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電磁學:宏觀電磁學,光學和狹義相對論

電磁學:宏觀電磁學,光學和狹義相對論

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內容簡介

本書具有下列四個特色

  一、參照西洋物理學史,簡單介紹一些我們的祖先在物理方面曾經做過的貢獻。

  二、彰顯物理學本質:「和生活相關的實驗科學」,故盡量從日常生活中切入,敘述歷史淵源及當時背景來逼近問題核心和推導因子。

  三、展示科學家們如何整理歸納實驗結果或物理現象、創造數學工具和符號的過程,同時以分析方式逐步詳細解析各章節的基本題目,誘導讀者自然體會到科學的嚴謹性,數學和物理的互動性。

  四、因應生物和電子的二十一世紀,將物理學應用到我們最關心的人體,以加深親近感。

 

作者介紹

作者簡介

林清凉

  1931年生於台灣高雄縣,1954年畢業於台灣大學物理系,1966年獲日本東京大學物理學博士。

  曾在該校及美國麻省州立大學Amherst分校和史丹福大學擔任研究員及訪問學者,專研原子核結構、核反應及和介子交換流的功能。曾任台灣大學物理系系主任,任內和同仁積極革新並且奠定自由、民主的學術和行政基礎,以及良好的研究環境,同時和沈君山教授排除一切障礙執行目前所謂的「通識教育」課程。

  目前是台大物理系兼任教授。

戴念祖

  1942年生於福建長汀縣,1964年畢業於廈門大學物理系,曾任中國科學院自然科學史研究所研究員,上海交通大學科學史系教授,中國科學技術大學科技考古系教授,科學史所物理學史和化學史研究室主任,中國科學技術史學會常務理事,物理學史專業專業委員和化學史研究室主任,中國管理科學院研究員和學術委員等。

 

目錄

第7章 電磁學
I.回顧人類的經驗
(A)祖先的貢獻
(1)有關磁的知識和發明發現
(2)有關電的知識和發現
(B)西洋的貢獻
(C)電磁學和牛頓力學的大致比照
II.静電學(一):電荷、電場、雪势、Gauss 定律、電容器
(A)摩擦生電,電荷(electric charge)是什麼?
(1)電量是量子化,並且守恆
(2)定電荷單位,以及本章要用的單位
(B)電荷間的相互作用,Coulomb定律
(1)電荷間的相互作用
(2)Coulomb定律的内涵
(3)電力場(field of electric force)
(C)電場強度E(r),電勢V(r)
(1)電場強度,或電場E(r)
(2)電力線(electric field lines)
(3)電勢(electric potential),或稱電位
(D)導體(conductor),半導體(semiconductor),絕緣體(insulator)
(1)導體
(2)絕緣體
(3)半導體
(4)超導體
(E)重看Coulomb 定律,Gauss定律
(1)電通量(electric flux)
(2)Gauss定律
(3)求電場E(r)和電勢V(r)
(4)電勢差(電壓),電子伏特(electron volt)
(F)電偶極子和電偶極矩
(G)電容器(capacitor),電容(capacitance)和電能
(1)電容器的功能
(2)一些代表性電容器的電容
(3)電容器的串聯和並聯
(4)電介質的影響和有關物理量
(5)靜電能(electrostatic energy)
(6)雷電
練習題
III.靜電學(二):電流、電阻、電動勢、電路
(A)電流密度(electric current density)和電流(electric current)
(1)電流密度J
(2) J和横切面積的關係,電荷守恆
(3)電流源
(B)電阻R、電阻率ρ、導電率σ
(1)電阻是怎麼來的?
(2電阻R與電壓V和電流I的關係,Ohm定律
(3)電阻的連接法
(4)重看Ohm定律,導電率σ
(C)電動勢(electromotive force),電能
(1)電池──非電能轉換成電能的装備
(2)電路內的電能轉換情形,家電用品
(3)電流和能量守恆
(4)電阻的利弊
(D)電路(circuit)
(1)穩定電流電路
(2)RC電路
(3)安培計和伏特計
練習題
IV.靜電學與人體
(A)人體
(1)細胞
(2)新陳代謝(metabolism)
(3)細胞膜的功能
(B)神經系統
(C)神經如何傳遞信號?
(1)運對神經構造
(2)運動神經對刺激的反應,傳遞信息
(D)信息傳遞的RC電路模型
(1)軸索的電阻Ra和電流Ia
(2)軸索膜電容和模擬電路(analog circuit)
(E)心的跳動(縮張)和脈搏
(1)心臟(heart)
(2)操作組織及過程
(3)人體的自禦能力
V.靜磁學:磁荷、磁場、Biot-Savart和Ampere定律、Hall效應
(A)什麼叫靜磁學呢(magnetostatics)?
(1)什麼是磁性?
(2)磁場(magnetic field)和磁力線(magnetic field lines)
(3)有沒有磁動勢(讓我們造個字稱作magnetomotive force)?
(B)天然磁鐵以外的磁場
(1)Biot-Savart定律
(2)Ampere定律,Ampere力
(3)磁偶極短(magnetic dipole moment)
(4)核磁共振(muclear magnetic resonance≡NMR)
(C)電荷q在外磁場Bext下的運動
(1)Lorentz力
(2)Lorentz力的一些有用例子
(3)動量和角動量守恆問題
 (D)Hall效應
(1)帶電體為負電時的Hall效應,如圖7-35(b)
(2)帶電體為正電時的Hall效應,如圖7-35(c)
(3) Hall效應的用處
(E)簡單地比較靜電學和靜磁學
練習題
VI.物質的電磁性
(A)物質
(B)物質呈現的電學現象
(1)電極化向量P(electric polarization vector)
(2)介電常數ke,電極化率χe
(C)磁性物質(磁介質)呈現的磁學現象
(1)磁荷
(2)磁性物質的磁化,磁化向量(magnetization vector)M
(3)介磁常數(magnetic substance(material)constant)km,磁化率(magnetic susceptibility) Xm
(4)順磁、鐵磁以及抗磁物質
(5)磁滯現象(magnetic hysteresis),電滯現象(electric hysteresis)
(D)物質(電介質、磁性物質)對電磁場的非線性反應
練習題
VII.Faraday定律
(A)複習及檢討
(1)靜電學←→有電場E,沒磁場B且▽×E
(2)靜磁學←→有磁場B,沒電場E且▽・B=0
(3)檢討
(B)電磁感應
(1)Faraday的實驗
(2)Faraday的「力線(lines of force)」想法
(3)Faraday定律,Lenz定律,能量守恆
(C)Faraday定律的內涵
(1)電磁感應和座標系的關係,相對運動
(2)Faraday定律的另一種表示式,時間空間的對等性
(D)靜電場ES和感應電場Eind的比較
練習題
VIII.自感應和互感應、電磁振動、交流電
(A)自感應(self induction)、互感應(mutual induction)、電感(inductance)
(1)電感是什麼?
(2)自電感(self inductance),互電感(mutual inductance)
(B)電路內配件間的能量交換,電磁振動
(1)RL電路
(2)RC電路
(3)LC電路
(i)移走電源
(ii)各配件上的能量
(ii)比較LC電路和簡諧運動(如表7-9),LC電路的電容器C和電感器L的功能(如表7-10)
(4)RLC電路
(a)接上電源←→圖7-46(a)
(b)求瞬變解qc(t)(參見附錄(E)的〔Ex.1〕
(c)式(7-87a)的一般解
(5)力學和電磁學的相似性
(C)交流電(alternating current)
(1)交流電路電阻R上的電流 (t)和電勢差(電壓) (t)
(2)交流電路電感器L上的電流 (t)和兩端的電勢差 (t)
(3)交流電路電容器C上的電流 (t)和電勢差 (t)
(4)RLC串聯的交流電路
(a)用圖解法求電路上的電流i (t)
(b)交流電路消耗的電功率p
(c)用數學處理RLC交流電路
(D)討論:瞬變效應,共振現象,品質因子(quality factor)
(1)瞬變效應(transient effect)
(2) > 之後
(3)共振現象
(4)品質因子(quality factor)
練習題
IX.總結電磁學定律、Maxwell方程組、電磁波
(A)Ampere-Maxwell定律
(1)Maxwell如何想到位移電流
(2)對稱性的奧妙
(3)電流的連續性
(B)經典電磁學理論(Maxwell的電磁學理論)
(1)Maxwell方程組
(2)電磁波(electromagnetic wave)
(a)電磁波的物理意義
(b)數學演算,真空時的Maxwell波動方程組
(c)驗證電磁波
(3)正弦電磁波的電場E和磁場B的大小關係
(4)電磁波如何傳遞能量
(5)正弦波電磁場的總能U和電磁場的動量大小 的關係
(i)輻射力(radiation force)
(ii)輻射壓力(radiation pressure)或簡稱輻射壓
(iii)電磁場的動量  
(iv)摘要
(C)經典電磁學的本質
(1)Maxwell方程組的内涵
(2)電磁學的四維空間及其特徵
(3)慣性座標系間的變換,Galilei和Lorentz變換
(i)Galilei變換
(ii)Lorentz變換(Lorentz transformation)
(iii)相對速度的極限,或速度的極限
(4) Doppler效應
(5)Maxwell電磁理論的使用範圍
(D)心電圖,腦電圖或腦波圖
(1)心電圖(electrocardiogramECG,或EKG),心肌梗塞
(2)腦電圖(electroencephalogram EEG),腦死和植物人
(E)Maxwell在電磁學以外的重要貢獻,Marwell分子渦旋理論簡介
練習題
本章的主要內容(MKSA制)
參考文獻和註解

第8章 光學
I.回顧光學史
(A)光是什麼?
(B)中國人在人類光學史上的貢献
(1)夏(2100~1600 B.C.)、商(1600~1028 B.C.)到西周(1027〜771 B.C.)
(2)春秋戰團(772~221 B.C.)到漢代(206 B.C.~220 A.D.)
(3)魏(220~265)、晉(265~420)、南北朝(420~581)到宋代(960~1279)
(4)元(1271~1368)、明(1368~1644)、清(1644~1911)時期
(C)西洋在人類光學史上的貢獻
(1)幾何光學
(2)物理光學
(3)光速和以太
(4)光的本性
(5)20世纪的光學或稱近代光學
II.光就是電磁波
(A)確定光是電磁波
(B)電磁波和以太(ether)
(C)電磁場的粒子性一面
III.幾何光學
(A)光的反射
(B)光的折射
(1)全反射
(2)色散
(C)反射和折射的應用
(1)像
(2)球面鏡
(3)薄透鏡(thin lens)
(4)像差
(5)人眼
(6)簡單的光學儀器
練習題
IV.物理光學
(A)干渉
(1)干涉是什麼?
(2)Young 的雙狹縫干涉實驗
(3)相干光(coherent light),非相干光(incoherent light)
(4)雙狹縫的干涉光強
(5) Huygens原理(Huygens’ principle)
(6)薄膜的干涉(interference from thin film)現象
(B)繞射(衍射)
(1)繞射(衍射)是什麼?
(2)單圓孔(a circular aperture)繞射
(3)單狹縫繞射
(4)雙狹縫讓射
練習題
(C)非波動光學
(1)光與物質的相互作用
(a)吸收(absorption)
(b)光的偏振(polarization of light)
(c)輻射(radiation)
(2)雷射及其應用
(a)原子構造簡介(進一步内容參見第10章〈近代物理I〉)
(b)雷射原理
(c)雷射的應用
本章的主要内容
參考文獻和註解

第9章 狹義相對論
I.歷史背景
(A)牛頓力學的時空以及牛頓的相互作用觀念
(1)Galilei的相對性原理和Galilei變換(Galilean transformation)
(2)牛頓的相互作用觀念
(B)19世紀的物理學遇到的一些問題
(1)時間和空間問題
(2)質量和能量問題
II.進一步探討Maxwell電磁學理論
(A)波動現象,Lorentz變換
(B)Minkowski空間
III.1905年狹義相對性理論如何誕生?
(A)同時性
(B)長度(空間)和時間的相對性
(C)固定系和相對於它做等速運的座標系間的座標和時間變換
(D)長度收縮(length contraction)和時間膨脹(time dilation)
(E)速度的轉換
IV.相對論力學
(A)質量問題
(B)動量及其變換
(C)質量能關係和自由粒子的總能量E
(1)動能
(2)質量與能量的關係
(3)自由粒子的總能量E和動量p的關係
練習題
本章的主要內容
參考文獻

附錄
物理常數(量)表(MKSA)制
G.電磁勢和慣性系間的電磁場變換──MKSA制
索引
 

詳細資料

  • ISBN:9789571162973
  • 規格:平裝 / 488頁 / 16k / 19 x 26 x 2.44 cm / 普通級 / 單色印刷 / 3版
  • 出版地:台灣

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