电磁学教学参考

本书是电磁学的教学参考书，分为两卷：靠前卷是电磁学内容方面的，第二卷是电磁学历史方面的。靠前卷包括静电场、恒磁场、变化的电场和磁场、电路和综合类问题五章，所研讨的问题都是在教学中可能遇到、而一般电磁学教科书中没有讲到或很少提及的问题。第二卷包括两部分，靠前部分《电磁学历目前的一些重要发现》，讲述电磁学历目前一些重要发现的经过和来龙去脉；第二部分《电磁学史实撮要》，则是电磁学编年史的摘要，为读者提供一些查阅资料。
本书可作为高校教师、学生、研究生和有关人员的参考书；第二部分也可作为中学教师和学生的参考书。

张之翔，北京大学物理学院教授。1953年北京大学物理系毕业后，留校任教。前六年教电学实验课和光学实验课，以后讲授普通物理课和理论物理课。在北大教书近四十年，于 1992年底退休。1988年获北大很好教师奖。1980-1988年任中美联合招收赴美物理研究生考试（CUSPEA)普物阅卷组组长。1984-1989年任全国高校理科教材编审委员会委员。1988-1990年任Asian-Pacific Physics News编辑。1986-2004年任中国物理学会教育委员会靠前交流组成员。1994年起任《国家物理学试题库系统》科研课题领导机构成员兼学科专家组成员。1986年访问过日本。1991-1992年应邀访问过德国十所大学。在靠前外学术期刊上发表过七十多篇论文。出版的著作有：《物理学习题集》(与人合作)、《光的偏振》、《电磁学教学札记》、《电动力学》(与人合作)、《人类是如何认识电的》(与人合作)、《北京大学普通物理教学研究论文集》(靠前、二集，主编)、《电动力学题解》（与人合作）、《电磁学千题解》、《电动力学题解》(第二版) (与人合作)。并翻译出版了《物理学教程》(与人合作)和《光学》(与人合作)

第一卷第一章静电场（3）
1.1静电场中的电场线（3）
1.电场线（3）
2.静电场中的电场线（3）
3.电场线的中断问题（5）
1.2两个等量点电荷的电场线方程（5）
1.两个等量异种电荷的电场线方程（5）
2.两个等量同种电荷的电场线方程（8）
1.3偶极线的电场线和等势面（10）
1.偶极线的电场线（10）
2.偶极线的等势面（12）
1.4特殊电场线与导体平面的交点（14）
1.用电场线方程求解（14）
2.用高斯定理求解（15）
1.5两个球对称分布电荷之间的相互作用力（16）
1.方法一、论证（17）
2.方法二、计算（18）
1.6面电荷所在处的电场强度（20）
1.均匀球面电荷所在处的电场强度（20）
2.无穷长均匀圆柱面电荷所在处的电场强度（23）
3.均匀平面电荷所在处的电场强度（25）
4.一般面电荷所在处的电场强度（29）
1.7均匀带电圆环的电场强度（31）
1.用库仑定律求均匀带电圆环的电场强度（31）
2.三个积分（33）
3.电场强度的表达式（34）
4.变换到柱坐标系和球坐标系（35）
1.8高斯定理的教学（36）
1.说明目的和困难（36）
2.利用直观形象推导公式（37）
3.讲清物理意义（40）
4.应用高斯定理时的问题（41）
1.9关于电势的零点问题（41）
1.电势差和电势（41）
2.电势零点（42）
3.带电体为无限大时的电势零点问题（42）
4.有两个无限大带电体时的电势零点问题（45）
5.无限大均匀电场的电势零点问题（46）
6.地球的电势问题（47）
1.10平面电四极子的电势（48）
1.直接计算（49）
2.利用电偶极子的电势计算（50）
3.按电四极子电势的公式计算（52）
1.11一段直线电荷的电势的不同表达式（53）
1.电势的表达式（54）
2.电势的又一表达式（55）
3.证明两种表达式相等（55）
4.积分公式问题（56）
1.12均匀带电圆环的电势（57）
1.直接积分，结果用全椭圆积分表示（58）
2.直接积分，结果用勒让德多项式表示（59）
3.解拉普拉斯方程（61）
4.讨论（62）
§1.13等势面族的条件及例子（64）
1.空间曲面族成为等势面族的条件（64）
2.两个例子（65）
3.椭球面族（66）
4.带电导体椭球的等势面族（68）
1.14静电场中的导体（68）
1.导体的静电平衡条件（68）
2.导体的弛豫时间（68）
3.由导体的静电平衡条件得出的一些结论（69）
4.静电平衡时，导体上的电荷分布是专享的（70）
5.决定导体上面电荷密度的因素（73）
6.导体带电最多时，其表面自由电子过剩或缺少的比例（73）
7.导体空腔（74）
1.15带电导体椭球的电势和电荷分布（75）
1.问题和解法（76）
2.椭球坐标系（76）
3.求电势（77）
4.导体椭球上的面电荷密度（79）
5.一些特殊情况（79）
1.16带电导体椭球的面电荷密度与主曲率半径的关系（82）
1.带电导体椭球的面电荷密度（82）
2.椭球面的主曲率半径（82）
3.面电荷密度与主曲率半径的关系（84）
1.17两条平行导线间的电容（85）
1.半径不相等的两条平行长直导线间的电容（85）
2.两种特殊情况（90）
1.18静电能量的三个公式（91）
1.第一个公式（92）
2.第二个公式（93）
3.第三个公式（94）
第二章恒磁场（96）
2.1圆环电流的磁感强度（96）
1.用笛卡儿坐标系计算B的分量（96）
2.用柱坐标系和球坐标系表示B的分量（99）
2.2两共轴载流圆环之间的相互作用力（100）
2.3电流之间的相互作用力与牛顿第三定律（103）
1.两个电流元之间的相互作用力不遵守牛顿第三定律（103）
2.两个闭合回路电流之间的相互作用力遵守牛顿第三定律（104）
2.4面电流所在处的磁感强度（105）
1.均匀圆柱面电流所在处的磁感强度（105）
2.无穷大均匀平面电流所在处的磁感强度（110）
3.一般面电流所在处的磁感强度（113）
4.小结（113）
2.5稳恒电流的矢势（114）
1.线电流的矢势（114）
2.体电流的矢势（115）
3.无限长直线电流的矢势（115）
4.两条无限长反平行直线电流的矢势（116）
5.圆环电流的矢势（116）
6.无限长直载流螺线管的矢势（119）
2.6安培环路定理的证明（125）
2.7中子星磁场的极限值（128）
第三章变化的电场和磁场（132）
3.1麦克斯韦的巨著《电磁论》中关于几个基本量的论述（132）
1.电位移（132）
2.电场强度（133）
3.电势（134）
4.磁化强度（134）
5.磁场强度和磁感强度（134）
3.2边值关系的几何意义（135）
3.3两个数学问题（137）
3.4电磁学中几个简单问题里的椭圆积分（139）
1.均匀圆环电荷的电势（139）
2.椭圆环电流中心的磁感强度（140）
3.圆环电流的矢势（142）
3.5电磁场的能流（143）
1.电阻消耗的焦耳热等于坡印亭矢量S输送来的能量（144）
2.电容器充放电的能量等于坡印亭矢量S输入或输出的能量（145）
3.螺线管通电时，它所储存或放出的能量等于坡印亭矢量S输入或输出的能量（146）
3.6同轴电缆的自感问题（148）
1.题目（148）
2.两种解法（148）
3.问题及解答（149）
4.内自感（150）
3.7螺线管的自感公式（152）
1.螺线管自感公式的推导（152）
2.粗糙的近似公式（155）
3.稍好一些的近似公式（156）
4.关于螺线管自感的计算问题（156）
3.8两线圈互感系数M12=M21的几种证法（157）
1.证法一（用磁场能量相等的方法）（157）
2.证法二（用二阶偏导数相等的方法）（158）
3.证法三（矢势法）（160）
3.9两线圈有互感时串并联公式的推导（161）
1.串联（161）
2.并联（164）
3.小结（168）
3.10磁单极强度的单位与电磁对称性（169）
1.磁单极强度的两种单位（170）
2.磁库仑定律（171）
3.洛伦兹力公式（171）
4.狄拉克的量子化公式（173）
5.磁单极强度的单位与电磁对称性（173）
3.11电磁场的矢势和标势（175）
1.势的存在（175）
2.矢势和标势（176）
3.规范变换（176）
4.用势表示场的能量（178）
5.用势表示相互作用能（179）
6.推迟势（180）
7.四维势矢量（182）
8.对矢势A的实验检验（183）
3.12电磁波在全反射时的相位变化（185）
1.反射波的菲涅耳公式（185）
2.全反射时的相位差（186）
3.δ⊥和δ‖的值（186）
4.线偏振波经全反射后的偏振状态（187）
5.根式的正负号问题（188）
3.13平行于理想导体平面的振荡电偶极子的辐射场（190）
3.14经典氢原子的寿命（195）
1.基态氢原子的能量（196）
2.辐射功率（196）
3.经典氢原子的寿命（197）
3.15用电磁理论说明各向异性晶体的基本光学现象（198）
1.理论基础（198）
2.单色平面电磁波（199）
3.光线速度方程（201）
4.各向异性晶体中的波面（202）
5.双折射（203）
6.线偏振（203）
……
第四章电路（205）
第五章综合类问题（226）
第二卷
第一部分电磁学历史上的一些重要发现（249）
第二部分电磁学史实撮要（366）
索引（413）
人名索引（424）