《电动力学导论（翻译版·原书第4版）》 - [美]大卫·J. 格里菲斯[David J. Griffit - 机械工业出版社 - 香港大書城

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『簡體書』电动力学导论（翻译版·原书第4版）

書城自編碼： 4110196
分類：簡體書→大陸圖書→教材→研究生/本科/专科教材
作者： [美]大卫·J. 格里菲斯[David J. Griffit
國際書號(ISBN)： 9787111778103
出版社：机械工业出版社
出版日期： 2024-12-01

頁數/字數： /
書度/開本： 16开釘裝：平装

售價：HK$ 184.8

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編輯推薦：

本书遵循教指委相关指导文件和高等院校学生学习规律编写而成。践行四新理念，融入思政元素，注重理论与实践相结合。

內容簡介：

本书是一本立足本科生水平的电动力学教材，主要阐述电磁场理论，分析各个实验定律，从中总结出电磁场的普遍规律，建立麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式，讨论恒定电磁场问题，说明一些恒定场的基本性质和求解电场、磁场问题的一些基本方法，讨论电磁波的传播与辐射，介绍一般情况下势的概念和辐射电磁场的计算方法，最后将电动力学的参考系引入相对论时空观，导出电磁场量在不同参考系间的变换，并且说明相对论力学的基本概念。本书注重把现代物理前沿引入教学，把电动力学问题扩展到多个前沿的研究领域，如固体物理、天体物理、核物理、计算物理等。本书涵盖我国高校物理学专业电动力学课程的基本内容，可作为高等学校物理学相关专业低年级学生学习电动力学课程的教材或参考书，也可作为电子、材料、通信等专业高年级学生的教学参考书。
This is a Simplified Chinese Translation of the following title published by Cambridge University Press: Introduction to Electrodynamics， Fourth edition， 9781108420419 . Cambridge University Press 2017 This Simplified Chinese Translation for the People’s Republic of China (excluding Hong Kong， Macau and Taiwan) is published by arrangement with the Press Syndicate of the University of Cambridge， Cambridge， United Kingdom. . China Machine Press 2025 This Simplified Chinese Translation is authorized for sale in the People’s Republic of China (excluding Hong Kong， Macau and Taiwan) only. Unauthorized export of this Simplified Chinese Translation is a violation of the Copyright Act. No part of this publication may be reproduced or distributed by any means， or stored in a database or retrieval system， without the prior written permission of Cambridge University Press and China Machine Press. Copies of this book sold without a Cambridge University Press sticker on the cover are unauthorized and illegal.
本书封面贴有 Cambridge University Press 防伪标签，无标签者不得销售。
北京市版权局著作权合同登记图字：01-2019-7255 号。

目录
译者序
作者序
关于本书
第 1 章矢量分析 1
1.1 矢量代数 1
1.1.1 矢量运算 1
1.1.2 矢量代数：分量形式 4
1.1.3 混合积 6
1.1.4 位置、位移与间隔矢量 8
1.1.5 矢量如何变换 9
1.2 微分运算 12
1.2.1 “常”微分 12
1.2.2 梯度 12
1.2.3 算符 14
1.2.4 散度 15
1.2.5 旋度 16
1.2.6 乘积定则 17
1.2.7 二阶导数 19
1.3 积分运算 21
1.3.1 线、面和体积分 21
1.3.2 积分基本定理 25
1.3.3 梯度基本定理 26
1.3.4 散度基本定理 28
1.3.5 旋度基本定理 30
1.3.6 分部积分 32
1.4 曲线坐标系 33
1.4.1 球坐标系 33
1.4.2 柱坐标系 37
1.5 狄拉克 δ 函数 39
1.5.1 .r/r2 的散度 39
1.5.2 一维狄拉克 δ 函数 40
1.5.3 三维 δ 函数 43
1.6 矢量场理论 45
1.6.1 亥姆霍兹定理 45
1.6.2 势函数 46
第 1 章补充习题 47
第 2 章静电学 51
2.1 电场 51
2.1.1 引言 51
2.1.2 库仑定律 52
2.1.3 电场 52
2.1.4 连续电荷分布 54
2.2 静电场的散度和旋度 57
2.2.1 场线、通量和高斯定理 57
2.2.2 E 的散度 61
2.2.3 高斯定理的应用 61
2.2.4 E 的旋度 66
2.3 电势 67
2.3.1 引言 67
2.3.2 有关势的评注 68
2.3.3 泊松方程和拉普拉斯方程 71
2.3.4 局域电荷分布的势 72
2.3.5 边界条件 75
2.4 静电学中的功和能 77
2.4.1 移动电荷所需做的功 77
2.4.2 点电荷分布的能量 78
2.4.3 连续电荷分布的能量 80
2.4.4 关于静电场能量的评注 82
2.5 导体 83
2.5.1 基本性质 83
2.5.2 感生电荷 85
2.5.3 表面电荷和导体受力 87
2.5.4 电容 89
第 2 章补充习题 91
第 3 章势 95
3.1 拉普拉斯方程 95
3.1.1 引言 95
3.1.2 一维拉普拉斯方程 96
3.1.3 二维拉普拉斯方程 97
3.1.4 三维拉普拉斯方程 98
3.1.5 边界条件和唯一性定理 100
3.1.6 导体和第二唯一性定理 102
3.2 镜像法 104
3.2.1 典型镜像问题 104
3.2.2 表面感应电荷 105
3.2.3 力和能 106
3.2.4 其他镜像问题 107
3.3 分离变量法 109
3.3.1 直角坐标系 110
3.3.2 球坐标系 118
3.4 多极矩展开 125
3.4.1 远距离近似电势 125
3.4.2 单极项和偶极项 128
3.4.3 多极展开中的坐标原点 130
3.4.4 偶极子的电场 131
第 3 章补充习题 133
第 4 章介质中的电场 139
4.1 极化 139
4.1.1 电介质 139
4.1.2 诱导偶极子 139
4.1.3 极性分子的排列 142
4.1.4 极化 144
4.2 极化物体的场 144
4.2.1 束缚电荷 144
4.2.2 束缚电荷的物理诠释 147
4.2.3 电介质内部的场 150
4.3 电位移 151
4.3.1 有电介质时的高斯定理 151
4.3.2 误导性的类比 154
4.3.3 边界条件 155
4.4 线性电介质 155
4.4.1 电极化率、介电常数和相对介电常数 155
4.4.2 线性电介质的边界值问题 161
4.4.3 介电系统的能量 164
4.4.4 电介质上的力 169
第 4 章补充习题 171
第 5 章静磁学 177
5.1 洛伦兹力定律 177
5.1.1 磁场 177
5.1.2 磁力 179
5.1.3 电流 182
5.2 毕奥-萨伐尔定律 188
5.2.1 稳恒电流 188
5.2.2 稳恒电流的磁场 189
5.3 直线电流 B 的散度和旋度 193
5.3.1 直线电流 193
5.3.2 B 的散度和旋度 195
5.3.3 安培定律 197
5.3.4 静磁学与静电学的比较 203
5.4 磁矢势 205
5.4.1 矢势 205
5.4.2 边界条件 210
5.4.3 矢势的多极展开 212
第 5 章补充习题 215
第 6 章介质中的磁场 223
6.1 磁化 223
6.1.1 抗磁体、顺磁体和铁磁体 223
6.1.2 磁偶极矩上的力和力矩 223
6.1.3 磁场对原子轨道的影响 227
6.1.4 磁化强度 229
6.2 磁化介质的场 229
6.2.1 束缚电流 229
6.2.2 束缚电流的物理诠释 232
6.2.3 介质内的磁场 234
6.3 辅助场 H 234
6.3.1 磁介质中的安培定律 234
6.3.2 误导性的类比 237
6.3.3 边界条件 238
6.4 线性和非线性介质 238
6.4.1 磁化率与磁导率 238
6.4.2 铁磁性 241
第 6 章补充习题 245
第 7 章电动力学 249
7.1 欧姆定律电动势 249
7.1.1 欧姆定律 249
7.1.2 电动势 254
7.1.3 动生电动势 256
7.2 电磁感应 262
7.2.1 法拉第定律 262
7.2.2 感生电场 266
7.2.3 电感 270
7.2.4 磁场的能量 275
7.3 麦克斯韦方程组 279
7.3.1 麦克斯韦之前的电动力学 279
7.3.2 麦克斯韦如何修正安培定律 280
7.3.3 麦克斯韦方程组 283
7.3.4 磁荷 284
7.3.5 介质中的麦克斯韦方程组 285
7.3.6 边界条件 287
第 7 章补充习题 290
第 8 章守恒律 299
8.1 电荷和能量 299
8.1.1 连续性方程 299
8.1.2 坡印亭定理 300
8.2 动量 303
8.2.1 电动力学中的牛顿第三定律 303
8.2.2 麦克斯韦应力张量 304
8.2.3 动量守恒 308
8.2.4 角动量 311
8.3 磁场力不做功 313
第 8 章补充习题 317
第 9 章电磁波 321
9.1 一维波 321
9.1.1 波动方程 321
9.1.2 正弦波 324
9.1.3 边界条件：反射与透射 326
9.1.4 偏振 329
9.2 真空中的电磁波 331
9.2.1 E 与 B 的波动方程 331
9.2.2 单色平面波 332
9.2.3 电磁波的能量与动量 335
9.3 物质中的电磁波 337
9.3.1 线性介质中的传播 337
9.3.2 垂直入射时的反射与透射 338
9.3.3 斜入射时的反射与透射 341
9.4 吸收与色散 346
9.4.1 导体中的电磁波 346
9.4.2 导体表面的反射 349
9.4.3 介电常数对频率的依赖 351
9.5 导波 357
9.5.1 波导 357
9.5.2 矩形波导中的 TM 波 359
9.5.3 共轴传输线 362
第 9 章补充习题 363
第 10 章势与场 367
10.1 势表述 367
10.1.1 标势与矢势 367
10.1.2 规范变换 369
10.1.3 库仑规范与洛伦茨规范 371
10.1.4 势形式的洛伦兹力定律 372
10.2 连续分布 374
10.2.1 推迟势 374
10.2.2 Jefimenko’s 方程 378
10.3 点电荷 380
10.3.1 李纳-维谢尔势 380
10.3.2 运动点电荷的场 385
第 10 章补充习题 390
第 11 章辐射 393
11.1 偶极辐射 393
11.1.1 什么是辐射 393
11.1.2 电偶极子辐射 394
11.1.3 磁偶极子辐射 399
11.1.4 任意源的辐射 403
11.2 点电荷的辐射 407
11.2.1 点电荷的辐射功率 407
11.2.2 辐射反作用 411
11.2.3 相应于辐射反作用的机制 415
第 11 章补充习题 418
第 12 章电动力学与相对论 423
12.1 狭义相对论 423
12.1.1 爱因斯坦的假设 423
12.1.2 相对论几何学 428
12.1.3 洛伦兹变换 436
12.1.4 时空结构 442
12.2 相对论力学 448
12.2.1 固有时和固有速度 448
12.2.2 相对论能量和动量 451
12.2.3 相对论运动学 452
12.2.4 相对论动力学 456
12.3 相对论电动力学 462
12.3.1 相对论中的磁现象 462
12.3.2 场如何变换 464
12.3.3 场张量 472
12.3.4 张量形式的电动力学 475
12.3.5 相对论势 478
第 12 章补充习题 480
附录 483
附录 A 曲线坐标系中的矢量微积分 485
A.1 引言 485
A.2 标记法 485
A.3 梯度 485
A.4 散度 486
A.5 旋度 489
A.6 拉普拉斯算子 491
附录 B 亥姆霍兹定理 493
附录 C 单位制 497
索引 501

內容試閱：

关于本书了一系列越来越雄心勃勃（和推测性）的统一场方案，从 20 世纪 60 年代的格拉肖、温伯格和萨拉姆弱电统一（electroweak）理论（将弱力和电磁力结合起来）开始，到 20 世纪 80 年代的超弦（superstring）理论（据其支持者称，该理论将所有四种力整合到一个 “万物理论” 中）达到顶峰。在这些方案的每一步，数学难度都在增加，理论猜想和实验验证之间的差距也在扩大。然而，毫无疑问，电动力学引发的力的统一的愿景已经成为物理学发展进步的主旋律。电动力学的场表述电磁学理论希望解决的基本问题是：我在某. 处. 举着一些电荷（也许可以摇晃它们），那么在另. 外. 地方上的一. 些. 电荷会发生什么？经典解采用场论（field theory）的形式：我们说电荷周围的空间充满了电场和磁场（可以说是电荷的电磁 “气味”）。在这些场存在的情况下，另一个电荷会受到一个力；电场将此影响从一个电荷传递到另一个电荷——场是相互作用的 “媒介”。当一个电荷加. 速. 运动时，从某种意义上说，场的一部分会自行 “分离”，并以光速传播，携带有能量、动量和角动量，我们称之为电磁辐射（electromagnetic radiation）。它的存在使我们（如果不是强. 迫. 的话）把场自身看作独立存在的实体，像原子和棒球一样 “真实”。因此，我们的兴趣从研究电荷之间的力转向到场本身的理论。但是产. 生. 电磁场需要电荷，探. 测. 电磁场也需要电荷，所以我们最好从研究电荷的基本性质开始。电荷1. 电. 荷. 有. “正. ” 和. “负. ” 两. 种. 类. 型. ，由于它们的影响相互抵. 消. （如果 q 和 .q 都在某点同一位置，这与该点不存在电荷完全一样）。这似乎显而易见，不值一提。但是我鼓励你们考虑其他的可能性：如果有 8 种或 10 种不同种类的电荷，又会如何呢？（事实上，在色动力学中，与电荷类似的物理量有三. 种. ，每一种又分别有正负之分。）或者两类电荷不倾向于相互抵消，又会如何？一个非同寻常的事实是，在块状物体中，正负电荷以惊人的精度表现为数量上完. 全. 相等，因此，它们的影响几乎完全被抵消了。若非如此，我们将会受到巨大的力的作用：如果一个土豆中正负电荷仅有 1/1010 没有被相互抵消，它就会发生剧烈的爆炸。 2. 电. 荷. 守. 恒. ：电荷不能被产生也不能被消灭——一旦存在将永远存在。(一个正电荷可以 “湮灭” 掉一个等量的负电荷，但正电荷不能简单地自行消失——一定有什么东西会吸收这种电荷。) 所以宇宙中的总电荷量是不变的。这称为全（global）电荷守恒。实际上，我们可以表述地更强烈一些：全电荷守恒允许一个电荷在纽约消失而同时在旧金山出现（这不会影响总. 电荷），但我们知道这是不会发生的。如果这个电荷是在纽约并跑到旧金山，则它必须沿着某条连续的路径，这称为局域电荷守恒。后面我们将会看到如何给出一个精确的数学定律去表示局域电荷守恒——它称为连续性方程（continuity equation）。 3. 电. 荷. 的. 量. 子. 化. 。尽管在经典电动力学中没有任何要求电荷必须是量子化的，事. 实. 上. IX 电动力学导论电荷仅以分立量的形式出现——电荷基本单位的整数倍。如果我们让质子的电量为 e，则电子的电量为 .e，中子的为零，π 介子的为 e， 0，.e，碳原子核的为 6e，等等（绝不会是 7.392e，或 12e）1。这个电荷基本单位非常之小，所以出于实际的目的，通常完全忽略电荷的量子化是合适的。水，确实也由分立量（分子）组成，但是，如果我们是处理大量的水就可以把它作为连续的流体。这事实上非常接近麦克斯韦本人的观点；他对电子和质子一无所知——他一定把电荷想象成一种 “果冻”，可以分成任何大小的部分，随意涂抹。单位制电动力学的研究常被使用不同的单位制所困扰，这有时候会使物理学家难以交流。这个问题比在力学中更严重，尼安德特人仍然在使用磅和英尺；在力学中，除了单位制的不同，至少所有的方程看. 起. 来. 都是一样的。不管单位制是英尺-磅-秒，还是千克-米-秒，或者任何其他单位制，牛顿第二定律仍是 F = ma。但是，在电动力学中情况就不是如此了，库仑定律可能的形式为 q1q2 2 . （高斯制），或者 1 4πε0 q1q2 2 . （国际单位制），或者 1 4π q1q2 2 . （HL 制）最常用的两个单位制是高斯制（cgs）和国际单位制（mks）。基本粒子工作者喜欢用第三种单位制：赫维塞德-洛伦兹单位（HL）制。尽管高斯制具有简洁的理论优点，大多数教授本科生的教师更喜欢国际单位制（SI），因为它包含了所熟悉的日常生活单位（伏特、安培、瓦特）。因此，本书将使用国际单位制。附录 C 提供了把主要结果转化为高斯制的表格。 1 实际上，质子和中子是由三个夸克组成的，夸克带有分数电荷（±23 e 和 ±13 e）。不过在自然界不存在自由夸克，无论如何，这都不会改变电荷被量子化的事实；它只是减小了电荷的基本单位的电量大小。

译者序本书译自大卫·J. 格里菲斯教授所著《电动力学导论》（第 4 版）。格里菲斯教授是美国著名物理教育学家，他善于以风趣而睿智的风格结合实际问题讲述知识要点，曾编写了多部优秀的本科生教材。这些教材被许多美国著名高校以及其他国家的高校所使用。格里菲斯教授所著《电动力学导论》以清晰易懂的方式介绍了经典电动力学的基本理论，其基本内容十分契合我国高校本科物理学专业电动力学课程的教学要求，非常适合作为我国高校物理学及相关专业的电动力学课程的教材。《电动力学导论》（第 4 版）的英文注释版已在我国发行，深受广大读者的欢迎，许多读者希望见到中译本，应读者的要求，机械工业出版社在第 3 版中译本的基础上再次组织了翻译书版。电动力学是介绍电磁场基本规律的理论课程，不仅是大学本科物理学及相关专业的一门核心课程，也是电子类工科各专业的基础课程，在通信、微电子、超导、电工等许多领域有具体实际的应用。因此，适当引进翻译适合我国本科教学的国外著名教材对促进我国本科教学的现代化和新工科的建设是十分必要的。格里菲斯教授所著《电动力学导论》有如下特点：（1）立足于 “电磁理论的入门水平”，不仅包含了电动力学主要的内容，而且融合了物理学专业 “电磁学” 课程的部分基础内容，使读者对电磁场理论的发展由来有更清晰的把握。本书强调对实验基础和基本概念的理解，而不是把物理概念湮灭在复杂的数学公式推导之中；作者在叙述上采用对话式的语言，叙述简明，文笔流畅，十分有利于初学者自学。（2）作者不仅仅局限于基本内容的讲授，如同他的另一部著作《量子力学概论》一样，精选了很多具体实际问题，通过这些问题的讨论让读者从中真正体会到电动力学的精髓，掌握电动力学的基本概念和基本理论。比如作者对磁力不做功、电磁场动量等的解释，以及通过大量例题对泊松方程、镜像法求解方法的讲述都独具特色，这样的处理能够引导学生迅速地 “入门上手”。（3）作者精选了大量有启发性的习题来训练学生，这些习题源自目前研究领域前沿的一些新进展和新发现，体现了教材的现代性。特别是通过把一些新的电动力学的内容在习题中加以体现，使得本书在充分考虑了电动力学内容现代化的同时，也保证了电动力学的主线更加清晰，同时前后内容的连接更加密切。这不仅可以培养学生独立思考和独立解决问题的能力，而且能更好地培养学生的创新思维。此外，作者在习题选择上特别下功夫。习题分为基本和深入两个层次，可供不同目的和基础的学生选择，有利于学生的学习。电动力学导论尽管目前我国已经出版有不少优秀的电动力学教材，也有一些翻译的国外优秀名著，但是译者认为，格里菲斯教授《电动力学导论》的翻译出版还是十分有益的，它可以开阔我们的眼界，从风格各异的教材中取长补短，深化我们对电动力学课程学习及教学的改进。本书的 1 ～ 6 章由郑州大学贾瑜教授翻译，7 ～ 12 章由中国科学技术大学张鹏飞教授翻译。附录、索引等由贾瑜翻译整理。在翻译过程中，对书中的物理学名词术语按照 2019 年出版的《物理学名词》译出，对我国读者熟悉的科学家人名直接给出中译名，对某些不常见的外国人名采取音译并给出英文名。作者给出了很多有教益的脚注，为了使读者能够方便地查阅脚注所给出的参考文献，脚注中的人名、期刊名称和出版社名称不做翻译。由于时间非常紧，加之译者水平有限，不妥或错误之处，敬请广大读者批评指正，以便重印时改正。本书从翻译策划到最后完稿，机械工业出版社张金奎编审给予了很大的帮助和支持。在翻译成稿过程中，贾瑜得到了郑州大学物理工程学院陈刚教授、王杰芳教授、胡行教授、孙强教授以及河南大学纳米科学与材料工程学院杜祖亮教授多次给予的帮助和指导；张鹏飞得到了中国科学技术大学多位老师的帮助。在此，对他们表示感谢！译者 2024 年 11 月

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