagnetism and Optics) 一、本书定位与核心内容 《电磁学与光学基础》是一本为理工科（尤其物理、电子工程、材料科学、应用数学及相关领域）大二或大三学生量身定制的深度教材。本书旨在提供对麦克斯韦方程组的严格数学推导，并将其应用于理解宏观世界的电磁现象和光的本质。 本书的结构经过精心设计，旨在建立一个从基本矢量分析到复杂电磁波传播的完整知识体系。我们避免了对牛顿力学和热力学等基础物理概念的冗余回顾，而是将起点直接设定在电荷、电流以及电磁场的基本公设之上。 二、详细章节内容概述 本书共分为三大核心部分，涵盖了从静态场到动态场的完整跨越，最终汇聚于光的波动性质。 第一部分：静电学与静磁学 (Electrostatics and Magnetostatics) 本部分为后续内容奠定坚实的数学和物理基础。 第 1 章：矢量分析回顾与电荷基础 虽然本书侧重于电磁学，但我们仍需建立必要的数学工具。本章简要回顾了梯度、散度和旋度的矢量运算，并重点讲解了在三维笛卡尔、柱面和球坐标系中的应用，这是理解电磁场分布的关键。随后引入电荷的性质、库仑定律，并导出电荷密度与电荷守恒的概念。 第 2 章：静电场：高斯定律的威力 本章的核心是理解电场的产生源和其性质。我们详细推导了高斯定律的积分形式和微分形式，并展示了其在具有高度对称性的系统（如无限平面、球壳、无限长导线）中的应用。重点探讨了电位（Electric Potential）的概念，证明了 $mathbf{E} = - abla V$，并深入分析了静电场中的势能、电势梯度，以及导体在静电平衡下的行为。 第 3 章：静电场的边界条件与能量 本章深入探讨了电场在不同介质界面上的行为，推导了电场强度和电位移矢量在理想导体或介质交界面上的连续性条件。随后，我们引入了静电场的能量密度 $u_E = frac{1}{2}epsilon_0 E^2$，并计算了电容器的储能。泊松方程和拉普拉斯方程的详细推导及其在解决静电学边界值问题中的应用是本章的难点和重点。 第 4 章：稳恒电流与磁场 本章从电流密度 $mathbf{J}$ 的概念出发，建立了电流连续性方程（稳恒状态下的体现）。随后引入毕奥-萨伐尔定律（Biot-Savart Law）和安培环路定律（Ampère’s Circuital Law）。我们详细计算了无限长导线、螺线管和环形电流产生的稳恒磁场，并阐述了磁感应强度 $mathbf{B}$ 与磁场强度 $mathbf{H}$ 在磁介质中的关系。 第 5 章：磁介质与磁向量势 本章处理磁场中的磁化现象。讨论了抗磁性、顺磁性和铁磁性的微观起源和宏观表现。为了简化复杂磁场几何结构下的计算，我们引入了磁向量势 $mathbf{A}$，推导出 $mathbf{B} = abla imes mathbf{A}$，并探讨了其与静磁场泊松方程的类比。 第二部分：时变场与麦克斯韦方程组 (Time-Varying Fields and Maxwell’s Equations) 本部分是本书的基石，将静态场理论扩展到动态的、相互耦合的电磁场。 第 6 章：法拉第电磁感应定律与电磁感应 本章从法拉第电磁感应定律出发，详细分析了时间变化磁场如何产生电动势，并将其转化为微分形式，作为麦克斯韦方程组中的关键一环。我们探讨了感应电场（非保守场）的特性、电感器的原理，并计算了互感和自感。 第 7 章：麦克斯韦方程组的完整形式 本章将前六章所学的所有定律统一起来，引入“位移电流”的概念，完成麦克斯韦方程组的四个方程。我们详细分析了方程组的物理意义、数学形式，并强调了其完备性、对称性和对电磁现象的普适性描述能力。 第 8 章：电磁场的能量、动量与边界条件 在时变场背景下，重新审视电磁场的能量和动量。重点推导并分析了坡印亭定理（Poynting’s Theorem），理解电磁场如何传输能量。此外，本章严格推导了时变电磁场在介质界面上的完整边界条件，包括电位移矢量和磁场强度的动态关系。 第三部分：电磁波的产生与传播 (Generation and Propagation of Electromagnetic Waves) 本部分是应用麦克斯韦方程组解决波动问题的核心。 第 9 章：无源区域的电磁波方程 基于麦克斯韦方程组和电荷/电流密度为零的假设（无源假设），本章推导出均匀、各向同性介质中的电磁波波动方程（即亥姆霍兹方程的来源）。我们详细求解了平面电磁波在真空中传播的通解，确定了电场、磁场和传播方向之间的相互垂直关系，并计算了波速 $c$。 第 10 章：平面波的传播特性 本章深入研究平面波的特性，包括其波长、频率、相位常数和传播常数。重点分析了电磁波的能量流密度，即坡印亭矢量（Poynting Vector），并计算了其时间平均值（平均能流密度）。 第 11 章：电磁波在介质中的传播与损耗 本章将平面波传播扩展到有损耗介质（如导体）和非磁性电介质中。讨论了趋肤深度（Skin Depth）的概念，并分析了电磁波在良导体、不良导体中的衰减特性。对于电介质，我们引入了复介电常数，解释了电磁波的吸收和色散现象。 第 12 章：反射、折射与波导理论导引 本章专注于电磁波与界面相互作用。详细推导了菲涅耳公式（Fresnel’s Equations），用于计算电磁波在不同介质界面上（包括垂直和斜向入射）的反射系数和透射系数。最后，本章对导引波（如平行板波导）进行初步探讨，介绍如何利用边界条件限制电磁波的传播模式。 --- 二、本书特色与教学方法 1. 数学严谨性： 本书在电磁场理论的构建中，始终坚持从基本定律出发进行矢量微积分的严格推导，确保读者对公式的来源有深刻理解，而非简单记忆。 2. 物理直观性： 尽管数学严谨，但每项推导后都会配以详尽的物理图像和应用案例，帮助学生将抽象的场概念与实际现象联系起来。 3. 专注于电磁与光： 本书严格聚焦于电磁场现象，不分散于牛顿力学、能量守恒的通用性讨论，而是将这些基础知识视为已掌握，直接深入到麦克斯韦方程组的应用。 4. 面向工程应用： 许多章节（尤其是关于边界条件、损耗介质和波导的章节）的讨论，直接服务于电子学、通信工程和光学工程的后续课程。 三、适用对象 物理学本科二年级或三年级学生 电子工程、通信工程、计算机工程（涉及电磁兼容和射频基础）专业的学生 需要深入理解电磁理论的材料科学和应用物理专业学生

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对于一个习惯了通过大量练习来巩固理论的工科学生来说，这本书的习题设计简直是令人发指的。习题数量少得可怜，而且大部分都是那种“套用公式”的机械练习，根本无法触及到物理思维深层的应用和转化能力。很多时候，我做完了课后所有的题目，合上书本时，脑子里对比如法拉第电磁感应定律的理解依然停留在模糊的感性认识层面，因为缺少那些能迫使我运用不同坐标系进行计算、或者需要结合电磁场与物质相互作用等复杂情境的挑战性题目。更糟糕的是，对这些为数不多的习题，教材本身竟然没有提供任何官方的详细解答或至少是步骤提示。我明白，教师可能会提供答案，但对于自学者或者在课余时间需要及时检验自己思路的学生来说，这种缺失是致命的。这就意味着，一旦你在解题过程中产生了细微的错误或理解偏差，没有一个可以参照的标准来帮你及时“校准航向”，很可能带着错误的认知走完全程。这种对练习环节的漠视，使得这本书在培养实际解决物理问题的能力上，显得力不从心，它更像是为那些已经具备扎实基础，只需要一本“知识参考手册”的人准备的，而非为初次系统学习这些复杂概念的学生设计。

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这本书在讲解现代物理与光学章节时的处理方式，暴露出了明显滞后的倾向，感觉像是多年前的旧版教材未经充分更新就被匆忙投入使用。在介绍波动光学时，对傅里叶光学和衍射理论的讨论，深度停留在相当初级的菲涅尔近似阶段，对于现代通信和信息技术中至关重要的角谱传播和基于快速傅里叶变换（FFT）的数值模拟方法，几乎只字未提，或者只是草草带过，未能体现出这些工具在当代物理研究中的核心地位。进入狭义相对论的部分，处理洛伦兹变换和能量动量关系时，依然沿用着那种基于时间膨胀和长度收缩的“想象实验”的描述方式，而对于张量形式的表达以及与四维时空几何的内在联系，则完全没有涉及，使得这部分内容显得零散而不连贯，缺乏一个宏大的、统一的理论框架支撑。我期望一本面向“科学家与工程师”的教材，至少应该在关键的交叉领域，比如量子光学基础或半导体物理的引入部分，能够展现出与当前科技发展同步的视野和深度，但很遗憾，这本教材在这方面显得保守且缺乏野心，给人一种“时间停滞”的阅读体验，无法有效衔接大学高年级或研究生阶段的专业课程。

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从语言风格和术语的一致性来看，这本教材的编辑工作显然没有做到精益求精，阅读过程中充斥着令人困惑的术语混用现象。不同章节的作者似乎没有遵循统一的术语表，同一个物理量在不同的地方会出现两种或三种不同的符号表示法，这对于需要建立清晰概念模型的读者来说，是一个巨大的认知障碍。例如，磁通量有时用 $Phi_B$，有时直接用 $Phi$；而某些介电常数的符号在不同上下文中的含义也存在模糊不清的情况。更让人恼火的是，在一些复杂的数学推导中，作者偶尔会使用一些非标准的数学符号或简写，但却没有在脚注或附录中给出明确的定义说明，导致读者必须花费额外的精力去“考古”——去猜测或反推这些符号在特定语境下的确切含义。这种不专业和松散的编辑风格，极大地破坏了阅读的流畅性和对知识的信任感。我需要不断地停下来，在不同章节间来回翻找，以确保我正在使用的符号与作者在当前部分所指代的概念是匹配的，这无疑是在“搬石头砸自己的脚”，严重干扰了对物理思想本身的深入思考和吸收，使得学习过程充满了不必要的摩擦和挫败感。

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这本书在内容组织和深度上，给我的感觉是极其不均衡且缺乏明确的教学目标感。它似乎试图面面俱到，从基础的静电场一直讲到相对论的皮毛，但每一个主题的展开都显得虎头蛇尾。例如，在介绍麦克斯韦方程组推导和应用的部分，作者花费了大量的篇幅去陈述背景知识，但真正关键的矢量分析和积分步骤却一带而过，很多重要的定理（比如高斯定律在不同介质中的应用）仅仅是通过几个简单的例子带过，没有提供足够的层次感去引导读者从基础走向深入的理解。我需要频繁地跳出去，查阅其他更专业的电磁学专著来填补这些关键的逻辑断层，这完全违背了使用一本综合性教材的初衷——期望它能提供一条清晰的学习路径。相比之下，某些章节对历史背景的叙述却又冗长得有些多余，虽然了解历史有助于拓宽视野，但在需要掌握核心运算技巧的时候，这些“花边新闻”的比例明显过高，稀释了物理核心内容的浓度。总而言之，作者在取舍上显得非常犹豫和摇摆不定，导致整本书读起来像是一份内容臃肿的资料汇编，而非精心编排的大学课程讲义，学习效率极低，需要大量的自我导航和知识重构才能勉强跟上节奏。

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这本教材的排版和装帧质量简直是灾难性的，拿到手的那一刻我就知道要糟。封面设计得极其平庸，色彩搭配像上个世纪的印刷品，完全没有现代理工科教材应有的那种严谨和前沿感。更要命的是内页的纸张，薄得像是报纸，稍微用力翻动，就能感觉到纸张随时要被撕裂的脆弱感，墨水的清晰度也时常不稳定，有些公式和图表边缘模糊不清，尤其是在处理那些精细的矢量图示时，视觉体验直线下降。我记得有几次在需要仔细辨认一个复杂的电场分布图时，因为墨色太浅或者纸张反光严重，我不得不凑得很近，甚至需要借助外部光源才能看清细节，这极大地分散了我对物理概念的注意力。翻阅体验也令人沮丧，书脊的装订似乎不是很牢固，才用了几周，已经能闻到一股淡淡的胶水味，我担心如果继续高频率使用，它很快就会散架，这对于一本需要反复查阅的参考书来说是不可接受的。对比我之前用的那本经典力学教材，那本书的纸张厚实、印刷清晰、结构布局逻辑分明，让人爱不释手，而这本《Physics for Scientists and Engineers, Volume II》带给我的感受完全是反向的——它更像是一本临时赶工的草稿集，而不是经过精心打磨的教学工具。阅读过程中的这种物理阻碍，无疑为理解那些已经足够抽象的电磁学和光学概念增添了不必要的精神负担，让人对这门学科的学习热情大打折扣。

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