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电磁场与电磁波
作者:张成义
ISBN:978-7-111-56241-2
所属丛书:“十三五”普通高等教育规划教材

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ISBN:978-7-111-56241-2
装订:平装
编辑:李馨馨
开本:16开
出版日期: 2017-04-17
字数:276 千字
定价:36.8
图书简介

配套资源:电子教案

本书特色:

★ 取材侧重于电磁波,仅用第2章这一章的篇幅来研究静态电磁场及其边值问题;考虑到衍射既是电磁场重要的传播特征,也是电磁场基本方程的重要应用,而目前许多专业教学又不涉及衍射,因此,本书用第6章概括了电磁波的衍射与成像。

★ 将重要的数学公式列在正文中,并以此推演出相关的电磁场公式,最后再将这些数学公式按顺序列在附录中,以方便学生阅读。在电磁公式的推演过程中,力求物理意义明确、具有较强的可读性。

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《电磁场与电磁波》分6章编排,介绍了电磁场与电磁波的普遍规律。首先,考虑课程的先后行关系,在第1章中,以麦克斯韦方程为主线,概括了电磁场的基本规律;接着,针对课时偏少的实际情况,考虑到《电磁学》重点处理了场的问题,因此从第2章起,本书重心放在波的描述,第2章介绍了无限均匀各向同性媒质(包括分层介质)中电磁波场的规律;第3章给出了均匀平面电磁波在分界面上的反射和折射规律;第4章讲述了电磁波的辐射特征;第5章概括了电磁波的衍射与成像;后在第6章,则概括了电磁波的对单粒子的散射特征。其中,后3章的教学内容对电气信息类专业如:光电信息科学与工程、电子信息工程、大气物理等相关专业的学生是十分重要的,是他(她)们必备的专业基础。

章节目录
前言
第1章 电磁场的普遍规律1
1.1 电荷与电场1
1.1.1 库仑定律1
1.1.2 电场与场强2
1.1.3 静电场的通量与散度方程2
1.1.4 静电场的旋度与旋度方程4
1.2 电流与磁场7
1.2.1 电流和电流密度7
1.2.2 电荷守恒定律8
1.2.3 安培定律9
1.2.4 毕奥萨伐尔定律10
1.2.5 恒定磁场的通量与散度方程11
1.2.6 恒定磁场的环流与旋度方程12
1.3 麦克斯韦方程组15
1.3.1 电磁感应定律15
1.3.2 位移电流16
1.3.3 真空中的麦克斯韦方程组18
1.3.4 洛伦兹力公式18
1.4 介质的电磁性质19
1.4.1 介质的极化19
1.4.2 介质的磁化23
1.4.3 介质中的麦克斯韦方程组26
1.4.4 介质中的本构方程27
1.5 电磁场边值关系28
1.5.1 法向边界条件28
1.5.2 切向边界条件29
1.6 电磁场的能量31
1.6.1 场和电荷系统能量守恒定律的一般形式31
1.6.2 电磁场能量密度和能流密度的表示式32
1.7 习题33
第2章 静态电磁场及其边值问题的解36
2.1 边值问题的分类36
2.2 标量格林定理和唯一性定理37
2.2.1 标量格林定理37
2.2.2 唯一性定理37
2.3 稳恒电场分析39
2.3.1 稳恒电场的位函数39
2.3.2 稳恒电场的能量42
2.3.3 求电场力的虚位移法44
2.4 稳恒磁场分析47
2.4.1 矢量磁位函数47
2.4.2 库仑规范47
2.4.3 标量磁位函数48
2.4.4 稳恒磁场的能量49
2.5 镜像法50
2.5.1 点电荷对无限大平面的镜像51
2.5.2 点电荷对无限大相交导体平面的镜像53
2.5.3 点电荷对接地导体球面的镜像54
2.5.4 线电荷对导体圆柱面的镜像55
2.6 分离变量法57
2.6.1 直角坐标系中的分离变量法57
2.6.2 圆柱坐标系中的分离变量法60
2.6.3 球坐标系中的分离变量法61
2.7 习题62
第3章 时变电磁场65
3.1 时变电磁场的波动方程65
3.1.1 麦克斯韦方程组65
3.1.2 波动方程66
3.2 时变电磁场的唯一性定理69
3.3 时变电磁场的位函数71
3.3.1 用位函数描述时变电磁场71
3.3.2 位函数的微分方程72
3.3.3 滞后位与超前位75
3.4 时谐电磁场76
3.4.1 场方程76
3.4.2 时谐电磁场的能量及功率79
3.4.3 时谐电磁场的位函数80
3.5 习题81
第4章 平面电磁波83
4.1 理想介质中的均匀平面波83
4.1.1 理想介质中的波方程83
4.1.2 均匀平面波的传播特性85
4.1.3 描述均匀平面波的物理参数87
4.2 导电介质中的均匀平面波90
4.2.1 导电介质中的电荷分布91
4.2.2 导电介质中的波方程91
4.2.3 导电介质中平面波的传播特性93
4.2.4 描述导电介质中均匀平面波的物理参数94
4.2.5 良介质与良导体97
4.3 均匀平面波的极化特性100
4.3.1 极化的概念100
4.3.2 椭圆极化波100
4.3.3 圆极化波102
4.3.4 直线极化波102
4.3.5 电磁波极化特性的工程应用104
4.4 极化波的合成与分解104
4.4.1 极化波的表示104
4.4.2 用琼斯矢量表示极化态106
4.4.3 极化波的合成与分解107
4.5 相速和群速109
4.6 习题111
第5章 平面波的反射与折射114
5.1 电磁波反射与折射的基本规律114
5.1.1 反射定律 折射定律115
5.1.2 反射波与折射波的电磁场矢量表示116
5.1.3 反射系数与透射系数117
5.2 均匀平面波对平面边界的垂直入射122
5.2.1 相关描述122
5.2.2 均匀平面波对理想导体的垂直入射125
5.2.3 均匀平面波对一般导电介质的垂直入射127
5.2.4 均匀平面波对理想介质的垂直入射128
5.3 均匀平面波对分层介质平面的垂直入射132
5.3.1 输入波阻抗132
5.3.2 均匀平面波在多层介质中的传播132
5.3.3 三层介质的重要应用135
5.4 均匀平面波对不同介质分界的斜入射136
5.4.1 垂直极化波的反射与折射136
5.4.2 平行极化波的反射与折射137
5.4.3 反射情况分析138
5.5 平面波对理想导体表面的斜入射139
5.5.1 折射定律的修正139
5.5.2 垂直极化平面波对理想导体表面的斜入射141
5.5.3 平行极化平面波对理想导体表面的斜入射143
5.6 等离子体中的平面波146
5.7 铁氧体中的平面波146
5.8 习题146
第6章 电磁波的标量衍射149
6.1 亥姆霍兹基尔霍夫衍射定理150
6.1.1 电磁场的波动方程150
6.1.2 从矢量衍射理论到标量衍射理论151
6.1.3 亥姆霍兹基尔霍夫积分定理152
6.2 平面衍射屏的基尔霍夫公式154
6.2.1 积分定理的应用154
6.2.2 基尔霍夫边界条件155
6.2.3 菲涅耳基尔霍夫衍射公式156
6.3 瑞利索末菲衍射公式158
6.3.1 格林函数的其他选择158
6.3.2 瑞利索末菲衍射理论160
6.3.3 基尔霍夫理论与瑞利索末菲理论的比较160
6.3.4 基尔霍夫公式的进一步分析161
6.4 菲涅耳衍射与夫琅禾费衍射162
6.4.1 初步的近似处理163
6.4.2 菲涅耳衍射163
6.4.3 夫琅禾费衍射164
6.5 习题166
附录168
附录A 矢量基本运算公式168
A.1 常用的基本运算公式168
A.2 各章中出现的基本运算公式168
附录B 常用函数169
B.1 狄拉克(Dirac)函数169
B.2 几个初等函数169
附录C 基本数学公式170
C.1 傅里叶变换170
C.2 卷积的定义及傅里叶变换170
C.3 常用傅里叶变换公式170
附录D 常用物理常数170
附录E 部分习题参考答案171
参考文献176
前言/序言 展开  + 收缩 —

前 言 “电磁场与电磁波”是一门研究电磁场与电磁波的基本属性、描述方法、运动规律,以及与物质的相互作用及其应用的课程,它是电子、通信、微波、大气及生物医学等多学科的理论基础;同时也是光电信息科学与工程、电子信息工程、大气物理、电气工程与自动化、应用物理学等相关专业的核心主干课程。 从20世纪90年代起,我先后为本科生、研究生开设了“电磁场与电磁波”课程,在教学中,参考中外优秀教材和该学科的最新研究进展,形成了讲义并几易其稿。能编著一本深度与广度适当,又能反映这一领域教研成果的教材,是我一直以来的夙愿。 2013年,《电磁场与电磁波》获南京信息工程大学重点建设教材(13JCLX012)立项,促使我潜心整理教学资料。在本书的编写过程中,考虑到这门课具有概念比较抽象、所用数学工具较多、与其他学科高度融合等特点,结合课内学时普遍压缩的实际情况,参考教育部2012版《普通高等学校本科专业目录》,做了如下尝试: 1.取材侧重于电磁波,仅用第2章这一章的篇幅来研究静态电磁场及其边值问题;考虑到衍射既是电磁场重要的传播特征,也是电磁场基本方程的重要应用,而目前许多专业教学又不涉及衍射,因此,本书用第6章概括了电磁波的衍射与成像。 2.将重要的数学公式列在正文中,并以此推演出相关的电磁场公式,最后再将这些数学公式按顺序列在附录中,以方便学生阅读。在电磁公式的推演过程中,力求物理意义明确、具有较强的可读性。 3.突出基本概念和基本规律的描述,力求使本书更具普适性;加强了对极化状态的描述,以便大气物理、光电信息科学与工程等相关专业取舍。 4.在书中安排了一定数量的插图、例题与习题,并在书末附有部分习题的参考答案。 5.采用国际单位制,设计周学时为3学时或4学时。 学习本课程需要较多的数学知识,但它并非数学课,数学只是学习该课的工具,因此,本书没有将数学知识单列一章,而是把必备的数学工具融入各章节的教学中,便于学生学习和掌握,以增加本书的可读性。 在本书的编写过程中,得到了南京信息工程大学校内外许多同行给予的大力支持和帮助,与赵德林、顾斌、郑改革、徐林华、陈云云、刘玉柱、李金花等老师的多次教学讨论更使我受益匪浅;机械工业出版社的李馨馨老师组织、策划了本书的编辑工作,陈崇昱编辑的出色工作使本书增色不少;另外,我还得到了刘巧玲女士的支持和来自张修潼的鼓励;本书的出版还获得了南京信息工程大学重点教材建设立项支持,在此一并表示感谢! 由于笔者水平有限,书中错误和不当之处在所难免,恳请读者批评指正。 张成义 2016年9月20日于南京

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