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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