《電動(dòng)力學(xué)》在普通物理電磁學(xué)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地闡述了電動(dòng)力學(xué)的基本概念、基本原理和處理方法，力求基本概念和理論講述清晰易懂，數(shù)學(xué)推導(dǎo)盡可能簡(jiǎn)單明了。全書(shū)內(nèi)容包括：電動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),靜電場(chǎng)，穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的基本規(guī)律，電磁波的傳播和輻射，狹義相對(duì)論，以及帶電粒子和電磁場(chǎng)的相互作用等。每章配有一定數(shù)量的習(xí)題。
本書(shū)可以作為理工科大學(xué)應(yīng)用物理學(xué)、光電信息科學(xué)與工程、無(wú)線電技術(shù)等專業(yè)的“電動(dòng)力學(xué)”課程的教材或參考書(shū)，亦可供有關(guān)專業(yè)研究生和教師參考。
本書(shū)根據(jù)應(yīng)用物理專業(yè)對(duì)電動(dòng)力學(xué)課程的教學(xué)要求，在編者多年使用講義的基礎(chǔ)上修改補(bǔ)充而形成。編寫時(shí)對(duì)基本理論力求做到結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)、敘述簡(jiǎn)明，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律編排內(nèi)容順序，以做到層次分明，同時(shí)介紹了電磁場(chǎng)調(diào)控的前沿內(nèi)容，以突出創(chuàng)新能力培養(yǎng)。在教材的編寫中對(duì)許多物理問(wèn)題使用了歸納法、演繹法和類比法進(jìn)行講解，為今后的學(xué)習(xí)和研究打下堅(jiān)實(shí)的電動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)。
全書(shū)共分為7章。第1章為數(shù)學(xué)預(yù)備知識(shí)，第2章主要講述靜電場(chǎng)遵守的基本規(guī)律和性質(zhì)以及靜電場(chǎng)相關(guān)問(wèn)題的常用求解方法,第3章研究了穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)的基本規(guī)律和相關(guān)問(wèn)題求解方法，第4章介紹了時(shí)變電磁場(chǎng)遵守的基本規(guī)律和電磁場(chǎng)遵守的守恒定律，第5章在波動(dòng)方程的基礎(chǔ)上討論了電磁場(chǎng)在無(wú)界空間、有界空間的傳播規(guī)律以及電磁波的輻射規(guī)律，第6章討論了狹義相對(duì)論基礎(chǔ)和相對(duì)論電動(dòng)力學(xué)的主要內(nèi)容，第7章討論了帶電粒子與電磁場(chǎng)相互作用的基本規(guī)律。本書(shū)各章還有大量的習(xí)題供學(xué)生課后練習(xí)，以鞏固所學(xué)知識(shí)和理論。
本書(shū)第1章由李海鵬整理和編寫，第2、3、4和6章由韓奎整理和編寫，第5章由王偉華整理和編寫，第7章由陸萬(wàn)利整理和編寫。最后由韓奎對(duì)全書(shū)做進(jìn)一步的整理和統(tǒng)稿。
本書(shū)可作為應(yīng)用物理學(xué)、光電信息科學(xué)與工程、無(wú)線電技術(shù)等專業(yè)的教材，同時(shí)也可作為電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的參考書(shū)。全書(shū)約需56～64課時(shí)。
本書(shū)的編寫和出版得到了中國(guó)礦業(yè)大學(xué)國(guó)家一流專業(yè)培育建設(shè)經(jīng)費(fèi)的支持，在此編者表示衷心的感謝。同時(shí)在編寫過(guò)程參閱并引用了許多教材和專著的相關(guān)內(nèi)容，在此編者向有關(guān)作者一并致謝！
由于編者水平有限，書(shū)中不足之處在所難免，敬請(qǐng)閱讀本書(shū)的廣大讀者批評(píng)指正。
編者
2020年7月
第1章數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)1
1.1矢量代數(shù)1
1.1.1標(biāo)量和矢量1
1.1.2矢量的代數(shù)運(yùn)算1
1.1.3矢量函數(shù)的導(dǎo)數(shù)與微分3
1.2標(biāo)量場(chǎng)的梯度3
1.3矢量場(chǎng)的散度和旋度5
1.3.1矢量場(chǎng)的通量與散度5
1.3.2矢量場(chǎng)的環(huán)量和旋度7
1.4哈密頓算子及其恒等式8
1.5亥姆霍茲定理9
1.6正交曲線坐標(biāo)系10
1.6.1正交曲線坐標(biāo)系10
1.6.2正交曲線坐標(biāo)系中長(zhǎng)度元、面積元和體積元12
1.6.3正交曲線坐標(biāo)系中梯度、散度和旋度的表達(dá)式14
1.6.4正交曲線坐標(biāo)系中Δ2φ的表達(dá)式15
1.7狄拉克函數(shù)與點(diǎn)電荷的密度分布16
1.8張量簡(jiǎn)介18
1.8.1并矢與張量18
1.8.2張量的代數(shù)運(yùn)算19
1.8.3微分算符Δ與并矢的運(yùn)算19
習(xí)題20
第2章靜電場(chǎng)23
2.1真空中的靜電場(chǎng)方程23
2.1.1庫(kù)侖定律23
2.1.2電場(chǎng)強(qiáng)度24
2.1.3高斯定理和靜電場(chǎng)的散度26
2.1.4環(huán)路定理和靜電場(chǎng)的旋度27
2.1.5靜電場(chǎng)基本方程27
2.2靜電勢(shì)28
2.3電荷系統(tǒng)在遠(yuǎn)區(qū)的電勢(shì)32
2.3.1勢(shì)的多極展開(kāi)32
2.3.2電多極矩的勢(shì)33
2.4電介質(zhì)中的靜電場(chǎng)方程37
2.4.1介質(zhì)的極化37
2.4.2極化強(qiáng)度37
2.4.3介質(zhì)存在時(shí)的場(chǎng)方程39
2.4.4介質(zhì)的本構(gòu)方程40
2.5靜電場(chǎng)的邊界條件41
2.5.1電場(chǎng)法向分量的躍變41
2.5.2電場(chǎng)切向分量的邊值關(guān)系42
2.5.3電勢(shì)的邊值關(guān)系42
2.5.4電勢(shì)滿足的微分方程43
2.6靜電場(chǎng)的唯一性定理44
2.7靜電問(wèn)題解法46
2.7.1電像法46
2.7.2分離變量法51
2.7.3格林函數(shù)法58
2.8靜電場(chǎng)的能量和靜電作用力61
2.8.1靜電場(chǎng)能量61
2.8.2點(diǎn)電荷系的相互作用能62
2.8.3帶電導(dǎo)體系的能量62
2.8.4小區(qū)域中的電荷體系在外場(chǎng)中的能量63
2.8.5由靜電能量計(jì)算靜電相互作用力64
習(xí)題66
第3章靜磁場(chǎng)70
3.1電流和磁場(chǎng)70
3.1.1電流70
3.1.2電荷守恒定律71
3.1.3歐姆定律和焦耳定律的微分形式72
3.1.4恒定電場(chǎng)72
3.1.5穩(wěn)恒電場(chǎng)和靜電場(chǎng)的比擬74
3.2真空中的磁場(chǎng)76
3.2.1安培定律和畢奧-薩伐爾定律76
3.2.2真空中穩(wěn)恒磁場(chǎng)方程78
3.3磁介質(zhì)中穩(wěn)恒磁場(chǎng)方程80
3.3.1磁介質(zhì)80
3.3.2磁化強(qiáng)度和磁化電流80
3.3.3磁介質(zhì)中的場(chǎng)方程82
3.3.4介質(zhì)的物性方程82
3.3.5磁場(chǎng)的邊值關(guān)系82
3.4矢勢(shì)及其微分方程84
3.4.1靜磁場(chǎng)的矢勢(shì)及其微分方程84
3.4.2矢勢(shì)的微分方程85
3.4.3矢勢(shì)的邊界條件86
3.4.4小區(qū)域電流分布在遠(yuǎn)區(qū)矢勢(shì)的磁多極展開(kāi)90
3.5磁標(biāo)勢(shì)法92
3.5.1磁標(biāo)勢(shì)92
3.5.2磁標(biāo)勢(shì)的微分方程及邊值關(guān)系93
3.6穩(wěn)恒磁場(chǎng)的能量和磁作用力98
3.6.1穩(wěn)恒電流磁場(chǎng)的能量98
3.6.2線電流系統(tǒng)的能量98
3.6.3電流分布在外磁場(chǎng)中的能量99
3.6.4磁場(chǎng)對(duì)電流的作用力100
3.7阿哈羅諾夫-玻姆效應(yīng)102
習(xí)題103
第4章電磁場(chǎng)的普遍規(guī)律105
4.1法拉第電磁感應(yīng)定律105
4.1.1法拉第電磁感應(yīng)定律105
4.1.2渦旋電場(chǎng)假設(shè)106
4.1.3位移電流假設(shè)107
4.2麥克斯韋方程組108
4.2.1麥克斯韋方程組108
4.2.2洛倫茲力109
4.2.3電磁場(chǎng)的邊界條件109
4.3電磁場(chǎng)的能量和能流110
4.4電磁場(chǎng)的動(dòng)量和動(dòng)量守恒定律114
4.5電磁場(chǎng)的角動(dòng)量和角動(dòng)量守恒定律116
習(xí)題117
第5章電磁波的傳播和輻射118
5.1電磁波在絕緣媒質(zhì)中的傳播118
5.1.1電磁場(chǎng)的波動(dòng)方程118
5.1.2單色電磁波119
5.1.3平面電磁波121
5.1.4電磁波的能量和能流123
5.2電磁波在介質(zhì)界面上的反射和折射126
5.2.1反射和折射的基本規(guī)律127
5.2.2電磁波在界面上的振幅關(guān)系——菲涅耳公式128
5.3電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中的傳播133
5.3.1導(dǎo)電介質(zhì)中的電磁基本方程133
5.3.2電磁波在導(dǎo)體表面上的反射和折射137
5.4電磁波在波導(dǎo)管中的傳播141
5.4.1矩形波導(dǎo)管中的電磁波142
5.4.2矩形波導(dǎo)內(nèi)電磁波的截止頻率144
5.4.3波導(dǎo)中TE10的場(chǎng)分布特點(diǎn)及表面電流146
5.4.4TE10波的傳輸功率和能量147
5.5諧振腔149
5.5.1諧振腔內(nèi)電磁振蕩模式149
5.5.2諧振腔的品質(zhì)因數(shù)151
5.6光子晶體154
5.7表面等離極化激元157
5.7.1波動(dòng)方程及色散關(guān)系157
5.7.2表面等離極化激元的激發(fā)方式161
5.8電磁波的輻射164
5.8.1矢勢(shì)和標(biāo)勢(shì)的引入164
5.8.2規(guī)范變換和規(guī)范不變性165
5.8.3洛倫茲規(guī)范和達(dá)朗貝爾方程166
5.8.4達(dá)朗貝爾方程的特解——推遲勢(shì)167
5.9電偶極輻射170
5.9.1計(jì)算輻射場(chǎng)的一般公式170
5.9.2計(jì)算遠(yuǎn)區(qū)場(chǎng)矢勢(shì)的展開(kāi)式171
5.9.3偶極輻射場(chǎng)172
習(xí)題175
第6章狹義相對(duì)論178
6.1狹義相對(duì)論基本原理178
6.1.1伽利略相對(duì)性原理178
6.1.2狹義相對(duì)論原理180
6.2洛倫茲變換181
6.2.1間隔及其不變性181
6.2.2洛倫茲坐標(biāo)變換183
6.2.3洛倫茲速度變換186
6.3相對(duì)論時(shí)空性質(zhì)188
6.3.1時(shí)空結(jié)構(gòu)188
6.3.2因果關(guān)系對(duì)信號(hào)傳遞速度的限制189
6.3.3同時(shí)的相對(duì)性189
6.3.4運(yùn)動(dòng)時(shí)鐘變慢190
6.3.5運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的收縮192
6.4相對(duì)論電動(dòng)力學(xué)194
6.4.1物理規(guī)律的協(xié)變性194
6.4.2電磁場(chǎng)理論的協(xié)變形式196
6.4.3電磁場(chǎng)的變換公式199
6.5相對(duì)論力學(xué)202
6.5.1四維動(dòng)量與質(zhì)能的關(guān)系202
6.5.2相對(duì)論力學(xué)方程206
習(xí)題207
第7章帶電粒子和電磁場(chǎng)的相互作用209
7.1運(yùn)動(dòng)帶電粒子產(chǎn)生的電磁場(chǎng)209
7.1.1李納-維謝爾勢(shì)209
7.1.2運(yùn)動(dòng)帶電粒子的電磁場(chǎng)211
7.2切連科夫輻射219
7.3運(yùn)動(dòng)帶電粒子的電磁場(chǎng)對(duì)粒子本身的反作用力224
7.3.1電磁質(zhì)量224
7.3.2輻射阻尼225
7.3.3原子光譜的自然寬度226
7.4帶電粒子對(duì)電磁波的散射228
7.4.1自由電子對(duì)電磁波的散射228
7.4.2束縛電子對(duì)電磁波的散射231
7.5宏觀電介質(zhì)球體對(duì)平面電磁波的散射233
7.5.1矢量球波函數(shù)233
7.5.2平面電磁波的展開(kāi)236
7.5.3平面電磁波對(duì)介質(zhì)球體的散射237
習(xí)題238
附錄變量符號(hào)表240
參考文獻(xiàn)242
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