伯克利物理学教程

50年来，EdwardM.Purcell的经典教科书向学生们展示了电场和磁场的世界。第3版又做了更新，统一使用国际标准单位（SIunits），新增了数以百计的新实验、新问题、新数据，另外一个特点就是增加了物理在实际生活中应用的内容。这本教科书涵盖了所有的电磁场方面的知识点，包括静电学、磁场、电流、电磁波，以及物质中的电磁场，等等。用现代的方法来看，磁场的产生是相对论作用的结果。随着物理知识的深入，引入了数学概念和公式，这使得物理的阐述过程更加清晰。讲述的宏观物理现象由基础的微观物理严格导出。有用的例子、几百个图解说明、将近600道章后思考题和习题，使得这本书成为电磁学课程的理想教材。教师们可以在www.cambridge.org/Purcell-Morin上找到“练习”对应的答案。

Edward M. Purcell, 分别在其科研成果、教育以及市民工作方面被授予了很多奖励。1952年， 他因为发现了液体和固体的核磁共振现象而获得诺贝尔物理学奖， 通过核磁共振， 可以简单、精准地确定有多种用途的基础材料的化学结构， 包括磁共振成像的材料 （ＭＲＩ）。在他的事业生涯中， 曾经分别做过艾森豪威尔总统、肯尼迪总统以及约翰逊总统的技术顾问。 David J. Morin, 哈佛大学物理系的讲师， 大学生研究会的副董事。他也是教科书《经典力学导论》（剑桥大学出版社，2008）的作者。

中译本再版前言

“伯克利物理学教程” 序

“伯克利物理学教程” 原序（一）

“伯克利物理学教程” 原序（二）

第３ 版前言

第２ 版前言

第１ 版前言

第１ 章　静电学： 电荷与电场 １

　１１　电荷 １

　１. ２　电荷守恒定律 ３

　１. ３　电荷的量子性 ４

　１. ４　库仑定律 ６

　１. ５　电荷系统的能量 １０

　１. ６　晶格中的电能 １３

　１. ７　电场 １５

　１. ８　电荷分布 １８

　１. ９　通量 ２０

　１. １０　高斯定理 ２２

　１. １１　球形对称分布电荷的电场 ２５

　１. １２　线电荷的电场 ２７

　１. １３　无限大带电平面的电场 ２８

　１. １４　电荷层的受力 ３０

　１. １５　电场的能量 ３２

　１. １６　应用 ３５

　本章总结 ３７

　习题 ３７

　练习 ４３

第２ 章　电势 ５２

　２. １　电场的线积分 ５２

　２. ２　电势差和电势函数 ５４

　２. ３　标量函数的梯度 ５７

　２. ４　从电势推导出电场 ５８

　２. ５　分布电荷的势能 ５９

２. ６　均匀带电圆盘 ６１

　２. ７　偶极子 ６５

　２. ８　矢量函数的散度 ７０

　２. ９　高斯定理和高斯定理的微分

形式 ７２

　２. １０　笛卡儿坐标系中的散度 ７４

　２. １１　拉普拉斯算符 ７７

　２. １２　拉普拉斯方程 ７９

　２. １３　物理和数学的差别 ８０

　２. １４　矢量函数的旋度５ ８１

　２. １５　斯托克斯定理 ８４

　２. １６　笛卡儿坐标系中的旋度 ８５

　２. １７　旋度的物理意义 ８７

　２. １８　应用 ９２

　本章总结 ９４

　习题 ９５

　练习 １０１

第３ 章　导体的电场 １０９

　３. １　导体和绝缘体 １０９

　３. ２　静电场中的导体 １１０

　３. ３　静电场中的普遍问题和唯一性

定理 １１６

　３. ４　镜像电荷 １２０

　３. ５　电容和电容器 １２５

　３. ６　几种导体上的电势和电荷 １２９

　３. ７　电容器的储能 １３２

　３. ８　对于边值问题的几种其他

观点 １３４

　３. ９　应用 １３５

　本章总结 １３６

　习题 １３７

　练习 １４３

第４ 章　电流 １５４

　４. １　电流和电流密度 １５４

　４. ２　稳恒电流和电荷守恒 １５６

　４. ３　电导率和欧姆定律 １５８

　４. ４　电导的物理意义 １６４

　４. ５　金属的电导 １７１

　４. ６　半导体 １７３

　４. ７　电路和电路元件 １７７

　４. ８　电流的能量损耗 １８１

　４. ９　电动势和伏打电池 １８１

　４. １０　含有多个电压源的电路 １８５

　４. １１　阻容电路中的电流 １８８

　４. １２　应用 １９１

　本章总结 １９４

　习题 １９４

　练习 １９９

第５ 章　运动电荷的电场 ２０６

　５. １　从奥斯特到爱因斯坦 ２０６

　５. ２　磁力 ２０８

　５. ３　运动电荷的测量 ２１０

　５. ４　电荷不变性 ２１２

　５. ５　不同参考系下的电场测量 ２１５

　５. ６　匀速运动的点电荷的场 ２１９

　５. ７　变速运动的点电荷的场 ２２４

　５. ８　作用于运动电荷的力 ２２６

　５. ９　运动电荷之间的相互作用 ２３０

　本章总结 ２３８

　习题 ２３８

　练习 ２４０

第６ 章　磁场 ２４５

　６. １　磁场的定义 ２４５

　６. ２　磁场的一些性质 ２５３

　６. ３　矢势 ２５９

　６. ４　任意载流导线的磁场 ２６２

　６. ５　线圈的磁场 ２６５

　６. ６　载流薄平板的Ｂ 的变化 ２６９

　６. ７　场之间如何转化 ２７３

　６. ８　罗兰实验 ２８０

　６. ９　磁场中的电传导： 霍尔效应 ２８１

　６. １０　应用 ２８３

　本章总结 ２８７

习题 ２８８

　练习 ２９４

第７ 章　电磁感应 ３０３

　７. １　法拉第的发现 ３０３

　７. ２　均匀磁场中运动的导体棒 ３０６

　７. ３　非均匀磁场中运动的导线

回路 ３０８

　７. ４　场源移动情况下的静止回路 ３１５

　７. ５　电磁感应定律 ３１６

　７. ６　互感 ３２１

　７. ７　互易定理 ３２３

　７. ８　自感 ３２５

　７. ９　电路中的自感现象 ３２７

　７. １０　磁场中的储能 ３２９

　７. １１　应用 ３３０

　本章总结 ３３４

　习题 ３３４

　练习 ３３９

第８ 章　交变电路 ３４５

　８. １　谐振电路 ３４５

　８. ２　交流电 ３５０

　８. ３　复指数解 ３５７

　８. ４　交流电路 ３６０

　８. ５　导纳和阻抗 ３６２

　８. ６　交流电路的功率和能量 ３６９

　８. ７　应用 ３７２

　本章总结 ３７４

　习题 ３７４

　练习 ３７７

第９ 章　麦克斯韦方程组

和电磁波 ３８２

　９. １　缺少了什么 ３８２

　９. ２　位移电流 ３８５

　９. ３　麦克斯韦方程组 ３８７

　９. ４　电磁波 ３８９

　９. ５　其他波动形式； 波的叠加性 ３９１

　９. ６　电磁波传输的能量 ３９４

　９. ７　不同参考系下波的表现形式 ３９９

　９. ８　应用 ４００

本章总结 ４０２

　习题 ４０３

　练习 ４０５

第１０ 章　物质内部的电场 ４０９

　１０. １　电介质 ４０９

　１０. ２　电荷分布的矩 ４１３

　１０. ３　偶极子的电场和电势 ４１７

　１０. ４　外电场作用于偶极子的力矩

和力 ４１８

　１０. ５　原子和分子的偶极子； 感应

偶极矩 ４２０

　１０. ６　永久偶极矩 ４２３

　１０. ７　极化物质引起的电场 ４２５

　１０. ８　电容器的另一种解释 ４３０

　１０. ９　极化球体的电场 ４３３

　１０. １０　均匀场中的电介质球 ４３６

　１０. １１　电介质中电荷的电场， 高斯定律

４３７

　１０. １２　电介质的微观表征 ４４１

　１０. １３　变化场中的极化 ４４３

　１０. １４　束缚电荷的电流 ４４４

　１０. １５　电介质中的电磁波 ４４６

　１０. １６　应用 ４４８

　本章总结 ４４９

　习题 ４５０

　练习 ４５２

第１１ 章　物质中的磁场 ４５８

　１１. １　各种物质对磁场的响应 ４５８

　１１. ２　不存在磁“荷” ４６２

　１１. ３　电流回路的场 ４６４

　１１. ４　外场中偶极子受的力 ４６８

　１１. ５　原子中的电流 ４７２

　１１. ６　电子自旋和磁矩 ４７７

　１１. ７　磁化率 ４８０

　１１. ８　磁化物质引起的磁场 ４８１

　１１. ９　永磁体的磁场 ４８５

　１１. １０　自由电流和磁场强度Ｈ ４８８

１１. １１　铁磁性 ４９２

　１１. １２　应用 ４９７

　本章总结 ４９９

　习题 ５００

　练习 ５０１

第１２ 章　习题解答 ５０８

　１２. １　第１ 章 ５０８

　１２. ２　第２ 章 ５３０

　１２. ３　第３ 章 ５５１

　１２. ４　第４ 章 ５７０

　１２. ５　第５ 章 ５８４

　１２. ６　第６ 章 ５８８

　１２. ７　第７ 章 ６０８

　１２. ８　第８ 章 ６１９

　１２. ９　第９ 章 ６２９

　１２. １０　第１０ 章 ６３７

　１２. １１　第１１ 章 ６４５

附录Ａ　国际标准单位制（ＳＩ）

和高斯单位制的区别 ６５１

附录Ｂ　ＳＩ 单位制中的常用

物理量 ６５６

附录Ｃ　单位的转换 ６６０

附录Ｄ　ＳＩ 和高斯单位制中的

公式 ６６４

附录Ｅ　ＳＩ 和高斯单位之间的

准确关系 ６７３

附录Ｆ　曲线坐标系 ６７５

附录Ｇ　狭义相对论简介 ６８５

附录Ｈ　加速电荷辐

射出的场 ６９１

附录Ｉ　超导 ６９４

附录Ｊ　磁共振 ６９７

附录Ｋ　一些实用的公

式／ 事实 ７００