Study Guide Volume 2 To Accompany Paul A. Tipler Physics (Third Edition) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Worth Publishers Inc

作者:Mosca, Gene

出品人:

页数:264

译者:

出版时间:

价格:$21.90

装帧:Paperback

isbn号码:9780879014292

丛书系列:

图书标签:

• 物理学
• 学习指南
• Tipler
• 第三版
• 大学物理
• 习题集
• 物理辅导
• 教材辅助
• 物理学第二卷
• Paul A
• Tipler

深入探索电磁学的奥秘：一部面向本科生的经典教材 《电磁学基础：理论与应用》 作者： [此处可插入两位虚构的资深物理学教授姓名，例如：] 约翰·A·史密斯 博士 (Dr. John A. Smith) 与 艾米丽·R·琼斯 教授 (Prof. Emily R. Radcliffe) 出版社： [此处可插入一个虚构的学术出版社名称，例如：] 普罗米修斯科学出版社 (Prometheus Scientific Press) --- 内容提要：宏大叙事下的精确分析 本书旨在为物理学、工程学以及相关理工科专业的本科生，提供一套全面、严谨且富有洞察力的电磁学课程教材。它不仅仅是一本概念的罗列，更是一部引导学生构建完整电磁学思维框架的指南。全书以麦克斯韦方程组为核心理论支柱，从静电学、静磁学的基础概念出发，逐步过渡到复杂的电磁波传播、辐射理论，并最终触及相对论性电动力学的基本思想。 我们深知，电磁学是物理学中最能体现数学美感和实验验证统一性的学科之一。因此，本书在保持概念清晰的前提下，对必要的数学工具进行了充分的集成，确保学生不仅“知道”公式，更能“理解”其背后的物理意义和推导过程。 第一部分：静止电荷的王国——静电学 本部分奠定了理解整个电磁学体系的基石。我们首先从对电荷及其基本性质的探讨开始，引入了电荷守恒定律和库仑定律。 详细章节概述： 1. 电荷与场： 库仑定律的矢量形式、电荷密度概念。 2. 电场强度与电位移： 场线的几何意义，电场强度的定义与计算。 3. 高斯定律及其应用： 这是静电学中最强大的工具之一。我们详细剖析了高斯定律在求解具有高度对称性的电荷分布问题中的威力，并展示了如何使用微分形式的高斯定律导出泊松方程和拉普拉斯方程。对于拉普拉斯方程在边界值问题中的应用，例如电势的唯一性定理，进行了深入的几何和物理阐释。 4. 静电势与电势能： 引入标量势的概念，展示了电势与电场之间的微分关系。重点讨论了导体在静电平衡态下的特性，包括导体表面的场强、静电屏蔽效应以及导体上的电荷分布。 5. 介质中的电场： 介质极化现象的微观模型（偶极子模型），电容的定义，以及介质极化对电场和电势的修正。探讨了平行板电容器、球形电容器和同轴电缆的电容计算，并推导了介质中能量密度的表达式。 本书特别强调了电势作为能量概念的物理意义，通过大量的实例展示了如何利用势能最小原理来分析平衡态问题。 第二部分：运动电荷的律动——静磁学与稳恒电流 在掌握了电场理论之后，我们将视角转向运动电荷——电流——所产生的磁场。本部分聚焦于稳恒电流系统。 详细章节概述： 1. 电流与基本定律： 欧姆定律的微观表述（漂移速度），电流密度与连续性方程（虽然是稳恒电流，但引入该概念为后续非稳恒态做铺垫）。 2. 毕奥-萨伐尔定律： 作为电流产生磁场的基本定律，详细推导了直线电流、圆形电流环和螺线管产生的磁场分布。 3. 安培环路定律： 强调其在具有高度对称性系统中的简化作用，并将其与毕奥-萨伐尔定律进行对比，阐明两者在适用范围上的区别与联系。 4. 磁矢量势： 引入磁矢量势 $mathbf{A}$，作为求解磁场问题的另一种强大数学工具，特别是在处理复杂几何形状时，它比磁场强度 $mathbf{B}$ 更易于积分。 5. 磁介质： 磁化强度 $mathbf{M}$ 的概念，磁感应强度 $mathbf{B}$ 与磁场强度 $mathbf{H}$ 的关系。详细区分顺磁性、抗磁性和铁磁性材料的宏观响应，并讨论磁力线在磁性材料界面上的行为。 第三部分：时变场的交响——电磁感应与麦克斯韦方程组 这是全书的核心和高潮部分，从法拉第电磁感应定律出发，引入时间依赖性，最终整合出完整的麦克斯韦方程组。 详细章节概述： 1. 法拉第电磁感应定律： 从感应电动势的概念出发，建立起磁通量变化率与感应电场之间的定量关系。重点分析了动生电动势（导体在磁场中运动）和感生电动势（磁场随时间变化）的本质区别。 2. 麦克斯韦方程组的建立： 将修正后的安培定律（引入位移电流 $partial mathbf{D}/partial t$）与前述三条定律结合，形成完整的麦克斯韦方程组（微分形式和积分形式）。我们详尽讨论了位移电流的物理必要性，即解决电荷不守恒在积分形式中的矛盾，并保证了电磁场的连续演化。 3. 势场与规范选择： 在时变场中重新探讨电势 $phi$ 和矢量势 $mathbf{A}$ 的意义。详细介绍洛伦兹规范和库仑规范的选择，说明规范选择如何影响 $phi$ 和 $mathbf{A}$ 的具体形式，但不影响可观测的场 $mathbf{E}$ 和 $mathbf{B}$。 第四部分：波动的涟漪——电磁波的传播与辐射 基于麦克斯韦方程组，我们推导出关键的波动方程，这是描述光和其他电磁现象的基础。 详细章节概述： 1. 电磁场的波动方程： 在无源和无介质（或均匀介质）的假设下，从麦克斯韦方程组推导出电场 $mathbf{E}$ 和磁场 $mathbf{B}$ 的齐次波动方程。 2. 平面电磁波： 详细分析均匀介质中平面波的解，确定 $mathbf{E}$、$mathbf{B}$ 场之间的相位关系、传播方向以及它们的横波特性。推导出相速度、波长和波数之间的关系。 3. 电磁波在边界上的反射与折射： 这是对静电场边界条件的有力延伸。使用完整的麦克斯韦边界条件，严格推导斯涅尔定律（Snell's Law）和菲涅耳公式（Fresnel's Equations），分析电磁波在理想导体界面和介质界面上的反射与透射系数，包括平行偏振光和垂直偏振光的具体行为。 4. 电磁波的能量与动量： 引入坡印廷矢量 $mathbf{S}$，精确描述电磁能流密度及其方向。讨论电磁场携带的动量，并简要介绍辐射压力的概念。 5. 电磁波的辐射： 介绍偶极子辐射的基础理论，特别是振荡电偶极子的瞬时辐射场和平均辐射功率。这为理解无线电波发射原理提供了微观图像。 第五部分：电动力学的深入与拓展 最后一部分将理论推向更前沿的领域，为后续的专业课程做好准备。 1. 电磁场的相对论性： 介绍张量分析的基础，将麦克斯韦方程组表述为洛伦兹协变形式（张量形式）。这清晰地揭示了电场和磁场在不同惯性系之间的转换关系，印证了狭义相对论的预言。 2. 电磁场的能量与动量张量： 引入能量-动量张量，从更深层次理解能量和动量的时空分布。 3. 电磁场中的拉莫尔公式（Larmor Formula）与切伦科夫辐射概述： 对加速电荷的辐射特性进行初步探讨，为更高级的辐射理论打下基础。 本书特色 严谨的数学推导： 每一步推导都清晰可见，侧重于向量微积分和偏微分方程的应用。 丰富的图示与案例： 大量使用三维示意图来帮助学生可视化抽象的场线和向量。 概念之间的联系： 强调静电学、静磁学、电磁感应和波动理论之间是如何通过时间导数这一桥梁紧密联系起来的。 平衡理论与应用： 在介绍完核心理论后，立即通过实际工程或物理现象进行应用演示，巩固理解。 本书旨在培养学生对电磁现象的直觉判断能力，并提供足够的数学工具来解决复杂且真实的物理问题。它不仅仅是准备考试的工具，更是未来科研和工程实践中不可或缺的理论基石。

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