中国稀好农六轻达教材 十二五”国家重点图书出版规划项目 中国科学技术大学 交叉学科基础物理教程 主编侯建国副主编程辐臻 电磁学 叶邦角编著 ▣▣回 中国科学技术大学出版社
序■ 物理学从17世纪牛顿创立经典力学开始兴起，最初被称为自然哲 学，探索的是物质世界普遍而基本的规律，是自然科学的一门基础学科 19世纪未20世纪初，麦克斯韦创立电磁理论·爱因斯坦创立相对论，普 期克，波尔、海森堡等人创立量子力学，物理学取得了一系列重大进展， 在推动其他自然学科发展的同时，也极大地提升了人类利用自然的能 力。今天，物理学作为自然科学的基础学科之一，仍然在众多科学与工 程领域的突破中，在交又学科的前沿研究中发挥着重要的作用。 大学的物理课程不仅仅是物理知识的学习与掌握，更是提升学生科 学素养的一种基础圳练，有助于培养学生的逻辑思维和分析与解决问题 的能力，而且这种思维和能力的训练，对学生一生的影响也是潜移默化 的。中国科学技术大学始终坚持“基础宽厚实，专业精新活”的教育传统 和培养特色，一直以来都把物理和数学作为最重要的通识课程。非物理 专业的本科生在一二年级也要学习基础物理课程，注重在这种数理训练 过程中培养学生的逻辑思维，批判意识与科学精神，这也是我校通识教 育的主要内容 结合我校的教育教学改革实践，我们组织编写了这套“中国科学技 术大学交又学科基础物理教程”丛书，将其定位为非物理专业的本科生
电磁学 DIANCIXUE 物理教学用书，力求基本理论严谨、语言生动浅显，使老师好教、学生好 学。丛书的特点有：从学生见到的问题人手，引导出科学的思堆和实验， 再获得基本的规律，重在启发学生的兴规：注意各块知识的纵向贯通和 各门课程的横向联系，避免重复和建漏，同时与前沿研宽相结合，显示学 科的发展和开放性：注重培养学生提出新问题，建立横型、解决问题、作 合理近似的能力：尽量作好数学与物建的配合，物理上必需的数学内图 而数学书上难以安排的部分，则在物理书中子以考虑安排等 这套丛书的编者队伍汇集了中国科学我术大学一批老、中、青骨干 教师，其中既有经验丰富的国家教学名师，也有年富力强的教学骨干，西 山门·有活跃在教学一线的青年教师，他们把自己对物理载学的热爱、感悟和 心得都融入教材的字里行间。这套丛书从2010年9月立项启动，期间经 过编委会多次研讨，广泛征求意见和反复修改完首。在丛书陆续出版之 际，我谨向所有参与教材研讨和编写的同志，向所有关感和支持教材编 写工作的朋友表示衷心的感调 教材是学校实残教有理念，达到教学培养目标的基础，好的教材是 保证教学质量的第一环节，我们表心地希望，这套倾注了端者们的心血 和汗水的数材，能得到广大师生的喜爱，并让更多的学生受益 2014年1月于中国料学技术大学
前言■ 电磁学是一门实验科学，电磁学的规律经过人类几百年的实验研 究，才亚渐地形成了一个系统的科学规律体系。电磁学又是一门应用十 分广泛的科学，科学研究各个领域都或多或少地要用到电磁学基本理 论。很多在科研上有成就的人回顾大学普通物理，普遍认为电磁学是 门最接近科学研究和实际应用的课程，很多一线的科技工作者最常用到 的仍是电磁学中的基本原理，目前高等学校理工科涉及物理学与其他 学科交又的院系的普通物理的教学中，电磁学仍是基本的主干课程，尽 管授课内容和学时已经压缩了不少，但是作为交义科学领城的本科生， 通常会出现两种情况：一是不知道为什么要学可电磁学，也就是不知道 学了有什么用：二是电磁学的内容要学多少才合适。编写本书的目的就 是希望能解决这两个问题。 目前国内外电磁学教材主要有两种类型：第一种主要适用干大学物 理院系的本科生·强调电磁学基本规律的发现和电磁理论体系的建立： 第二种主要适用于非物理院系的理工科本科生，注重电磁现象的简单规 律和少量应用。作为交义科学领域的电磁学教材，本教材编写的主要宗 旨是，既要保持电磁学基本规律的完整性，同时又尽量结合实际应用 本教材的编写原则是：第一要体现交又，即要把各个学科涉及的电磁现
电磁学 DIANCIXUE i 象和应用在本书中体现出来；第二需要把电磁学基本规律的发现和电调 学理论体系的形成过程尽量做详细介绍，图为这是一个人类发现自然科 学规律的妙槌横生和通动人心的历程：第三尽可能把电磁学中的各个物 理概念讲清楚，避免椒念学可的“来生饭”、似是而非：第四是把最基本 最前沿、最有用的东西交待给争生，即要充分考虑到学生学的内客是持 来可能有用的：第五是尽最把“场”的修会其年在全书中，因为那代物理 学中“场”的概念就是从电滋学开始的。在物理内容的逃择上，作者主男 选择电磁学的最基本规律和最基木应用，同时也在教杆中出现一坐较新 的和现在还在探素的问题，主要是为了竖小电减学知识的系统性并体现 电磁学的发展。本教材是一本介干物理类本科生和非物理类本科生之 间的教材，物理类和非物理类本科生都可以造择其作为教材和参考书 教学过程中可以根据授课对象而选择相关的肉容，有些章节可以让学生 自己阅读。 本书共分为8章。第1章主要介绍电力和电场的基本概念：主要尔 绍库仑定律、电场强度和高斯定理，电场中的导休作为静电场的一个应 用内容安排在本章，第2章是电势和电博能量：把电势椰念放在这一章 的主要原因，是电势概念的引进是通过做功和比费能关系，与力学中引 进重力势能类似：电容器作为储存电场能量的器件也放在这一章中，而 电介质是作为电容器内部的外质而引出低念，同时妖化过程也是与电场 但互作用的过程，体瑰的也是能量的低念作力应用，本章还介划了介观 体系的电学特性及生物和医学中的电现象。第3草主要是电流与电路 从前面的静止电荷到本靠的运动电荷，逐渐形成电流的概念以及电路的 基本方程：除甚尔金夫定伴外，本章还介短了直流电路的号外一些基本 规律：作为应用，本華还个绍了地球的电环境够4章主要介绍磁力与地 场，从人类对磁现象的认识到磁学基本规律逐渐发现，一直到磁场概念 的引进：由于磁现象的特殊性，磁柳的高斯定理和安培环路定律都在本 章描述，这可以加深学生对运动电荷形成电流、电流形成磁场的理解：本 章对带电粒于在磁场中的运动介绍较为详细，此外还专门介绍了天体的 磁场与强磁场。第5章主要介绍材料的磁性和磁性村料：本章主要描述 材料在磁场中磁化的基本规律，同时介绍了目前最常见的几种磁性村 料，对磁场的测量本章也做了较为详细的介绍。第6章主要介绍电磁感