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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