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第1章 电磁现象基本规律 1

1.1 数学基础 1

1.1.1 δ函数 1

1.1.2 正交曲线坐标系 2

1.1.3 矢量运算和微分运算 4

1.1.4 并矢运算 6

1.1.5 勒让德多项式和球谐函数 7

1.2 稳恒的电场与磁场 8

1.2.1 电荷和静电场 8

1.2.2 电流和静磁场 12

1.3 麦克斯韦方程组 18

1.3.1 麦克斯韦方程组 18

1.3.2 洛伦兹力 19

1.3.3 麦克斯韦方程组的完备性 20

1.4 电磁场的基本属性 22

1.4.1 电磁场能量和能流 22

1.4.2 电磁场动量和动量流 26

1.4.3 电磁场角动量和角动量流 30

1.5 线性介质内电磁场 31

1.5.1 电极化矢量 31

1.5.2 磁化矢量 33

1.6 似稳电磁场 35

1.6.1 似稳场条件 35

1.6.2 似稳电路方程 36

1.7 电磁场的边值关系 38

1.7.1 垂直于界面方向的电磁场 38

1.7.2 界面切线方向的电磁场 39

本章问答题 41

练习题 41

第2章 静电场 43

2.1 静电场的多极展开 43

2.1.1 电多极矩 43

2.1.2 电多极矩在外场中的能量 47

2.1.3 粒子电偶极矩 50

2.1.4 原子核电四极矩 52

2.2 静电势微分方程的求解 55

2.2.1 静电场的唯一性定理 56

2.2.2 镜像法 58

2.2.3 静电问题的格林函数方法 62

2.2.4 分离变量法 66

2.3 等离子体中的静电现象 68

2.3.1 库仑屏蔽现象 69

2.3.2 等离子体振荡 70

2.4 自然界中的静电现象 71

2.4.1 静电吸引细屑 72

2.4.2 尖端放电现象 72

2.4.3 大气和宇宙中的静电现象 73

本章问答题 74

练习题 75

第3章 静磁场 76

3.1 磁场矢量势的多极展开 76

3.1.1 磁多极矩 76

3.1.2 磁偶极矩在外场中的能量 78

3.1.3 稳恒电流的磁场能量 79

3.1.4 微观粒子的磁偶极矩 80

3.2 静磁场的矢量势和标量势 82

3.2.1 磁场矢量势 82

3.2.2 静磁场标量势 84

3.3 静磁场与量子现象 87

3.3.1 超导现象 87

3.3.2 阿哈罗诺夫-玻姆效应 90

3.3.3 磁单极子 91

3.4 介质的磁性 94

3.4.1 顺磁性 94

3.4.2 抗磁性 95

3.4.3 铁磁性 97

3.5 自然界的磁场 98

3.5.1 星际和恒星的磁场 98

3.5.2 地磁场 99

本章问答题 101

练习题 101

第4章 电磁波的传播 103

4.1 平面电磁波 103

4.1.1 电磁场波动方程 103

4.1.2 单色平面波的电场和磁场性质 105

4.1.3 单色平面电磁波的能量和动量 106

4.2 电磁波在绝缘介质界面的反射和折射 108

4.2.1 反射和折射定律 109

4.2.2 菲涅尔公式 110

4.2.3 全反射 112

4.3 电磁波的衍射 113

4.3.1 基尔霍夫公式 114

4.3.2 小孔衍射 115

4.4 电磁波在导电介质内的传播 118

4.4.1 等离子体和导体内电磁波的色散关系 118

4.4.2 良导体内的电荷密度和经典电磁波 120

4.4.3 经典电磁波在良导体边界上的反射 123

4.4.4 地球电离层与短波通信 125

4.4.5 外磁场与等离子体内电磁波 126

4.5 有界空间内的微波 130

4.5.1 矩形谐振腔 130

4.5.2 矩形波导管 131

4.5.3 同轴传输线 134

本章问答题 136

练习题 137

第5章 电磁波的辐射 139

5.1 电磁场的矢量势和标量势 139

5.1.1 规范不变性 139

5.1.2 库仑规范和洛伦兹规范 140

5.2 推迟势与辐射场 141

5.2.1 推迟势 141

5.2.2 交变电流的辐射场 144

5.3 细直天线的辐射 146

5.3.1 细直天线的电流分布 146

5.3.2 细直天线辐射场分布 148

5.4 多极辐射 151

5.4.1 电偶极辐射 151

5.4.2 电四极和磁偶极辐射 152

本章问答题 155

练习题 155

第6章 狭义相对论 157

6.1 绝对时空观和以太理论的困境 157

6.1.1 光行差 158

6.1.2 菲索流水实验 159

6.1.3 霍克实验 160

6.1.4 迈克耳孙-莫雷实验 162

6.2 狭义相对论的时空观 163

6.2.1 狭义相对论基本假定 163

6.2.2 洛伦兹变换 164

6.2.3 相对论时空观下的新现象 167

6.3 洛伦兹变换下协变的物理量 170

6.3.1 协变量的性质 171

6.3.2 常用的协变量 172

6.4 协变的四维动量和四维力 174

6.4.1 质能公式 175

6.4.2 四维力 176

6.4.3 原子核结合能与核能 177

6.5 物理量协变性的应用实例 181

6.5.1 光行差和波矢量变换 181

6.5.2 洛伦兹收缩的“观”与“测” 184

6.5.3 点电荷的电磁场 185

6.6 物理规律的协变性 191

6.6.1 电荷守恒定律和麦克斯韦方程组的四维形式 191

6.6.2 带电粒子的拉格朗日量和哈密顿量 192

本章问答题 195

练习题 195

第7章 带电粒子与电磁场的相互作用 197

7.1 任意运动带电粒子的电磁场 197

7.1.1 李纳-维谢尔势 197

7.1.2 任意运动带电粒子的电磁场 198

7.1.3 带电粒子的辐射 201

7.2 带电粒子的辐射阻尼和谱线宽度 205

7.2.1 辐射频谱展开 205

7.2.2 辐射阻尼力 206

7.2.3 光谱宽度的经典模型 207

7.3 介质的色散和散射 209

7.3.1 散射现象 210

7.3.2 色散现象 212

7.4 经典辐射实例 213

7.4.1 轫致辐射频谱 213

7.4.2 切伦科夫辐射 215

7.4.3 渡越辐射 217

本章问答题 220

练习题 221

结束语 222

参考文献 224