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。

高等院校教师

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