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編輯推薦:
这本诺贝尔物理学奖获得者、物理学家Purcell的电磁学教材是伯克利物理学教程5卷中内容zui新的一本,也是国际上使用zui广泛的电磁学教材。有用的例子、几百个图解说明、将近600道章后练习和习题,使得这本书成为电磁学课程的理想教材。
內容簡介:
50年来,EdwardM.Purcell的经典教科书向学生们展示了电场和磁场的世界。第3版又做了更新,统一使用国际标准单位(SIunits),新增了数以百计的新实验、新问题、新数据,另外一个特点就是增加了物理在实际生活中应用的内容。这本教科书涵盖了所有的电磁场方面的知识点,包括静电学、磁场、电流、电磁波,以及物质中的电磁场,等等。用现代的方法来看,磁场的产生是相对论作用的结果。随着物理知识的深入,引入了数学概念和公式,这使得物理的阐述过程更加清晰。讲述的宏观物理现象由基础的微观物理严格导出。有用的例子、几百个图解说明、将近600道章后思考题和习题,使得这本书成为电磁学课程的理想教材。教师们可以在www.cambridge.orgPurcell-Morin上找到“练习”对应的答案。
關於作者:
Edward M. Purcell, 分别在其科研成果、教育以及市民工作方面被授予了很多奖励。1952年, 他因为发现了液体和固体的核磁共振现象而获得诺贝尔物理学奖, 通过核磁共振, 可以简单、精准地确定有多种用途的基础材料的化学结构, 包括磁共振成像的材料
(MRI)。在他的事业生涯中, 曾经分别做过艾森豪威尔总统、肯尼迪总统以及约翰逊总统的技术顾问。
David J. Morin, 哈佛大学物理系的讲师, 大学生研究会的副董事。他也是教科书《经典力学导论》(剑桥大学出版社,2008)的作者。
目錄 :
中译本再版前言
“伯克利物理学教程” 序
“伯克利物理学教程” 原序(一)
“伯克利物理学教程” 原序(二)
第3 版前言
第2 版前言
第1 版前言
第1 章 静电学: 电荷与电场1
11 电荷1
1. 2 电荷守恒定律3
1. 3 电荷的量子性4
1. 4 库仑定律6
1. 5 电荷系统的能量10
1. 6 晶格中的电能13
1. 7 电场15
1. 8 电荷分布18
1. 9 通量20
1. 10 高斯定理22
1. 11 球形对称分布电荷的电场25
1. 12 线电荷的电场27
1. 13 无限大带电平面的电场28
1. 14 电荷层的受力30
1. 15 电场的能量32
1. 16 应用35
本章总结37
习题37
练习43
第2 章 电势52
2. 1 电场的线积分52
2. 2 电势差和电势函数54
2. 3 标量函数的梯度57
2. 4 从电势推导出电场58
2. 5 分布电荷的势能59
2. 6 均匀带电圆盘61
2. 7 偶极子65
2. 8 矢量函数的散度70
2. 9 高斯定理和高斯定理的微分
形式72
2. 10 笛卡儿坐标系中的散度74
2. 11 拉普拉斯算符77
2. 12 拉普拉斯方程79
2. 13 物理和数学的差别80
2. 14 矢量函数的旋度5 81
2. 15 斯托克斯定理84
2. 16 笛卡儿坐标系中的旋度85
2. 17 旋度的物理意义87
2. 18 应用92
本章总结94
习题95
练习101
第3 章 导体的电场109
3. 1 导体和绝缘体109
3. 2 静电场中的导体110
3. 3 静电场中的普遍问题和唯一性
定理116
3. 4 镜像电荷120
3. 5 电容和电容器125
3. 6 几种导体上的电势和电荷129
3. 7 电容器的储能132
3. 8 对于边值问题的几种其他
观点134
3. 9 应用135
本章总结136
习题137
练习143
第4 章 电流154
4. 1 电流和电流密度154
4. 2 稳恒电流和电荷守恒156
4. 3 电导率和欧姆定律158
4. 4 电导的物理意义164
4. 5 金属的电导171
4. 6 半导体173
4. 7 电路和电路元件177
4. 8 电流的能量损耗181
4. 9 电动势和伏打电池181
4. 10 含有多个电压源的电路185
4. 11 阻容电路中的电流188
4. 12 应用191
本章总结194
习题194
练习199
第5 章 运动电荷的电场206
5. 1 从奥斯特到爱因斯坦206
5. 2 磁力208
5. 3 运动电荷的测量210
5. 4 电荷不变性212
5. 5 不同参考系下的电场测量215
5. 6 匀速运动的点电荷的场219
5. 7 变速运动的点电荷的场224
5. 8 作用于运动电荷的力226
5. 9 运动电荷之间的相互作用230
本章总结238
习题238
练习240
第6 章 磁场245
6. 1 磁场的定义245
6. 2 磁场的一些性质253
6. 3 矢势259
6. 4 任意载流导线的磁场262
6. 5 线圈的磁场265
6. 6 载流薄平板的B 的变化269
6. 7 场之间如何转化273
6. 8 罗兰实验280
6. 9 磁场中的电传导: 霍尔效应281
6. 10 应用283
本章总结287
习题288
练习294
第7 章 电磁感应303
7. 1 法拉第的发现303
7. 2 均匀磁场中运动的导体棒306
7. 3 非均匀磁场中运动的导线
回路308
7. 4 场源移动情况下的静止回路315
7. 5 电磁感应定律316
7. 6 互感321
7. 7 互易定理323
7. 8 自感325
7. 9 电路中的自感现象327
7. 10 磁场中的储能329
7. 11 应用330
本章总结334
习题334
练习339
第8 章 交变电路345
8. 1 谐振电路345
8. 2 交流电350
8. 3 复指数解357
8. 4 交流电路360
8. 5 导纳和阻抗362
8. 6 交流电路的功率和能量369
8. 7 应用372
本章总结374
习题374
练习377
第9 章 麦克斯韦方程组
和电磁波382
9. 1 缺少了什么382
9. 2 位移电流385
9. 3 麦克斯韦方程组387
9. 4 电磁波389
9. 5 其他波动形式; 波的叠加性391
9. 6 电磁波传输的能量394
9. 7 不同参考系下波的表现形式399
9. 8 应用400
本章总结402
习题403
练习405
第10 章 物质内部的电场409
10. 1 电介质409
10. 2 电荷分布的矩413
10. 3 偶极子的电场和电势417
10. 4 外电场作用于偶极子的力矩
和力418
10. 5 原子和分子的偶极子; 感应
偶极矩420
10. 6 永久偶极矩423
10. 7 极化物质引起的电场425
10. 8 电容器的另一种解释430
10. 9 极化球体的电场433
10. 10 均匀场中的电介质球436
10. 11 电介质中电荷的电场, 高斯定律
437
10. 12 电介质的微观表征441
10. 13 变化场中的极化443
10. 14 束缚电荷的电流444
10. 15 电介质中的电磁波446
10. 16 应用448
本章总结449
习题450
练习452
第11 章 物质中的磁场458
11. 1 各种物质对磁场的响应458
11. 2 不存在磁“荷” 462
11. 3 电流回路的场464
11. 4 外场中偶极子受的力468
11. 5 原子中的电流472
11. 6 电子自旋和磁矩477
11. 7 磁化率480
11. 8 磁化物质引起的磁场481
11. 9 永磁体的磁场485
11. 10 自由电流和磁场强度H 488
11. 11 铁磁性492
11. 12 应用497
本章总结499
习题500
练习501
第12 章 习题解答508
12. 1 第1 章508
12. 2 第2 章530
12. 3 第3 章551
12. 4 第4 章570
12. 5 第5 章584
12. 6 第6 章588
12. 7 第7 章608
12. 8 第8 章619
12. 9 第9 章629
12. 10 第10 章637
12. 11 第11 章645
附录A 国际标准单位制(SI)
和高斯单位制的区别651
附录B SI 单位制中的常用
物理量656
附录C 单位的转换660
附录D SI 和高斯单位制中的
公式664
附录E SI 和高斯单位之间的
准确关系673
附录F 曲线坐标系675
附录G 狭义相对论简介685
附录H 加速电荷辐
射出的场691
附录I 超导694
附录J 磁共振697
附录K 一些实用的公
式/ 事实700
內容試閱 :
第3 版前言
50年来, 物理专业的学生们已经习惯了使用这本书的前两版来学习电磁学。这一版本的出版是希望能够跟上时代的趋势, 所以对书里的一些内容做了更新, 同时也添加了一些新的内容。相比于第2版, 第3版的明显改变在于: 1书里的高斯单位制都改成了国际单位制; 2书中添加了很多已经解决了的问题和例子。
做出第一个改变是因为现在大多数关于电磁学的课程都是使用国际单位制教授的。第2版已经停止了印刷, 我们伤心地看着这样一本好书就这样逐渐消失, 因为它和这个科目现在的教授方式不相兼容。当然, 在预备课程里面讲解哪一个单位制更“好” 的时候, 情况可能会有些不同。但是这只是假设, 对于这些课程还是回到现实吧。
对于那些喜欢用高斯单位的学生, 或者那些希望他们的学生掌握两种单位制的导师们, 我做了很多可能会有用的附录。附录A 讨论了国际单位制(SI) 和高斯单位制的区别; 附录C 中导出了两种单位制中对应单位的转化因子; 附录D 中解释了如何将公式从国际单位制转变为高斯单位制, 然后集中列出了书中每一个重要结论的国际单位制和高斯单位制中对应的公式。花一点时间看一下这个附录会让你清楚理解那些公式在不同的坐标系中的变换过程。
本书的第二个改变是增加了很多已经解决了的问题和很多新的例子。每一章最后都以“习题” 和“练习” 结尾。“习题” 的答案放在第12章。习题和练习之间仅有的一个区别就是书中有习题的答案而没有练习的答案。(对教师另外有一个习题的答案手册。) 然而, 在做习题时, 另一个区别就是在习题中会得到更多的定理性的结论, 这些结论可以应用在其他的习题或者练习中。
对于使用结论来解决问题时的一些建议: 习题(和练习) 给定了(对于每一个题) 一个从1 星到4 星的难度等级标记。如果你在解一道题时遇到了麻烦, 千万不要急着去看答案。自己先想一会儿。如果最后还是看了答案, 不要只是读读它。相反, 你要用一张纸盖住它, 每一次只读一行, 直到你能开始自己把这道题解出来。然后把书放在一边, 再自己真正做一遍。这是能让你充分理解的唯一办法。如果仅仅只是读一遍答案, 那将毫无用处。你可能会认为那样做也挺好的, 但实际上那对你提升对下一个等级习题的理解能力没有任何帮助。当然, 在理解基本原理的过程中, 对书中包括可能的几个习题的答案的仔细阅读是必要的。但是, 如果第1个等级是对基本概念的理解, 第2 个等级是对概念的应用, 然后你就这样一遍一遍地读下去, 那你将永远不会通过第1 个等级。
这本书尽管在内容上新增加了几个章节, 但其整体格局本质上是和第2版完全一样的。2.7节介绍了偶极子。对偶极子成型的处理方式以及它们的应用会留到第10章。但是, 因为偶极子的基础知识仅仅用第1章和第2章的几个概念就能解释清楚, 所以对它的讲解就安排到了这本书的较早的部分。8.3节中介绍了用取复数形式解的实部来解几个重要的微分方程的方法。9.6.2 小节解决了坡印廷矢量的问
题, 坡印廷矢量可以用来解决一些非常奇特的问题。
每一章中都包含了一个电磁学的“每天” 应用的列表, 其中的讨论比较简洁。这一节的主要目的是列出现在还需要进一步研究的热门话题。你可以使用书籍、互联网、讨论、思考等相结合的方法来对这些问题进行更深入的研究。在我们书籍之外有无限多的有用的信息可以去查询(以1.16节开始的地方的几个起始点为例),所以这一节中我的主要目的就是提供一个进入更深入学习领域的跳板。
在第5章中详细介绍了电场、磁场以及相对论的相互关系。很多学生会感觉这些内容是富有启发性的, 而同时有些学生会感觉这部分有些困难。(然而, 这两种学生并不是没有一点交集!) 对于那些希望避开一些纯理论路线的教师们, 是可以仅仅简略介绍一下第5 章中的主要结论而从第4章直接跳到第6章的, 也就是说,只需要知道磁场是由直的通电导线产生的就行。
在这一版中, 对于非笛卡儿坐标系(柱坐标系、球坐标系) 的使用更加突出。为了建立起某种对称关系, 合适地选择坐标系类型可以很大程度地简化计算。附录F 给出了多种向量算符在不同的坐标系中的表示。
相比于第2版, 这一版的难度等级明显提高了, 主要是因为加入了一些比较难的习题。如果你正在寻找额外的挑战, 这些习题会很适合你的口味。然而, 如果你把它们忽略掉(在使用本书教学的任何一个标准的课程里, 都是可以做到的), 它的难度等级就和第2 版大致相同了。
中译本再版前言
“伯克利物理学教程” 的中译本自20 世纪70 年代在我国印行以来已过去三十多年。在此期间, 国内陆续出版了许多大学理工科基础物理教材, 也翻译出版了多套国外基础物理教程。这在相当大的程度上对大学基础物理教学, 特别是新世纪理工科基础物理教学的改革发挥了积极作用。
然而, 即便如此, 时至今日, 国内高校从事物理教学的教师和选修基础物理课程的学生乃至研究生仍然感觉, 无论是对基础物理的教、学还是应用, 以及对从事相关的研究工作而言, “伯克利物理学教程” 依旧不失为