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柴丽娜，涂海华 著

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出版社： 科学出版社

ISBN：9787030353436

版次：31

商品编码：12322251

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-03-01

页数：204

正文语种：中文

内容简介

　　本书是为适应普通高等院校非物理专业的大学物理实验课教学而编写的实验教材，精选了力学、热学、电磁学和光学等30个实验，并介绍了不确定度与数据处理的基本知识。书末还附有与实验有关的物理常数和参考材料，为了便于各院校使用，有的实验介绍了两种或两种以上实验方法及有关的实验仪器和设备。

现代电磁学基础：从麦克斯韦方程组到量子场论 图书简介 本书旨在为物理学、电子工程、材料科学及相关领域的学生和研究人员提供一个全面、深入且富有洞察力的现代电磁学知识体系。我们聚焦于电磁现象的本质、理论框架的建立与应用，并适度引入现代物理学的视角，使读者能够跨越经典电磁学的边界，理解电磁学在更广阔物理图景中的地位。 本书结构严谨，内容涵盖了从宏观现象的唯象描述到微观粒子相互作用的理论基础，力求在深度与广度之间取得最佳平衡。 --- 第一部分：静电场与静磁场的几何基础 本部分着重于建立描述静态场的基本数学工具和物理概念。 第一章：矢量分析与场论回顾 本章首先对读者进行必要的数学预备，包括矢量微积分、格林定理、斯托克斯定理的详细回顾，并引入场论中的核心算符：梯度（$ abla$）、散度（$ abla cdot$）和旋度（$ abla imes$）。我们着重讨论了场线、通量和环量在描述物理实在中的物理意义，而非单纯的数学操作。 第二章：静电场的描述与泊松方程 我们从库仑定律出发，系统地推导出静电场的叠加原理。随后，引入电势的概念，将矢量场问题转化为标量势问题。核心内容是静电场的两大基本方程：$ abla cdot mathbf{E} = ho / epsilon_0$ (高斯定律的微分形式) 和 $ abla imes mathbf{E} = 0$ (静电场是保守场)。本书详细解析了泊松方程和拉普拉斯方程的物理背景，并提供了使用分离变量法求解特定几何构型（如平面内、球坐标系下的带电体分布）的详细步骤，包括对边界条件处理的严格讨论。特别地，我们深入探讨了导体边界处的电荷密度分布与电场线垂直性之间的内在联系。 第三章：静磁场的麦克斯韦方程和安培定律 本章转向静态磁场。从毕奥-萨伐尔定律出发，建立电流元产生的磁场积分形式。随后，我们引入磁感应强度 $mathbf{B}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$ 之间的关系，重点讨论磁介质（顺磁、抗磁和铁磁材料）内部磁场的复杂性。静磁场的两大基本方程 $ abla cdot mathbf{B} = 0$ (磁场无源) 和 $ abla imes mathbf{B} = mu_0 mathbf{J}$ (安培定律) 被详细解析。我们强调了安培环路定理在对称性问题求解中的强大威力，并探讨了磁荷（尽管尚未被实验证实）在理论结构中的潜在地位。 第四章：矢量磁势与磁标势 为处理静磁场的复杂性，我们引入矢量磁势 $mathbf{A}$，将其定义为 $mathbf{B} = abla imes mathbf{A}$，从而自动满足 $ abla cdot mathbf{B} = 0$。本书详细讨论了规范选择的重要性，重点分析了最常用的洛伦兹规范和库仑规范对电磁势的影响。对于无电流区域，我们引入磁标势 $phi_m$，并探讨其与标量电势 $phi$ 在特定条件下的区别与联系。 --- 第二部分：时变场与麦克斯韦方程组的完备化 本部分是全书的核心，聚焦于电场和磁场的相互激发，以及电磁波的产生和传播。 第五章：法拉第电磁感应定律与动生电动势 本章从法拉第的实验观察出发，导出了时变磁场产生电场的规律：$ abla imes mathbf{E} = -frac{partial mathbf{B}}{partial t}$。我们深入分析了该方程的非保守性——即感应电动势的存在。本书详细区分了“动生电动势”（导体在非均匀磁场中运动）与“感生电动势”（磁场本身随时间变化）的物理机制，并通过严格的积分形式（法拉第定律）解释了变压器和发电机的基本原理。 第六章：麦克斯韦引入的位移电流与场方程的统一 本章是经典电磁学的里程碑。我们分析了安培定律在处理不连续电流（如充电电容器）时的内在矛盾，从而导出了麦克斯韦修正项——位移电流 $epsilon_0 frac{partial mathbf{E}}{partial t}$。通过这一修正，我们得以完整写出在真空中的麦克斯韦方程组，并证明了电荷守恒定律（连续性方程）在微分形式下的必然性。本书强调，正是位移电流的引入，才使得电磁场能够脱离源的束缚，以波的形式传播。 第七章：电磁场的能量、动量与边界条件 我们系统地推导了坡印亭定理（Poynting's Theorem），阐述了电磁场的能量密度 $u = frac{1}{2}(epsilon_0 E^2 + frac{1}{mu_0} B^2)$ 和能量流密度 $mathbf{S} = frac{1}{mu_0} (mathbf{E} imes mathbf{B})$ 的物理意义，这是连接宏观电磁学与能量守恒的桥梁。此外，本章严格推导了电磁场在理想界面上的八条边界条件，这些条件是分析波的反射、折射以及散射问题的基础。 第八章：电磁波的产生与平面波传播 从麦克斯韦方程组出发，推导出齐次方程（无源、无介质）的波动方程：$ abla^2 mathbf{E} - mu_0 epsilon_0 frac{partial^2 mathbf{E}}{partial t^2} = 0$。本书详细分析了平面波解的结构，包括其频率、波长、波数和相速度之间的关系，并明确了电场、磁场和传播方向之间的正交性（即横波特性）。我们随后讨论了在各向同性线性介质中的传播，引入了折射率和传播常数的概念，并对圆偏振波和椭圆偏振波的物理图像进行了细致的描绘。 --- 第三部分：电磁波的散射、辐射与应用 本部分将理论应用于更复杂的物理情景，关注电磁波与物质的相互作用。 第九章：波的反射与折射 基于第七章的边界条件和第八章的平面波解，本章集中分析电磁波在两种理想介质界面上的行为。我们推导出菲涅尔方程（Fresnel Equations），详细讨论了斯涅尔定律的推导，并对全内反射、布儒斯特角（偏振角）现象的物理条件和意义进行了深入探讨。 第十章：波导与谐振腔 当电磁波的传播受到几何约束时，其行为将发生显著变化。本章研究了在完美导体平板之间的平行板波导（TEM, TE, TM 模式）以及圆柱波导中的传播特性。我们详细分析了截止频率的概念，解释了波导如何实现单模传输。对于谐振腔，我们探讨了驻波模式的形成，以及腔体品质因数（Q值）的物理意义。 第十一章：电磁场的拉莫尔公式与辐射场 本章处理电磁波的辐射问题。我们从矢量磁势 $mathbf{A}$ 的时变解出发，引入了推迟势（Retarded Potentials）的概念，这是理解辐射现象时间延迟的关键。随后，我们推导出对任意加速电荷的辐射功率公式——拉莫尔公式，并分析了该公式在描述同步加速器辐射和偶极子辐射中的应用。 第十二章：电磁场与物质的相互作用：色散与吸收 本章将电磁学拓展到包含电子振子的实际介质。我们采用德拜模型或洛伦兹模型，推导出介质的复介电常数 $epsilon(omega)$ 和复磁导率 $mu(omega)$。书中详细分析了色散关系，解释了正常色散、反常色散（如在吸收线附近）的物理机制，并引入了吸收系数和深度，为理解光在材料中的传播提供了微观基础。 --- 第四部分：相对论性电磁学 本书的收官部分将电磁学置于狭义相对论的框架内，揭示电场与磁场的内在联系。 第十三章：洛伦兹变换与电磁场 本章的核心在于展示电场和磁场并非独立的物理实体，而是同一四维张量——电磁场张量 $F^{mu u}$ 在不同惯性系下的不同分量。我们通过洛伦兹变换对方程组进行重构，严格证明了麦克斯韦方程组在洛伦兹变换下形式不变性（协变性）。本书特别强调了磁场是电场在特定参考系下的“相对论性修正”这一深刻物理图像。 第十四章：相对论性电荷的运动与磁单极子的理论探索 我们利用相对论动量和能量的观念，推导了带电粒子在电磁场中运动的洛伦兹力方程的协变形式。最后，我们简要讨论了电磁场张量中对偶张量 $ ilde{F}^{mu u}$ 的引入，以及磁单极子（如果存在）将如何修改完整的麦克斯韦方程组，从而为读者展望前沿物理的研究方向。 --- 本书特色： 1. 严格的推导与物理图像的结合： 每一步数学推导都紧密结合其物理意义，避免了纯粹的公式堆砌。 2. 侧重于场论而非势论： 虽然势在计算中非常有用，但本书始终强调电场 $mathbf{E}$ 和磁场 $mathbf{B}$ 才是描述物理实在的基本量。 3. 现代性视角： 适度引入相对论和量子场论的初步概念，帮助读者建立起从经典到现代物理的认知连续性。 4. 清晰的数学要求： 假定读者具备扎实的矢量分析基础，但对复杂积分方程和边界条件的处理给出详尽的步骤指导。

评分☆☆☆☆☆

这本《大学物理实验》的书写风格非常独特，和其他的物理实验书相比，它更像是科普读物，但同时又保持了严谨的学术性。我一开始还担心这种风格会不会过于口语化，影响内容的深度，但读完后完全打消了我的疑虑。作者在讲解实验原理时，会用一些非常形象的比喻，让那些抽象的概念变得容易理解。比如在讲解力的合成与分解时，用了“一个人在拉车”的例子，一下子就把矢量叠加的概念具象化了。而且，书中对每一个实验的误差分析都做得非常到位，不仅仅是简单地列出几种误差类型，还会深入分析每种误差的来源，以及如何尽量减小它们的影响。我特别喜欢书中关于“测量不确定度”的讲解，这一点很多教材都一带而过，但这本书却用了很大篇幅来解释，还提供了很多实际的计算案例。这对于我这种对实验数据分析不太敏感的学生来说，简直是福音。另外，书中还穿插了一些关于实验安全的小贴士，虽然看似不起眼，但在实际操作中却非常重要。总的来说，这是一本既能教你知识，又能培养你科学素养的书。

评分☆☆☆☆☆

我对这本《大学物理实验》的评价可以用“惊喜连连”来形容。我原本以为大学物理实验就是死记硬背各种公式和操作步骤，但这本书彻底颠覆了我的认知。它不是那种硬邦邦的教科书，而更像是一本引人入胜的指南，带领我一步步探索物理世界的奥秘。作者在讲解每个实验时，都非常有条理，先是提出一个引人入胜的问题，然后解释相关的物理原理，接着详细介绍实验器材和操作步骤，最后对实验结果进行分析和讨论。我尤其欣赏书中对实验设计的思路讲解，它不仅仅是告诉你“怎么做”，更重要的是让你理解“为什么这么做”，培养你独立思考和解决问题的能力。例如，在关于“动量守恒定律”的实验章节，书中详细分析了如何选择合适的实验装置，以及如何处理空气阻力等干扰因素，这让我觉得做实验不再是碰运气，而是可以通过科学的方法来提高准确性的。书中还提供了一些趣味性的拓展实验，让我在完成基本要求的同时，也能体会到物理学的乐趣和创造性。这本书真的让我对物理实验产生了浓厚的兴趣，也让我对科学研究充满了向往。

评分☆☆☆☆☆

这本《大学物理实验》真的给我打开了新世界的大门！我一直以为物理实验只是枯燥地操作仪器、记录数据，没想到它能这么有趣。书中每一个实验的引入都充满了故事性，不像我之前看的那些教材，上来就是一堆公式和定义，让人望而却步。这本书的作者似乎很了解我们这些初学者的心理，从生活中的现象出发，引导我们思考“为什么会这样？”，然后才慢慢地将我们带入到具体的实验设计中。最让我惊喜的是，书中对于实验现象的解读非常透彻，不仅仅是告诉我们“结果是什么”，更重要的是解释了“为什么会是这样”。很多时候，我们做完实验，看到结果和理论不符，就会很沮丧，这本书就很有耐心地分析了可能的原因，比如仪器误差、操作不当等等，这让我感觉不是在单纯地学习知识，而是在学习一种解决问题的思维方式。而且，书中还穿插了很多历史故事和科学家的轶事，让我在学习物理的同时，也感受到了科学探索的魅力。我特别喜欢其中关于光学实验的那部分，本来觉得激光衍射这些概念很抽象，但书中用了很多生动的比喻和图示，我一下子就理解了。读这本书，感觉就像是在和一位经验丰富的老师在交流，他既有深厚的学识，又懂得如何激发学生的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

我之前做大学物理实验的时候，总是觉得云里雾里，不知道为什么要这么做，也不知道实验结果有什么意义。拿到这本《大学物理实验》，情况有了很大的改变。这本书的结构安排非常合理，每一个实验都从一个有趣的问题或者现象入手，激发你的好奇心，然后再循序渐进地讲解实验原理、步骤和注意事项。作者似乎很擅长“讲故事”，能把枯燥的物理概念讲得活灵活现。例如，在介绍牛顿运动定律的实验时，它不仅仅是教你如何测量加速度，还会讲到伽利略是如何通过观察斜面滚球的实验来推翻亚里士多德的观点的。这种历史的厚重感和科学的探索精神，让我觉得做实验不再是机械的重复，而是一种充满智慧的挑战。而且，书中对每个实验的预习和总结都做得非常细致，预习部分会引导你思考实验的重点和难点，总结部分则会帮助你回顾实验过程，巩固学习成果。我还发现，书中提供的很多插图和图表都设计得非常精美，信息量大，而且易于理解，这对于我这种视觉型学习者来说，帮助太大了。

评分☆☆☆☆☆

我当初拿到这本《大学物理实验》的时候，其实是抱着一种“例行公事”的心态，毕竟大学物理实验课是必修的，总得找本教材来应付。但读着读着，我发现这本书和我之前接触过的任何一本实验教材都不同。它没有那种一本正经、高高在上的语气，反而像是朋友在娓娓道来。比如在讲解示波器的使用时，作者并没有直接罗列一堆技术参数，而是先描述了一个科学家如何利用示波器观察到某种奇妙现象的场景，然后才一点点地教我们如何操作，每一步都考虑得很周全，生怕我们跟不上。我印象最深的是其中一个关于电磁感应的实验，书里详细地解释了为什么线圈的转速会影响感应电动势的大小，并且还举例说明了发电机是如何利用这个原理工作的。这种将抽象理论与实际应用紧密结合的方式，让我觉得物理不再是实验室里孤芳自赏的学问，而是可以改变世界的强大力量。书中还提供了很多拓展性的思考题，鼓励我们去探索实验的更多可能性，而不是仅仅完成老师布置的任务。对我来说，这本书不仅仅是本教材，更像是一扇窗户，让我看到了物理实验的无限可能。