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第3篇 电磁学 1

引言 1

第8章 真空中的静电场 2

8.1 场的描述 2

8.1.1 场的定义 2

8.1.2 场与实物 4

8.1.3 标量场的等值面和梯度 4

8.1.4 矢量场的通量和环流 5

8.2 电荷及库仑定律 6

8.2.1 电荷 6

8.2.2 电荷电量的量子性 7

8.2.3 电荷守恒定律 7

8.2.4 库仑定律 8

8.2.5 静电力叠加原理 10

8.3 电场强度 10

8.3.1 静电场 10

8.3.2 电场强度 11

8.3.3 点电荷系电场的电场强度 11

8.3.4 连续分布电荷电场的电场强度 13

8.4 高斯定理 19

8.4.1 电场线 19

8.4.2 电通量 20

8.4.3 高斯定理 21

8.4.4 高斯定理的应用 23

8.5 静电场的环路定理 26

8.5.1 电场力的功 26

8.5.2 静电场的环路定理 26

8.6 电势 27

8.6.1 电势能 27

8.6.2 电势差和电势 28

8.6.3 电势叠加原理 29

8.6.4 电势的计算 29

8.6.5 电偶层的电势及心电图原理 31

8.7 等势面及电势梯度 33

8.7.1 等势面 33

8.7.2 电势梯度 34

本章小结 35

思考题 36

习题 37

第9章 导体电学 40

9.1 导体的静电平衡性质 40

9.1.1 静电平衡 40

9.1.2 导体的静电平衡性质 41

9.1.3 静电平衡下导体上的电荷分布 42

9.1.4 避雷针 44

9.1.5 静电屏蔽 45

9.2 电容器和电容 48

9.2.1 孤立导体的电容 49

9.2.2 电容器的电容 49

9.2.3 常见电容器及其电容 49

9.2.4 电容器的并联和串联 52

9.3 范德格拉夫起电机 54

9.3.1 范德格拉夫起电机的结构与原理 54

9.3.2 范德格拉夫起电机的应用 54

9.4 稳恒电流 55

9.4.1 电流强度 55

9.4.2 电流密度 56

9.4.3 稳恒电流 57

9.4.4 稳恒电场 57

9.5 电动势 58

9.5.1 电源 58

9.5.2 电动势 58

9.6 稳恒电流电路定律 59

9.6.1 电流和电压的参考方向 59

9.6.2 欧姆定律 60

9.6.3 基尔霍夫电路定律 62

9.6.4 稳恒电流的功和功率 65

本章小结 66

思考题 67

习题 67

第10章 电介质 70

10.1 电介质的极化 70

10.1.1 介质的微观电结构 70

10.1.2 电介质的极化 71

10.1.3 电介质的击穿场强与击穿电压 71

10.2 电极化强度 72

10.2.1 电极化强度矢量 72

10.2.2 电极化强度和极化电荷面密度的关系 72

10.3 电介质中的静电场 72

10.3.1 电介质对电容的影响及相对电容率 72

10.3.2 电介质对电场的影响 73

10.3.3 极化电荷和自由电荷的关系 74

10.3.4 极化强度和电场强度的关系 74

10.4 电位移矢量及有介质时的高斯定理 74

10.4.1 有电介质时的高斯定理 74

10.4.2 电位移矢量和电场强度的关系 75

10.4.3 有电介质时的高斯定理的应用 76

10.5 电场的能量 79

10.5.1 电荷系的静电能 79

10.5.2 静电场的能量 81

本章小结 84

思考题 85

习题 86

第11章 稳恒磁场 87

11.1 磁场及磁感应强度 87

11.1.1 磁力 87

11.1.2 磁场 89

11.1.3 磁感应强度 90

11.2 毕奥－萨伐尔定律 91

11.2.1 毕奥－萨伐尔定律 91

11.2.2 运动带电粒子的磁场 92

11.2.3 毕奥－萨伐尔定律的应用 93

11.3 磁高斯定理 96

11.3.1 磁感应线 96

11.3.2 磁通量 96

11.3.3 磁高斯定理 97

11.4 安培环路定理 98

11.4.1 安培环路定理 98

11.4.2 安培环路定理的应用 100

11.5 磁场对载流导线的作用 103

11.5.1 安培力 103

11.5.2 电流国际单位的定义 104

11.5.3 矩形平面载流线圈在匀强磁场中受到的磁力矩 105

11.5.4 任意形状线圈在匀强磁场中受到的磁力矩 106

11.5.5 磁场力的功 107

11.6 带电粒子在磁场中的运动 108

11.6.1 洛伦兹力 108

11.6.2 洛伦兹力与安培力的关系 108

11.6.3 带电粒子在磁场中的运动 109

11.6.4 洛伦兹力的应用 111

本章小结 116

思考题 118

习题 118

第12章 磁介质 121

12.1 顺磁性和抗磁性 121

12.1.1 原子中电子的磁矩 121

12.1.2 磁场中的核外电子 122

12.1.3 磁介质的顺磁性和抗磁性 123

12.2 磁介质的磁化 124

12.2.1 磁化强度 124

12.2.2 磁化电流 125

12.3 介质中的磁场 126

12.3.1 有磁介质的磁高斯定理 126

12.3.2 有磁介质的安培环路定理 126

12.4 铁磁质 129

12.4.1 磁滞回线 129

12.4.2 铁磁质的理论解释 131

12.4.3 铁磁材料的应用 132

12.5 磁路 133

12.5.1 磁路 133

12.5.2 磁路定律 133

12.5.3 磁路定律的应用 135

12.5.4 铁磁屏蔽 136

本章小结 136

思考题 138

习题 138

第13章 电磁感应 140

13.1 电磁感应定律 140

13.1.1 法拉第通量法则 140

13.1.2 法拉第电磁感应定律 142

13.1.3 楞次定律 145

13.1.4 涡电流及其典型效应 148

13.2 动生电动势 150

13.2.1 洛伦兹力产生动生电动势 150

13.2.2 动生电动势产生过程中的能量转换 151

13.2.3 动生电动势的计算 152

13.2.4 交流发电机的原理 155

13.3 感生电动势 156

13.3.1 感生电动势产生的机理 156

13.3.2 感生电场 156

13.3.3 感生电动势的计算 158

13.3.4 感应电动势的相对性 160

13.3.5 电子感应加速器 161

13.4 自感与互感 164

13.4.1 自感现象 164

13.4.2 互感现象 168

13.4.3 自感与互感的关系 171

13.4.4 两个线圈串联的自感系数 172

13.5 暂态过程 173

13.5.1 RL电路的暂态过程 173

13.5.2 RC电路的暂态过程 175

13.5.3 RLC电路的暂态过程 177

13.6 磁场能量 179

13.6.1 自感磁能 179

13.6.2 互感磁能 180

13.6.3 磁场能量 182

本章小结 185

思考题 186

习题 187

第14章 电磁场和电磁波 192

14.1 位移电流 192

14.1.1 问题的提出 193

14.1.2 位移电流的假设 194

14.1.3 全电流环路定律 195

14.2 麦克斯韦电磁场理论 199

14.2.1 麦克斯韦电磁场理论的基本思想 199

14.2.2 麦克斯韦方程组的积分形式 199

14.2.3 麦克斯韦方程组的微分形式 202

14.3 电磁波 203

14.3.1 电磁波的形成 204

14.3.2 自由空间中的电磁波 204

14.3.3 电磁波的性质 206

14.3.4 光的电磁理论 206

14.4 电磁场的物质性 207

14.4.1 电磁场的能量 207

14.4.2 电磁波的能流密度 208

14.4.3 电磁场的动量 210

14.4.4 电磁场的质量 211

结束语 212

本章小结 212

思考题 213

习题 213

习题答案 215

参考文献 222