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第1章 静电场 1

1.1 电荷 1

1.1.1 电荷的量子化 1

1.1.2 电荷守恒定律 2

1.1.3 电荷不变性 3

1.1.4 夸克——分数电荷 3

1.2 库仑定律 4

1.2.1 电力平方反比律的确立 5

1.2.2 库仑定律的矢量表示 6

1.2.3 库仑定律的物理内涵 8

1.3 电场强度 9

1.3.1 电场 9

1.3.2 四种基本相互作用 10

1.3.3 电场强度 11

1.4 电场高斯定理 13

1.4.1 电场线 13

1.4.2 电通量 14

1.4.3 高斯定理的证明 16

1.4.4 高斯定理的物理内涵 18

1.5 静电场环路定理 19

1.5.1 电场力做功 19

1.5.2 静电场力做功与路径无关 20

1.5.3 静电场环路定理的证明 21

1.5.4 静电场环路定理的物理内涵 22

1.6 电势 22

1.6.1 电势差和电势 22

1.6.3 各种静电场电势 24

1.6.4 等势面 25

1.6.5 电势梯度 27

1.7 静电场的分析方法 28

1.7.1 概述 29

1.7.2 电偶极子 31

1.7.3 均匀带电球壳 32

1.7.4 均匀带电球体 34

1.7.5 无限大均匀带电平面 35

1.7.6 均匀带电薄圆盘 36

1.7.7 无限长均匀带电直线 37

1.7.8 有限长均匀带电直线 38

1.7.9 余弦分布带电球壳 39

1.8.1 电荷在匀强电场中偏转 40

1.8 电荷在电场中的运动 40

1.8.2 电荷在电场中加速 41

1.8.3 库仑散射 42

1.8.4 虚功原理 43

1.8.5 电偶极子在电场中受的力矩和力 44

1.8.3 有极分子间的相互作用 45

1.9 静电场的相对性 45

1.9.1 电场强度的变换 46

1.9.2 匀速运动点电荷电场 47

1.9.3 匀速运动点电荷电场的特性 48

思考题 50

习题 53

2.1.1 静电平衡条件 63

第2章 导体 电介质 直流电路 63

2.1 导体的静电平衡状态 63

2.1.2 静电平衡状态下的带电导体 64

2.1.3 场致发射显微镜和扫描隧道显微镜 65

2.1.4 静电平衡状态下的带电导体空腔 66

2.2 静电感应及其分析方法 67

2.2.1 静电场与导体的相互作用 67

2.2.2 有导体存在时的惟一性定理 68

2.2.3 静电感应的分析方法 69

2.3 电容和电容器 72

2.3.1 孤立导体电容 72

2.3.2 电容器 73

2.3.3 电容器的并联和串联 74

2.4.1 静电场与电介质的相互作用 76

2.4 电介质的极化 76

2.4.2 极化的微观机制 78

2.4.3 极化的定量描述 79

2.4.4 压电陶瓷 82

2.5 静电场方程 83

2.5.1 静电场高斯定理和环路定理 83

2.5.2 电位移矢量 84

2.5.3 电介质中电场的分析方法 85

2.6 电场的能量 87

2.6.1 电荷体系的静电能 87

2.6.2 电容器储存电能 88

2.6.3 电场的能量和能量密度 89

2.7.1 电流密度 90

2.7 恒定电流与恒定电场 90

2.7.2 欧姆定律与焦耳定律的微分形式 92

2.7.3 恒定电场 恒定条件 93

2.7.4 直流电路中的恒定电场 95

2.7.5 经典金融电子论 95

2.8 直流电路基本定律 97

2.8.1 电源与电动势 98

2.8.2 闭合电路欧姆定律和含源电路欧姆定律 99

2.8.3 基尔霍夫定律 100

2.8.4 直流电路分析方法 103

2.9 等离子体与超导体 105

2.9.1 等离子体 105

2.9.2 超导体 106

思考题 109

习题 113

第3章 恒定磁场 121

3.1 安培定律 121

3.1.1 安培定律的实验基础 122

3.1.2 安培定律的建立 122

3.1.3 安培定律的微分形式 122

3.1.4 安培定律的物理内涵 122

3.2 磁感应强度 126

3.2.1 磁场 126

3.2.2 毕奥-萨伐尔定律 126

3.2.4 磁感应强度 128

3.2.3 安培力公式 128

3.2.5 低速运动电荷磁场和洛伦兹力公式 129

3.3 磁场高斯定理 132

3.3.1 磁感应线 132

3.3.2 磁通量 133

3.3.3 磁场高斯定理的证明 134

3.3.4 磁场高斯定理的物理内涵 135

3.3.5 磁单极子 135

3.4 安培环路定理 137

3.4.1 安培环路定理的表述 137

3.4.2 无限长直线电流的磁场 138

3.4.3 安培环路定理的证明 139

3.4.4 安培环路的物理内涵 140

3.5.1 概述 141

3.5 恒定磁场的分析方法 141

3.5.2 无限大载流平面 142

3.5.3 载流圆线圈 143

3.5.4 载流螺线管 145

3.6 磁场对载流回路的作用 148

3.6.1 磁场对载流导线的作用 148

3.6.2 磁场对载流线圈的作用 150

3.6.3 磁场对磁偶极子的作用 151

3.7 磁场对运动电荷的作用 153

3.7.1 电荷在匀强磁场中的运动 153

3.7.2 电荷在交叉电场磁场中的运动 155

3.7.3 电荷在非匀强磁场中的运动 157

3.7.4 高温等离子体磁约束 158

3.7.5 高能粒子加速器 159

3.7.6 霍耳效应和量子霍耳效应 160

3.8 恒定磁场方程 162

3.8.1 恒定磁场与磁介质的相互作用 162

3.8.2 磁化的定量描述 163

3.8.3 恒定磁场高斯定理和环路定理 164

3.8.4 磁介质中磁场的分析方法 166

3.9 物质的磁性 168

3.9.1 原子的磁矩 168

3.9.2 抗磁质与顺磁质 169

3.9.3 超导体的完全抗磁性 170

3.9.4 铁磁质的磁化特性 171

3.9.5 铁磁质的磁化机制 173

3.10 运动电荷之间的作用力 174

3.10.1 平行运动直线电荷之间的作用力 174

3.10.2 运动电荷之间的作用力 176

3.10.3 运动电荷的磁场及其特性 178

3.10.4 洛伦兹力公式 179

思考题 180

习题 184

第4章 电磁场理论 192

4.1 电磁感应定律 192

4.1.1 电磁感应现象 192

4.1.2 楞次定律 193

4.1.3 通量法则 194

4.2.1 动生电动势 195

4.2 动生电动势和感生电动势 195

4.2.2 感生电动势 196

4.2.3 普适的电场高斯定理和环路定理 198

4.2.4 电子感应加速器 198

4.3 感应电动势的分析方法 199

4.3.1 概述 199

4.3.2 矩形线圈在匀强磁场中旋转 201

4.3.3 导体棒的平移与旋转 201

4.3.4 导体圆盘在匀强磁场中转动 203

4.3.5 变化磁场激发涡旋电场 204

4.3.6 变化磁场中的导体棒 205

4.4 自感与互感 206

4.4.1 自感 206

4.4.2 互感 208

4.4.3 互感与自感的关系 209

4.5 磁场的能量 210

4.5.1 自感磁能与互感磁能 210

4.5.2 磁场的能量和能量密度 212

4.5.3 磁偶极子与磁场的相互作用能 213

4.5.4 低速电子磁场的能量 214

4.5.5 电磁振荡 214

4.6 麦克斯韦电磁场理论 217

4.6.1 历史背景 217

4.6.2 普适的磁场高斯定理和环路定理 218

4.6.3 位移电流 220

4.6.4 麦克斯韦方程组 221

4.7.1 自由空间中的麦克斯韦方程组 223

4.7 电磁波的性质 223

4.7.2 电磁波的横波 224

4.7.3 电磁波的传播速度 224

4.7.4 电场磁场之间的关系 226

4.7.5 电磁波谱 227

4.8 电磁波的能量与动量 228

4.8.1 电磁波的能量 228

4.8.2 电磁波的动量 230

4.9 电磁波的发射 232

4.9.1 偶极振子 233

4.9.2 赫兹实验 234

4.9.3 偶极振子辐射 236

4.9.4 加速运动电荷辐射 238

4.9.5 同步辐射 240

4.10 电磁场变换 241

4.10.1 电磁场变换 241

4.10.2 匀强电场的变换 243

4.10.3 直线电流磁场的变换 244

4.10.4 感应电动势的相对性 247

4.10.5 变化的磁场激发涡旋电场 248

4.10.6 变化的电场激发磁场 249

4.10.7 麦克斯韦方程组的洛伦兹协变性 251

4.10.8 经典电磁理论的局限性 253

思考题 254

习题 257