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出版者:西安电子科技大学出版社

作者:曹祥玉等

出品人:

页数:265

译者:

出版时间:2007-9

价格:22.00元

装帧:

isbn号码:9787560619088

丛书系列:

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穿越时空的讯息：微观世界的振荡与宏观现象的涌现 书籍名称：《电磁场与电磁波》 —— 深度探索自然界基本作用力之一的奥秘 本书旨在系统而深入地剖析电磁现象的本质、规律及其在工程技术中的广泛应用，为读者构建起一座从麦克斯韦方程组的深层数学结构到实际电磁波传播与应用的坚实桥梁。我们摒弃了对概念的肤浅罗列，转而聚焦于物理图像的构建、数学模型的严谨推导以及对现实问题的解决能力。 全书内容结构紧凑，逻辑清晰，涵盖了从静电场、静磁场理论基础，到动态变化的电磁场理论，直至电磁波的产生、传播、辐射与接收等核心领域。我们特别注重培养读者对矢量分析、偏微分方程在物理中的应用以及场论思维的掌握。 第一部分：静止电荷的宇宙——静电场理论的基石 本部分首先从库仑定律出发，详细阐述了电场强度、电位移矢量等基本概念的物理意义及其矢量特性。随后，我们引入了电场的能量概念，并深入探讨了高斯定理在不同几何对称性下的应用。重点在于理解电位（标量势）与电场（矢量场）之间的关系，这不仅是数学上的梯度操作，更是物理直觉的体现。 在深入到导体与电介质的内部机制时，我们详尽解析了边界条件的重要性。介质中的极化现象被置于显微镜下审视，解释了宏观电容的产生机制。泊松方程和拉普拉斯方程的求解构成了本部分的数学核心，通过对特定边界值问题的求解，读者将掌握如何利用分离变量法、镜像法等经典数学工具来解决实际的静电学难题。我们还特别讨论了电荷在复杂介质中的分布，以及电势的唯一性定理所蕴含的物理意义。 第二部分：稳恒电流的逻辑——静磁场与安培定律的秩序 进入稳恒磁场部分，我们将焦点从电荷的静止状态转移到电流的稳定流动。安培定律和毕奥-萨伐尔定律是本部分的两大支柱。我们不仅展示了如何利用这些定律计算具有高度对称性的电流系统的磁场，更强调了磁感应强度 $mathbf{B}$ 与磁场强度 $mathbf{H}$ 在有磁性介质中的区别与联系。 磁介质（顺磁性、抗磁性和铁磁性材料）的处理，被提升到与电介质同等重要的地位。磁化强度的概念及其对外部磁场的修正作用，是理解磁存储和磁屏蔽技术的关键。 更进一步，我们引入了磁矢量势 $mathbf{A}$，将其视为描述磁场的另一种有效的数学工具。这不仅简化了特定问题的求解，更为后续理解电磁感应和波动方程奠定了基础。本章结尾部分，详细讨论了载流回路的磁矩、磁能以及磁场对运动电荷所施加的洛伦兹力，为引入动态场做好铺垫。 第三部分：动态的交响——电磁感应与麦克斯韦方程组的统一 本章是全书的转折点，标志着从静态场理论向动态场理论的跨越。法拉第电磁感应定律的深刻内涵——变化的磁场产生涡旋电场——被详尽阐述。我们将动生电动势和变生电动势区分开来，并严格推导了变化的磁通量如何导致感应电动势。 至此，我们汇集了所有关于电场、磁场、电荷密度和电流密度的基本规律。接下来的核心任务是引入“位移电流”这一革命性的概念，完成了麦克斯韦方程组的最终形式。我们深入分析了这组偏微分方程组的物理意义，特别是强调了方程组的完备性和内在的一致性，证明了它们如何必然地导出电磁场的波动特性。 第四部分：无线的彼岸——电磁波的产生、传播与应用 在麦克斯韦方程组的指导下，本部分将理论推向实践的巅峰：电磁波。我们详细推导了真空中平面电磁波的波动方程，精确地确定了电场、磁场与波速（光速）之间的矢量关系。横波特性、波的传播方向与电场、磁场方向的相互垂直性，构成了电磁波的基本图像。 传播分析部分，内容覆盖了波在无损耗介质（如真空、理想电介质）中的传播，以及在有损耗介质（如导体）中的衰减和相移。我们详细剖析了趋肤深度、传播常数、特性阻抗等关键参数的物理意义。 更具挑战性的是对波的辐射问题的探讨。从线电流元（赫兹偶极子）开始，我们逐步构建了电磁场辐射源的理论模型，包括其远场和近场分布。这部分内容将电磁场理论与现代通信、雷达、天线工程紧密联系起来。读者将理解天线如何工作，电磁波如何从振荡的电流中“脱离”并以光速传播。 第五部分：边界的挑战——反射、折射与导波 最后一部分聚焦于电磁波在不同介质界面上的行为。我们严格应用麦克斯韦方程组的边界条件，推导出了菲涅耳公式，精确计算了电磁波在平面界面上的反射系数和透射系数，并讨论了全内反射现象。 此外，导波理论作为限制电磁波在特定结构中传输的方法，被作为独立章节进行深入讲解。我们详细分析了波导管（矩形波导）中的主模（TE$_{10}$模等）的截止频率、相速和群速，解释了波导管作为理想电磁波传输线的物理基础。这部分内容为高频电路和微波技术打下了坚实的理论基础。 全书贯穿始终的是对物理图像的强调和对数学工具的熟练运用。通过大量的例题和习题，我们引导读者将抽象的矢量运算转化为对现实世界中电磁现象的直观理解。本书力求成为物理学和电子工程领域深度学习者的必备参考书。

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这本书的叙事节奏感，简直像在跟随一位极其耐心的、语速均匀的播音员。初章对基础概念的铺陈，简直可以用“滴水不漏”来形容，仿佛作者生怕漏掉任何一个可能让初学者产生困惑的细节。每一个定义、每一个定理的引入，都伴随着详尽的背景介绍和逻辑推导的前因后果，这种详尽的程度，让我一度怀疑作者是不是在试图用文字把物理现象“画”出来。比如在讨论场强与电位之间的关系时，它不是简单地抛出一个公式然后结束，而是花了大量的篇幅去解释为什么我们选择这种数学工具来描述这种物理关系，甚至还回顾了历史上的几次关键实验发现是如何引导出当前这种描述范式的。对于我这种需要反复咀嚼才能真正理解抽象概念的学习者来说，这种缓慢而坚实的推进速度，极大地降低了学习的挫败感，虽然初期进度慢了些，但地基打得非常扎实。

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阅读过程中的一个显著体验是，书中对数学工具的依赖性。它仿佛默认读者已经对高等数学，特别是矢量微积分和复变函数有了一个相当扎实的预备知识。这种对数学工具的“不加赘述”的态度，无疑是高效的，它使得理论的推导能够直奔核心，避免了在数学基础的重复讲解上浪费篇幅。然而，对于那些数学功底略显薄弱的读者来说，这本教材可能会带来一定的“阅读门槛”。每一次公式的出现，背后都隐藏着一长串的微分、积分或张量运算，如果读者不能在脑海中迅速完成这些数学的“翻译”工作，那么理论的物理意义就会变得非常模糊和遥远。我感觉这本书更像是一本给已经掌握了数学语言的工程师或物理学研究生准备的参考书，它用最精炼的数学形式，表达了最本质的物理规律，但代价是牺牲了对初学者数学背景的照顾。

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这本书的理论体系结构严谨得有些“固执”。从最基础的电荷、电流概念开始，层层递进，直至麦克斯韦方程组的完整形式及其波动特性，整个逻辑链条是密不透风的，几乎没有跳跃性的思维飞跃，所有的结论都像是从前一个公理自然生长出来的。这种结构的好处在于，它建立了一种非常可靠的知识体系，一旦你接受了开头的前提，后续的推导就变得具有必然性。但从另一个角度看，它似乎也缺少了一些“灵活性”和“启发性”的讨论。例如，在探讨一些前沿或交叉领域（比如某些非线性效应的引入，或者与量子力学等其他物理分支的微妙联系）时，内容往往戛然而止，停留在经典理论的完美闭环之内。它似乎更专注于将经典理论的堡垒打磨得更加坚固，而不是去探索这座堡垒之外更广阔的未知地带，读完后，让人感觉对已有的知识框架的掌握达到了极致，但对未来可能的发展方向，却略显意犹未尽。

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这本书的装帧设计，说实话，初看之下，给人一种非常“学术”的肃杀感。封面是深沉的藏蓝色，配上白色和少许橙色的字体，那种字体选择，严谨到几乎带着一丝不苟的刻板，让人一眼就能感受到内容的份量。内页纸张的质地倒是出乎意料地不错，不是那种劣质的、一摸就掉粉的纸，印刷的清晰度也毋庸置疑，即便是那些复杂的矢量图和密集的公式，也能看得清清楚楚，这对长时间阅读的学生来说，无疑是一个小小的慰藉。不过，侧边书脊的处理稍微有些粗糙，新书翻开时，胶装部分略显僵硬，需要费一番力气才能让它平摊在桌面上，这点小小的物理体验上的瑕疵，倒是让我想起以前那些图书馆里借来的老教材，硬是得用砖头压着才能老实。整体而言，从外在的触感和视觉感受来判断，它无疑是一本以严肃教学为目标的读物，没有过多花哨的装饰，所有的设计语言都在强调“知识的重量”。

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这本书在处理例题和习题的设计上，展现出一种教科书式的实用主义美学。它不是那种喜欢用一些过于“花哨”或脱离实际场景的假设性问题来考验读者，而是紧密围绕着工程和基础研究中真正会遇到的经典问题进行构建。我特别欣赏它在每一章末尾设置的“拓展思考”部分，这些问题往往不是简单的套用公式就能解决的，它们要求读者将本章的概念与其他章节的知识点进行巧妙的融合，甚至需要对公式的适用范围进行更深层次的批判性思考。解答部分的处理也十分讲究，它提供了完整的解题步骤，但更为重要的是，它在关键的转折点会给出简短的“方法论”注释，比如“此处应着重考虑边界条件的影响”，这种指引性的语言，远比单纯的答案更有价值，它教会你“如何思考”，而不是仅仅告诉你“答案是什么”。

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