电磁场与电磁波理论基础//高等学校教材

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isbn号码:9787113042042
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具体描述

好的,下面是一份关于“电磁场与电磁波理论基础”的图书简介,内容经过精心设计,力求详实且不露痕迹。 --- 书名:电磁场与电磁波理论基础 作者:[此处可替换为具体作者姓名] 出版社:[此处可替换为具体出版社名称] 出版年份:[此处可替换为具体出版年份] ISBN:[此处可替换为具体ISBN号] --- 内容简介: 本书旨在为高等工科院校电子信息类、物理学以及相关专业的学生提供一套全面、深入且结构清晰的电磁场与电磁波理论基础教材。我们深知,电磁场理论是现代工程技术,尤其是通信、微波射频、光学和电子学等领域不可或缺的基石。因此,本书从基本物理概念出发,系统地梳理了麦克斯韦方程组的建立、推导、求解及其在不同介质和边界条件下的具体应用。 第一部分:静电场与静磁场 全书伊始,我们回归电磁学的基本规律。从库仑定律和安培定律出发,引入了电场强度、磁感应强度等基本矢量场概念。重点阐述了电磁场的两种基本状态——静电场和静磁场,并详尽讨论了场的积分形式与微分形式的转换。在静电场部分,我们深入讲解了电位、电势的概念,以及如何利用高斯定律和电位来简化复杂场分布的计算。特别地,本书对电介质中的场分布进行了详尽的分析,阐释了电位移矢量和磁场强度的物理意义及其在介质中的行为。为了应对实际工程中复杂的几何结构,我们专门辟出章节讲解了电磁场的求解工具——拉普拉斯方程和泊松方程,并辅以分离变量法等解析求解技巧,为后续理解波动场打下坚实的数学基础。 在静磁场章节,我们聚焦于稳恒电流产生的磁场,详细分析了毕奥-萨伐尔定律和安培环路定理的应用。与静电场类似,磁标量势和磁矢量势的概念被引入,用于简化特定问题的求解。对磁性材料(如顺磁、抗磁和铁磁体)在磁场中的响应也做了深入探讨,明确区分了磁感应强度 $mathbf{B}$ 和磁场强度 $mathbf{H}$ 的物理差异。 第二部分:时变电磁场与麦克斯韦方程组 本书的核心和难点集中在从静磁场向时变场的过渡。我们详细阐述了法拉第电磁感应定律的物理内涵,并在此基础上,引出了麦克斯韦的“位移电流”概念,这是连接静电场和静磁场、通往电磁波理论的关键一步。由此,我们完整地推导并总结了完整的麦克斯韦方程组——这组方程被誉为经典电磁学的基石,贯穿全书的分析主线。 为便于后续应用,我们不仅展示了麦克斯韦方程组在微分形式下的优雅简洁,还详细讨论了其在积分形式下的物理意义,例如通过安培-麦克斯韦定律解释了在非理想导体中电荷守恒与电流连续性的统一。本书特别强调了对场方程组的深入理解,而非仅仅停留在公式的记忆上。 第三部分:电磁波的产生与传播 基于麦克斯韦方程组,本书进入了最令人振奋的部分——电磁波理论。我们首先导出了自由空间中的均匀平面电磁波方程,明确了电场、磁场与波传播方向之间的相互垂直关系,以及两者之间固定的相位关系。对波阻抗、坡印廷矢量(能量流密度)的推导和应用进行了细致的讲解,帮助读者建立起对电磁波能量传输的直观认识。 随后,我们将讨论扩展到各向异性、非均匀介质中的传播,包括电离层、磁场中等离子体等典型环境下的波的传播特性。 第四部分:导波理论与腔体谐振 为了更好地服务于工程应用,本书专门用大量篇幅介绍了一维结构(传输线)和二维、三维结构(波导)中的电磁波约束传播问题。首先从传输线方程入手,详细分析了无损和有损传输线上的电压、电流分布,并引入了史密斯圆图这一强大的工具,用于解决阻抗匹配问题。 在波导部分,我们详细分析了矩形波导、圆波导中的横电波(TE)、横磁波(TM)和横电磁波(TEM)的模式特性。对截止波长、工作模式以及波导中的能量传输效率进行了深入的计算和讨论。最后,本书引入了高 Q 值谐振腔的概念,探讨了电磁波在有限边界内的驻波现象,这对于理解微波器件的设计至关重要。 第五部分:辐射与散射 本书的最后一部分关注于电磁波的产生和接收——辐射问题。从赫兹偶极子出发,本书系统地推导了辐射场的远场近似表达式,解释了辐射方向图、有效面积等关键参数。同时,也对更复杂的结构,如磁流体、环形天线等,提供了分析思路和计算框架。散射理论作为辐射的逆问题,被引入以初步介绍目标与电磁波相互作用的机制,为高频电磁兼容性(EMC)和雷达散射截面(RCS)分析打下理论基础。 教材特色: 本书的编写严格遵循物理规律的逻辑递进,数学推导严密,同时注重与实际工程应用的结合。每章节后都附有精心设计的例题和习题,覆盖了从基础概念验证到复杂工程计算的各个层面。语言力求清晰准确,避免晦涩难懂的术语堆砌,旨在帮助学生真正掌握电磁场与电磁波理论的精髓,为未来在相关领域的深入研究与创新打下坚实的基础。本书的深度适中,既可作为本科高年级或研究生初级阶段的专业核心课程教材,也可作为相关工程技术人员自学和参考的工具书。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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我一直认为,一本好的教材,不仅仅是知识的传递者,更应该是思想的启迪者。这本书在这方面做得非常出色。它在讲解的过程中,不仅仅停留在“是什么”和“怎么算”,而是会深入到“为什么”。它会引导你去思考,为什么麦克斯韦会提出这些方程组?是什么样的物理直觉和数学功底支撑了他完成这项伟大的工作? 书中对于一些历史上的争议和物理思想的演进过程的介绍,也让我受益匪浅。它会告诉你,在某些概念形成之前,科学家们是如何进行探索和争论的,哪些理论曾经被认为是正确的,后来又被修正。这种对科学发展过程的呈现,让我觉得科学不是一成不变的真理,而是一个不断探索、不断完善的过程。这对于培养批判性思维和创新精神非常有帮助。

评分☆☆☆☆☆

这本书的排版和设计也值得称赞。它整体风格非常简洁、清晰,页面的留白恰到好处,不会让人觉得拥挤。图表的绘制非常精美,而且标注清晰,能够有效地辅助理解。即使是一些复杂的物理图景,也能够通过精美的插图变得直观易懂。 我尤其喜欢它在处理公式的时候,不会一股脑儿地堆积起来,而是会适当拆分,并且对每一个符号都进行明确的解释。而且,它在一些关键公式的推导过程中,会穿插一些文字性的解释,帮助读者理解每一步的逻辑。这种细节上的打磨,让阅读体验变得非常顺畅,大大降低了学习的门槛。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的另一个深刻印象是它的“工程导向性”。虽然它是一本理论基础的书,但它却时刻不忘理论与实际工程应用的联系。在讲解完一些基本的电磁场理论之后,它会立刻联系到实际的工程问题,并且给出一些分析方法和设计思路。 例如,在介绍导体的电磁场特性时,它不仅仅是讲清楚了导体的边界条件,还会联系到天线的设计,或者电磁屏蔽的原理。它会告诉你,在实际工程中,我们需要考虑哪些因素,如何利用电磁场的特性来解决实际问题。这种将理论知识转化为解决实际问题能力的培养,对于我这样即将步入工程领域的学生来说,是非常宝贵的。它让我觉得,我所学的知识不仅仅是考试的工具,更是能够改变世界的钥匙。

评分☆☆☆☆☆

我之前学电磁场的时候,总是觉得理论和实际应用之间隔着一层纱,很难打通。很多时候,即使我能算出一些公式,也搞不清楚这些公式在现实世界里到底意味着什么,能解决什么问题。这本书在这方面做得真的很出色。它在讲解完一个理论概念之后,都会非常顺理成章地引出相关的实际应用。比如,在讲到电磁感应的时候,它不仅详细解释了法拉第定律,还立刻就联系到了发电机、变压器的工作原理,甚至还讲到了无线充电技术的前景。这种“理论-应用”的无缝衔接,让我学习的动力倍增,感觉自己不是在死记硬背,而是在探索一个充满奇妙可能的世界。 而且,它在举例的时候,选择的都是非常贴近生活或者具有里程碑意义的科技。比如,在介绍电磁波的传播时,它会讲到无线通信的历史演变,从早期 Marconi 的无线电报,到现在的 Wi-Fi、5G,让你能深刻理解电磁场理论如何支撑起了现代社会的信息化。它还会提到雷达、微波炉、甚至医学影像中的 MRI,这些都让我觉得,原来我们每天接触到的很多便利,都离不开这些深奥的理论。这本书不仅教会了我知识,更让我感受到了科学的魅力和它对人类文明进步的巨大贡献。

评分☆☆☆☆☆

读这本书的过程中,我最大的感受就是它的“人性化”。它没有把读者当成一台只能接收信息的机器,而是把你当成一个有思想、有好奇心的人。它会鼓励你去质疑,去思考,去探索。在讲解到一些比较深奥或者容易引起混淆的地方,它会主动预设你可能会遇到的问题,并且提前给出解答。 比如说,在讲解电位和电势能时,它会详细解释为什么要把能量定义成这个样子,它的物理意义是什么,以及它和电场强度之间的关系。它甚至会提醒你,在不同的参考系下,电势的绝对值可能会变化,但是电势差是保持不变的,这一点非常关键,也常常是困扰很多初学者的一个点。它在细节上的关注,真的让我觉得很暖心,仿佛是在和一个非常有经验、很有耐心的老师在交流。

评分☆☆☆☆☆

这本书的语言风格是我最欣赏的地方之一。它不像一些教科书那样,总是使用非常刻板、生硬的学术语言,而是更加灵活、生动,并且带有一些作者的个人思考和见解。它会用一些比较形象的比喻来解释抽象的概念,让读者更容易产生共鸣。 举个例子,在讲解“势能”这个概念时,它不会仅仅给你一个数学公式,而是会让你去想象一个球在一个斜坡上滚动的过程,从而理解“势能”是如何与物体的位置相关的。它还会用一些充满哲理的语言来引发读者对物理现象的思考,让你不仅仅是记住知识,更能体会到科学的乐趣和深度。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我的感觉,就像一位经验丰富的导游,带领着我在电磁场与电磁波的广阔天地里畅游。它不是那种把你直接扔到景点,让你自己去看的书。而是会提前跟你讲解这个景点的历史背景、文化内涵,告诉你哪些是必看的重点,哪些是值得深入探究的细节。它在介绍每一个重要的概念时,都会给出清晰的定义,并且通过生动的类比和形象的图示来帮助你理解。 举个例子,关于“场”的概念,很多书可能会直接给出场的定义,然后就让你去算。这本书不一样,它会先从“力”讲起,告诉你为什么需要“场”这个概念,场是如何描述力的作用的,以及它和直接作用力之间的区别和联系。它甚至会用地球上的引力场来类比,让你能更容易地理解电场和磁场是如何工作的。这种层层递进、循序渐进的学习方式,让我感觉非常舒服,也更容易将抽象的概念内化成自己的理解。

评分☆☆☆☆☆

这本书最大的亮点之一,在于它对电磁波的“可视化”描述。在我的印象中,电磁波是一种非常抽象的存在,听起来就很虚无缥缈。但这本书通过非常精妙的图示和生动的语言,将电磁波的产生、传播和相互转化过程描绘得淋漓尽致。它会让你“看到”变化的电场如何产生磁场,变化的磁场又如何产生电场,这种“鸡生蛋,蛋生鸡”的循环往复,最终形成了能够独立传播的电磁波。 书中关于电磁波谱的介绍也让我大开眼界。它不仅仅是简单地罗列出射电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线的名称和波段,更是详细地讲解了每一种电磁波的特性,以及它们在自然界和人类科技中的具体应用。比如,它会讲到微波炉是如何利用微波加热食物的,X射线是如何穿透人体组织进行医学成像的,以及射电望远镜是如何接收来自遥远宇宙的信号的。这些细节的阐述,让我对这个世界的运作方式有了更深的认识。

评分☆☆☆☆☆

坦白说,我一直是个对抽象概念接受度不高的人,尤其是涉及到一些高维度的数学推导,常常会感到力不从心。这本书在这方面给了我巨大的惊喜。它在引入一些复杂的数学工具时,并没有直接抛出结论,而是非常有耐心地进行铺垫。它会从最基本的矢量微积分概念开始,一步步地讲解,而且在讲解的过程中,它会非常强调这些数学工具的物理意义,告诉你为什么要用这个工具,这个工具能帮你解决什么问题,而不是仅仅让你去记忆公式。 让我印象特别深刻的是,书中在推导一些关键公式时,会采用多种不同的方法。有时候会用直观的物理图像来引导,有时候又会用严谨的数学推演来证明。这样的处理方式,就像给你准备了多把钥匙,即使某一把打不开门,你还有其他的选择。而且,它还会适时地插入一些“思考题”或者“小练习”,让你在学习的过程中,动手去验证一下,去加深理解。这些小练习的难度设计得也非常恰当,既不会让你觉得太简单而失去兴趣,也不会让你觉得太难而产生挫败感,正好能激发你的学习积极性。

评分☆☆☆☆☆

这本书我真的是被它惊艳到了!当初拿到这本书,纯粹是因为专业课要求,也没抱太大期望,想着能把概念讲明白就行。结果呢?完全颠覆了我的认知!它不像很多教材那样,上来就堆砌公式,让你看得云里雾里。这本书的叙事方式非常巧妙,它会先从一些非常直观的物理现象入手,比如为什么摩擦会产生静电,闪电是怎么形成的,或者为什么磁铁可以吸附铁钉。然后,它会一步步地引导你去思考这些现象背后的本质是什么,引入电荷、电场、磁场这些概念,而且解释得非常有条理,层层递进,感觉就像是有人在旁边手把手地教你,而不是冷冰冰地给你灌输知识。 尤其让我印象深刻的是,书中对麦克斯韦方程组的讲解。这玩意儿可是物理学的瑰宝,但好多书讲得都特别抽象,我之前也看过别的书,感觉就像在看天书。可这本书不一样,它用了大量的类比,把电磁场想象成一种“流体”,或者说是一种“能量的传递媒介”,让你能从宏观的角度去理解这些方程组的物理意义,而不是仅仅记住它们的形式。它甚至还会带你“看”到电磁波是如何从一个振荡电荷中“生长”出来,然后以光速传播出去的,这个过程的描绘,简直是太有画面感了!读到这里,我才真正体会到,原来理论物理也可以这么有趣,这么有诗意!

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