了得網自然科學_耶魯大學開放課程：基礎物理Ⅱ 電磁學、光學和量子力學

編輯推薦

本書為“十三五”國家重點圖書——世界名校名家繫列，是一部並不多見的在篇幅和體例上與國內教材非常新近的世界知名教材！全書附網易公開課全課程雙語字幕視頻，以及配套練習題、測試題和解答！

內容簡介

《基礎物理Ⅱ》繫《基礎物理》（涉及力學、相對論、振動與波動、流體、熱力學等）的姊妹篇，共24章，包括電磁學、光學和量子力學等內容。在書中，R. Shankar，的物理學家和富於感染力的熱心教育家，簡明扼要地講述了物理學的基本概念。這一工作為理工科專業的大學生，為積極學習物理先修課的高中生，為對科學進展感興趣的讀者提供了理想的入門教材。配合耶魯大學視頻公開課使用效果更佳。

作者簡介

R. Shankar，耶魯大學物理學“約翰·倫道夫·霍夫曼”教授，美國藝術與科學院院士，2009年美國物理學會利林菲爾德獎得主，除本書外另著有《Principles of Quantum Mechanics》及《Basic Training in Mathematics》。Shankar教授主講的《基礎物理》因其幽默、詼諧的授課風格和清晰並富有邏輯的講解受到全世界數百萬師生的好評。

目錄
中文版序
譯者的話
前言
第1章靜電學Ⅰ1
1.1回顧F=ma1
1.2走進電學3
1.3庫侖定律6
1.4電荷的性質7
1.5庫侖定律的驗證9
1.6引力與電力之比11
1.7庫侖定律對連續帶電體的應用12
第2章電場14
2.1重要內容回顧14目錄
中文版序
譯者的話
前言
第1章靜電學Ⅰ1
1.1回顧F=ma1
1.2走進電學3
1.3庫侖定律6
1.4電荷的性質7
1.5庫侖定律的驗證9
1.6引力與電力之比11
1.7庫侖定律對連續帶電體的應用12
第2章電場14
2.1重要內容回顧14
2.2離題說說核力15
2.3電場E16
2.4場的圖示18
2.5偶極子的場24
2.6對場的響應27
第3章高斯定理Ⅰ30
3.1無限長帶電直線的場30
3.2無限大帶電平面的場34
3.3球形電荷分布：高斯定理37
3.4關矢量dA的插言38
3.5圖說高斯定理42
第4章高斯定理Ⅱ：應用47
4.1高斯定理的應用47
4.2球殼內部的場50
4.3無限長帶電直線的場，再解52
4.4無限大帶電平面的場，再解53
4.5導體54
第5章庫侖勢59
5.1保守力與勢能60
5.2靜電場是保守的嗎？64
5.3圖解場的線積分不依賴於路徑66
5.4偶極子的電場和電勢68
第6章導體與電容器71
6.1利用E計算V更簡單的例子72
6.2V的圖示73
6.3等勢75
6.4鏡像法76
6.5電容器82
6.6儲存於電容器中的能量84
6.7電荷繫的能量84
第7章電路與電流87
7.1電場的能量87
7.2電路與電導率88
7.3電路92
7.4電池與電動勢E95
7.5有電源的RC回路98
7.6串聯和並聯電路101
第8章磁學Ⅰ104
8.1顯示磁現像的實驗104
8.2洛倫茲力舉例回旋加速器107
8.3載流導線受到的磁力110
8.4磁矩113
8.5直流電機114
第9章磁學Ⅱ：畢奧薩伐爾定律116
9.1畢奧薩伐爾定律的應用：圓電流的磁場117
9.2條形磁鐵的微觀描述119
9.3無限長載流直導線的磁場121
9.4安培環路定理123
9.5麥克斯韋方程組（靜態）127
第10章安培環路定理Ⅱ、法拉第定律和楞次定律128
10.1無限長載流直導線的磁場，再解128
10.2通電螺線管的磁場131
10.3法拉第定律和楞次定律134
10.4法拉第定律的選學內容142
第11章法拉第定律進階147
11.1電子感應加速器147
11.2發電機150
11.3電感153
11.4互感154
11.5自感156
11.6磁場的能量158
第12章AC電路160
12.1回顧電感器160
12.2LC電路164
12.3LCR電路167
12.4歐姆定律的復數形式173
第13章LCR電路和位移電流176
13.1LCR結果的分析177
13.2復數的威力182
13.3位移電流185
第14章電磁波188
14.1波動方程190
14.2真空中特定條件下的麥克斯韋方程組193
14.3波196
14.4波動方程的正弦解198
14.5電磁波的能量202
14.6電磁波的起源203
14.7麥克斯韋方程組——一般情況（選學）204
14.8從微觀到宏觀（選學）209
第15章電磁學和相對論214
15.1從庫侖定律和相對論推出磁學214
15.2電動力學的相對論不變性217
15.3洛倫茲變換回顧218
15.4標量場和矢量場221
15.5微分算符223
15.6洛倫茲標量和矢量225
15.7四維電流密度J226
15.8四維勢A228
15.9四維矢量A的波動方程231
15.10電磁張量F234
第16章光學Ⅰ：幾何光學回顧240
16.1幾何光學（光線光學）240
16.2c的簡史241
16.3幾何光學的若干亮點243
16.4從費馬原理推導反射定律244
16.5從費馬原理推導斯涅爾定律246
16.6從費馬原理推導曲面上的反射247
16.7橢圓面鏡和費馬原理249
16.8拋物面鏡251
第17章光學Ⅱ：更多的反射鏡和透鏡253
17.1拋物面鏡的球形近似253
17.2成像：幾何光學254
17.3由費馬原理成像256
17.4復雜情況259
17.5從費馬原理求解透鏡262
17.6小作用量原理263
17.7眼睛265
第18章光的波動理論268
18.1波的干涉270
18.2應用實數進行波的疊加272
18.3應用復數進行波的疊加273
18.4干涉分析275
18.5衍射光柵279
18.6單縫衍射281
18.7理解反射和晶體衍射282
18.8光入射到油膜上283
第19章量子力學：主要實驗287
19.1光的雙縫實驗287
19.2麥克斯韋所遇到的問題288
19.3關於光子的題外話291
19.4物質波293
19.5光子與電子296
19.6海森伯不確定關繫298
19.7讓問題變清晰302
19.8波函數ψ306
19.9波函數塌縮308
19.10總結308
第20章波函數及其詮釋311
20.1經典力學與量子力學中的概率313
20.2了解ψ317
20.3統計學概念：平均值和不確定性320
第21章量子化與測量323
21.1動量態324
21.2動量的單值性和量子化325
21.3測量假設：動量329
21.4通過計算求得A(p)337
21.5傅裡葉定理341
21.6測量假設：一般情況345
21.7多個變量345
第22章能量定態347
22.1環上的自由粒子350
22.2勢箱問題355
22.3勢箱中的能量測量365
第23章散射和動力學367
23.1量子散射367
23.2隧穿效應372
23.3量子動力學373
23.4直積解的特性377
23.5時間演化的通解379
第24章總結與展望385
24.1假設：步385
24.2改進假設387
24.3假設：終形式394
24.4多粒子情形：玻色子與費米子395
24.5能量-時間的不確定關繫402
24.6下一步？407

前言

前言
本書是《耶魯大學開放課程：基礎物理力學、相對論和熱力學》的姊妹篇，包括電磁學、光學和量子力學等內容。就像上一卷那樣，本書基於我在耶魯對不同班級的講授而編寫。這兩卷涵蓋了所有重要的主題，可用於一年的基礎物理課程教學，也可以用於學生自學，教師還可以將之作為其他教材的補充。
書中的各章內容或多或少地源自我在耶魯的講授，有一些小的改動，不過仍延續著我的課堂風格。我經常會引入一些學生們問過的問題，或是給出學生們對一些問題的答案，我相信這對讀者是有益的。配套的習題和測試題發布在耶魯的網站http://oyc.yale.edu/physics上，缺少了它們，你無法知道或是確定自己是否學好了物理。網站上還附有相應的解答。這些資源對所有人免費開放。還可以在線觀看我的講課，比如YouTube，iTunes(https:// itunes.apple.com/us/ itunes-u/physics-video/id341651848?mt = 10), 以及Academic Earth等。
我在講課時常提及我所著的《基礎數學訓練》這本書，該書由斯普林格(Springer)出版，受眾是那些希望掌握物理學中所必需的大學數學知識的人。前言
本書是《耶魯大學開放課程：基礎物理力學、相對論和熱力學》的姊妹篇，包括電磁學、光學和量子力學等內容。就像上一卷那樣，本書基於我在耶魯對不同班級的講授而編寫。這兩卷涵蓋了所有重要的主題，可用於一年的基礎物理課程教學，也可以用於學生自學，教師還可以將之作為其他教材的補充。
書中的各章內容或多或少地源自我在耶魯的講授，有一些小的改動，不過仍延續著我的課堂風格。我經常會引入一些學生們問過的問題，或是給出學生們對一些問題的答案，我相信這對讀者是有益的。配套的習題和測試題發布在耶魯的網站http://oyc.yale.edu/physics上，缺少了它們，你無法知道或是確定自己是否學好了物理。網站上還附有相應的解答。這些資源對所有人免費開放。還可以在線觀看我的講課，比如YouTube，iTunes(https:// itunes.apple.com/us/ itunes-u/physics-video/id341651848?mt = 10), 以及Academic Earth等。
我在講課時常提及我所著的《基礎數學訓練》這本書，該書由斯普林格(Springer)出版，受眾是那些希望掌握物理學中所必需的大學數學知識的人。
正如前一本書那樣，本書的問世要感謝很多人。時任耶魯學院院長、現任耶魯大學校長的彼得•沙洛維(Peter Salovey)，勸說我加入批由惠留特基金(Hewlett foundation )資助的耶魯公開課。戴安娜•克萊納(Diana.E.E.Kleiner)，她是講授藝術與經典史的鄧納姆(Dunham)講座教授，在許多方面鼓勵並指導我，她也是力促我編寫這兩本書的人。在耶魯大學出版社，喬•卡拉米亞(Joe Calamia)不斷地給予我幫助，為改進這本書提出了無數的建議，他還贊同出現在書中的許多關於亞原子粒子的討論。安瑪麗•殷博諾尼(AnnMarie Imbornoni)，再一次在各個階段都順利地運作著這本書。我非常高興麗茲•凱西(Liz Casey)又一次對原稿進行了高超的編輯，不僅大大地改進了標點、句法和語法，還使表述更加清晰，並確保所用的那些文字傳達出了我的意圖。
感謝甘佩西•默菲(Ganpathy Murthy)教授（肯塔基大學）和布拉尼斯拉夫•喬志偉(Branislav Djordjevic)（喬治梅森大學）經過深思熟慮後給出的建議。我特別要感謝賓夕法尼亞大學的菲爾•尼爾森(Phil Nelson)，他對書中的許多部分進行了細致、深刻地評議。
本書的寫作開始於一年前，2015年8月在阿斯潘物理中心（ACP）完成。非常感謝ACP提供的氛圍，在那裡，作為一名科學家和作者，我感受到了自己在智慧上被給予的滋養。ACP由國家自然科學基金（NSF）1066293項目資助。
本書的大部分內容是在位於聖塔巴巴的卡弗裡理論物理研究所(KITP)寫作的，在那裡我榮幸地得到了2014年秋季的西蒙傑出訪問學者獎勵。KITP由國家自然科學基金NSF PHY1125915項目給予部分資助。我特別要感謝拉爾斯•比爾德斯登(Lars Bildsten)教授使這成為可能。
我發現自己不能在這兩個奇妙之地寫書的那天，就是我的改行之日。
巴裡•布萊德林(Barry Bradlyn)和阿列克謝•什卡林(Alexey Shkarin)是兩名優秀的研究生，他們校讀了本書，找出了其中的漏洞並且對體裁的變化提出了建議。
我的三代之家一如既往地支持著我。終的檢查是斯特拉(Stella)做的，她自作主張地用鉛筆在頁邊空白處及正文留下了許多注釋，書中剩餘的錯誤都該由她負責。

R.Shankar

媒體評論

“清晰、幽默與深度的完美結合，Shankar做到了讓學生和讀者更順利地完成近代物理的學習。”
——戴維·格羅斯 2004年諾貝爾物理學獎得主

“通過對稱性、量綱分析、物理直覺，以及扎實的數學推理巧妙地提升學生的能力，Shankar再一次清晰、優雅地闡釋了基礎物理學的基本知識。”
——丹尼爾·阿洛瓦加州大學聖地亞哥分校

“卷Ⅰ的完美伴侶！全書閃耀著Shankar教授深刻的理解和獨到的見解，他的詮釋清晰而透徹，在不經意之中被巧妙地呈現出來。”
——阿蘭·喬多斯美國物理學會（已退休）
“清晰、幽默與深度的完美結合，Shankar做到了讓學生和讀者更順利地完成近代物理的學習。”
——戴維·格羅斯 2004年諾貝爾物理學獎得主

“通過對稱性、量綱分析、物理直覺，以及扎實的數學推理巧妙地提升學生的能力，Shankar再一次清晰、優雅地闡釋了基礎物理學的基本知識。”
——丹尼爾·阿洛瓦加州大學聖地亞哥分校

“卷Ⅰ的完美伴侶！全書閃耀著Shankar教授深刻的理解和獨到的見解，他的詮釋清晰而透徹，在不經意之中被巧妙地呈現出來。”
——阿蘭·喬多斯美國物理學會（已退休）

“借助其特有的互動和幽默，Shankar為學習物理知識奠定了扎實的基礎。”
——伊戈爾·克列巴諾夫普林斯頓大學

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