大學物理學（第三版）A版 電磁學
作者：張三慧“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材
圖書詳細信息
ISBN：9787302185673定價：23元
印次：3-9
裝幀：平裝
印刷日期：2013-11-12
圖書簡介
本書是張三慧編著的《大學物理學》（第三版）電磁學，按傳統方法講述電磁學的基本理論，包括靜止和運動電荷的電場，運動電荷和電流的磁場，介質中的電場和磁場，電磁感應，電磁波等。除了基本內容外，還專題介紹了大氣電學、超導、電漿等今日物理趣聞和著名科學家介紹，作為選講或選讀內容，以擴大學生的現代知識領域。基本內容簡明扼要，選讀部分通俗易懂。本書可作為高等院校的大學物理教材，也可以作為中學物理教師教學或其他讀者自學的參考書。
前言
這部《大學物理學》（第三版）分為上、中（A版、B版）、下四冊，上冊含力學篇、熱學篇，中冊為電磁學篇，下冊為光學篇、量子物理篇。本書自第一版與第二版問世以來，已被多所院校用作教材。根據使用過此書的教師與學生以及其他讀者的反映，也考慮到近幾年物理教學的發展動向，本書推出第三版。第三版內容的撰寫與修改仍延續了第二版的科學性和系統性的特點，保持了原有的體系和風格，並在第二版的基礎上，增加、拓寬了一些內容。本書內容完全涵蓋了2006年我國教育部發布的“非物理類理工學科大學物理課程基本要求”。書中各篇對物理學的基本概念與規律進行了正確明晰的講解。講解基本上都是以最基本的規律和概念為基礎，推演出相應的概念與規律。筆者認為，在教學上套用這種演繹邏輯更便於學生從整體上理解和掌握物理課程的內容。
力學篇是以牛頓定律為基礎展開的。除了直接套用牛頓定律對問題進行動力學分析外，還引入了動量、角動量、能量等概念，並著重講解相應的守恆定律及其套用。除慣性系外，還介紹了利用非慣性系解題的基本思路，剛體的轉動、振動、波動這三章內容都是上述基本概念和定律對於特殊系統的套用。狹義相對論的講解以兩條基本假設為基礎，從同時性的相對性這一“關鍵的和革命的”（楊振寧語）概念出發，逐漸展開得出各個重要結論。這種講解可以比較自然地使學生從物理上而不只是從數學上弄懂狹義相對論的基本結論。
熱學篇的講述是以微觀的分子運動的無規則性這一基本概念為基礎的。除了闡明經典力學對分子運動的套用外，特別引入並加強了統計概念和統計規律，包括麥克斯韋速率分布律的講解。對熱力學第一定律也闡述了其微觀意義。對熱力學第二定律是從巨觀熱力學過程的方向性講起，說明方向性的微觀根源，並利用熱力學機率定義了玻耳茲曼熵並說明了熵增加原理，然後再進一步導出克勞修斯熵及其計算方法。這種講法最能揭露熵概念的微觀本質，也便於理解熵概念的推廣套用。
電磁學篇A版按照傳統講法，講述電磁學的基本理論，包括靜止和運動電荷的電場，運動電荷和電流的磁場，介質中的電場和磁場，電磁感應，電磁波等。電磁學篇B版中電磁學的講法則是以愛因斯坦的《論動體的電動力學》為背景，完全展現了帕塞爾教授講授電磁學的思路--從愛因斯坦到麥克斯韋，以場的概念和高斯定律為基礎，根據狹義相對論演繹地引入磁場，並進而導出麥克斯韋方程組其他方程。這種講法既能滿足教學的基本要求，又充分顯示了電磁場的統一性，從而使學生體會到自然規律的整體性以及物理理論的和諧優美。電磁學的講述未止於麥克斯韋方程組，而是繼續講述了電磁波的發射機制及其傳播特徵等。
光學篇以電磁波和振動的疊加的概念為基礎，講述了光電干涉和衍射的規律。第24章光的偏振講述了電磁波的橫波特徵。然後，根據光電波動性在特定條件下的近似特徵--直接傳播，講述了幾何光學的基本定律及反射鏡和透鏡的成像原理。
以上力學、熱學、電磁學、光學各篇的內容基本上都是經典理論，但也在適當地方穿插了量子理論的概念和結論以便相互比較。
量子物理篇是從波粒二象性出發以定態薛丁格方程為基礎講解的。介紹了原子、分子和固體中電子的運動規律以及核物理的知識。關於教學要求中的擴展內容，如基本粒子和宇宙學的基本知識是在“今日物理趣聞A”和“今日物理趣聞C”欄目中作為現代物理學前沿知識介紹的。
本書除了5篇基本內容外，還開闢了“今日物理趣聞”欄目，介紹物理學的近代套用與前沿發展，而“科學家介紹”欄目用以提高學生素養，鼓勵成才。
本書各章均配有思考題和習題，以幫助學生理解和掌握已學的物理概念和定律或擴充一些新的知識。這些題目有易有難，絕大多數是實際現象的分析和計算。題目的數量適當，不以多取勝。也希望學生做題時不要貪多，而要求精，要真正把做過的每一道題從概念原理上搞清楚，並且用儘可能簡潔明確的語言、公式、圖像表示出來，需知，對一個科技工作者來說，正確地書面表達自己的思維過程與成果也是一項重要的基本功。
本書在保留經典物理精髓的基礎上，特別注意加強了現代物理前沿知識和思想的介紹。本書內容取材在注重科學性和系統性的同時，還注重密切聯繫實際，選用了大量現代科技與我國古代文明的資料，力求達到經典與現代，理論與實際的完美結合。
本書在量子物理篇中專門介紹了近代（主要是20世紀30年代）物理知識，並在其他各篇適當介紹了物理學的最新發展，同時為了在大學生中普及物理學前沿知識以擴大其物理學背景，在“今日物理趣聞”專欄中，分別介紹了“基本粒子”、“混沌--決定論的混亂”、“大爆炸和宇宙膨脹”、“能源與環境”、“電漿”、“超導電性”、“雷射套用二例”、“新奇的納米技術”等專題。這些都是現代物理學以及公眾非常關心的題目。本書所介紹的趣聞有的已伸展到最近幾年的發現，這些“趣聞”很受學生的歡迎，他們拿到新書後往往先閱讀這些內容。
物理學很多理論都直接聯繫著當代科技乃至人們的日常生活。教材中列舉大量實例，既能提高學生的學習興趣，又有助於對物理概念和定律的深刻理解以及創造性思維的啟迪。本書在例題、思考題和習題部分引用了大量的實例，特別是反映現代物理研究成果和套用的實例，如全球定位系統、光碟、宇宙探測、天體運行、雷達測速、立體電影等。同時還大量引用了我國從古到今技術上以及生活上的有關資料，例如古籍《宋紀要》關於“客星”出沒的記載，北京天文台天線陣，長征火箭，神舟飛船，天壇祁年殿，黃果樹瀑布，阿迪力走鋼絲，本人抖空竹，1976年唐山地震，1988年特大洪災，等。這些例子體現了民族文化，可以增強學生對物理的“親切感”，而且有助於學生的民族自豪感和責任心的提升。
物理教學除了“授業”外，還有“育人”的任務。為此本書介紹了十幾位科學大師的事跡，簡要說明了他們的思想境界、治學態度、開創精神和學術成就，以之作為學生為人處事的借鑑。在此我還要介紹一下我和帕塞爾教授的一段交往。帕賽爾教授是哈佛大學教授，1952年因對核磁共振研究的成果榮獲諾貝爾物理獎。我於1977年看到他編寫的《電磁學》，深深地為他的新講法所折服。用他的書講述兩遍後，於1987年冒然寫信向他請教，沒想到很快就收到他的回信（見附圖）和贈送給我的教材（第二版）及習題解答。他這種熱心幫助一個素不相識的外國教授的行為使我非常感動。
帕塞爾《電磁學》（第二版）封面
本書作者與帕塞爾教授合影（1993年）
帕塞爾回信複印件
他在信中寫道“本書170-171頁關於L. Page的註解改正了第一版的一個令人遺憾的疏忽。1963年我寫該書時不知道Page那篇出色的文章，我並不認為我的講法是原創的--遠不是這樣--但當時我沒有時間查找早先的作者追溯該講法的歷史。現在既然你也喜歡這種講法，我希望你和我一道在適當時機宣揚Page的1912年的文章。”一位物理學大師對自己的成就持如此虛心、謙遜、實事求是的態度使我震撼。另外他對自己書中的疏漏（實際上有些是印刷錯誤）認真修改，這種嚴肅認真的態度和科學精神也深深地教育了我。帕塞爾這封信所顯示的作為一個科學家的優秀品德，對我以後的為人處事治學等方面都產生了很大影響，始終視之為楷模追隨仿效，而且對我教的每一屆學生都要展示帕塞爾的這一封信對他們進行教育，收到了很好的效果。
本書的撰寫和修訂得到了清華大學物理系老師的熱情幫助（包括經驗與批評），也採納了其他兄弟院校的教師和同學的建議和意見。此外也從國內外的著名物理教材中吸取了很多新的知識、好的講法和有價值的素材。這些教材主要有：新概念物理教程（趙凱華等）, Feyman Lectures on Physics, Berkeley Physics Course (Purcell E M, Reif F, et al.) , The Manchester Physics Series (Mandl F, et al.) , Physics (Chanian H C.) , Fundamentals of Physics (Resnick R) , Physics (Alonso M et al.）等。
對於所有給予本書幫助的老師和學生以及上述著名教材的作者，本人在此謹致以誠摯的謝意。清華大學出版社諸位編輯對第三版雜亂的原稿進行了認真的審閱和編輯，特在此一併致謝。
張三慧
2008年1月
於清華園
目錄
第3篇 電 磁 學第12章 靜電場3
12.1 電荷3
12.2 庫侖定律與疊加原理6
12.3 電場和電場強度8
12.4 靜止的點電荷的電場及其疊加10
12.5 電場線和電通量15
12.6 高斯定律17
12.7 利用高斯定律求靜電場的分布19
提要23
思考題24
習題25
第13章 電勢29
13.1 靜電場的保守性29
13.2 電勢差和電勢31
13.3 電勢疊加原理33
13.4 電勢梯度36
13.5 電荷在外電場中的靜電勢能38
13.6 電荷系的靜電能40
13.7 靜電場的能量42
提要44
思考題45
習題45
第14章 靜電場中的導體50
14.1 導體的靜電平衡條件50
14.2 靜電平衡的導體上的電荷分布51
14.3 有導體存在時靜電場的分析與計算53
14.4 靜電禁止55
14.5 唯一性定理56
提要58
思考題59
習題59
今 日物理趣聞H 大氣電學
H.1 晴天大氣電場63
H.2 雷暴的電荷和電場65
H.3 閃電67
第15章 靜電場中的電介質70
15.1 電介質對電場的影響70
15.2 電介質的極化71
15.3 D的高斯定律74
15.4 電容器和它的電容79
15.5 電容器的能量81
提要84
思考題84
習題85
第16章 恆定電流90
16.1 電流和電流密度90
16.2 恆定電流與恆定電場92
16.3 歐姆定律和電阻94
16.4 電動勢96
16.5 有電動勢的電路98
16.6 電容器的充電與放電100
16.7 電流的一種經典微觀圖像102
提要104
思考題105
習題106
第17章 磁場和它的源108
17.1 磁力與電荷的運動108
17.2 磁場與磁感應強度109
17.3 畢奧-薩伐爾定律112
17.4 勻速運動點電荷的磁場117
17.5 安培環路定理119
17.6 利用安培環路定理求磁場的分布121
17.7 與變化電場相聯繫的磁場124
17.8 電場和磁場的相對性和統一性127
提要128
思考題129
習題130
科學家介紹 麥克斯韋133
第18章 磁力136
18.1 帶電粒子在磁場中的運動136
18.2 霍爾效應138
18.3 載流導線在磁場中受的磁力140
18.4 載流線圈在均勻磁場中受的磁力矩142
18.5 平行載流導線間的相互作用力144
提要146
思考題147
習題148
今 日物理趣聞I 電漿
I.1 物質的第四態154
I.2 電漿電漿內的磁場磁場156
I.3 磁場磁場對電漿電漿的作用157
I.4 熱核反應熱核反應158
I.5 電漿電漿的約束160
I.6 冷聚變 cold fusion冷聚變162
第19章 磁場中的磁介質164
19.1 磁介質對磁場的影響164
19.2 原子的磁矩165
19.3 磁介質的磁化168
19.4 H的環路定理170
19.5 鐵磁質172
19.6 簡單磁路177
提要178
思考題179
習題180
第20章 電磁感應183
20.1 法拉第電磁感應定律183
20.2 動生電動勢185
20.3 感生電動勢和感生電場188
20.4 互感191
20.5 自感192
20.6 磁場的能量195
提要197
思考題197
習題198
科學家介紹 法拉第202
今 日物理趣聞J 超導電性
J.1 超導現象205
J.2 臨界磁場磁場206
J.3 超導體超導體導體中的電場和磁場磁場207
J.4 第二類 type II第二類超導體超導體導體208
J.5 BCS理論 BCS theoryBCS理論209
J.6 約瑟夫森效應 Josephson effect約瑟夫森效應210
J.7 超導在技術中的套用212
J.8 高溫超導 high temperature superconductivity高溫超導213
第21章 麥克斯韋方程組和電磁輻射215
21.1 麥克斯韋方程組215
21.2 加速電荷的電場218
21.3 加速電荷的磁場220
21.4 電磁波的能量223
21.5 同步輻射226
21.6 電磁波的動量227
21.7 A-B效應229
提要231
思考題231
習題232
數值表234
習題答案236
索引245
