性媒质内散射的普遍理论、散射的细致平衡远离、频率改变小的散射、气体和液体内的瑞利散射、临界乳化、非晶固体内的散射等;第十六章为晶体内的X射线衍射,分别介绍了X射线衍射的普遍理论、积分强度、X射线的扩散式热散射等。 (4)该书特色
本书介绍了电动力学的基本概念,详解了电磁学涉及的众多物理内容,也涉及到当时的前沿知识。书中对一些基本概念讲述的非常清楚,让人一目了然,并且归纳总结了众多的电磁物理现象,这在其他教材中是很少见的。本书习题设计由浅入深,能够帮助学生进一步理解所学内容,并通过较难题目的解答,提高对电动力学的认识。此外本书并没有设计复杂的数学推到,没有常见的电动力学教程中浓厚的数学味道,简单从物理角度出发,使学生易看易懂。
(5)该书值得商榷之处或不足之处
本书是苏联著名物理学家Landau编著的《理论物理教程》中的一个分卷,详细介绍了电动力学的基本理论和经典应用。本书中假设了读者具有了一定的数学基础,因此开篇并没有详尽的介绍矢量计算等电动力学必备的数学概念。这对于没有接触过此类学习的本科生初次学习,带来了很大的难度。并且作为电动力学中的另外一个重要组成部分:狭义相对论,在书中也没有涉及。
此外,要全面学习电动力学,还需要阅读Landau《理论物理教程》中的另外一卷:《The Classical Theory of Fields》作为补充。当然只是需要学习该书的电磁场部分(除此之外是广义相对论的内容)。当然该书的起点要求也很高,大致结构是从狭义相对论的基本假设开始导出四维形式的Lorentz变换,由间隔猜出自由单粒子的作用量,再在作用量中逐步引入粒子与场的作用项和场的自作用项,并在此过程中导出Maxwell方程组,后面按照普通的电动力学教程展开。看这本书时,了解“电磁场可以用势来描述”是必须的。因此学习Landau的电动力学教程需要综合上述这两本教材,并且具备一定的基础。这些更适合研究生的学习研究,在本科教学中采用此教材是不太适合的。
由于在80年代出版,对当代的一些前沿问题没有涉及,书中的符号公式有些和现代的书籍中的表述方式不同,并且排版装帧也没有那么精良。 2.美国著名大学《电动力学》主流教材的整体评价
电动力学是大学本科物理专业的一门支柱课程。它和理论力学、热力学和统计物理以及量子力学一起通常称为:“四大力学”,构成对学生进行基础物理学理论知识训练的核心,也是进一步学习更高等的基础课和各类专业课必不可少的准备知识。在自然界已知的四种相互
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作用力(引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力)中,电磁力使我们了解的最清楚的。它在我们日常的生活与生产活动以及各类技术的进步中起着质疑的支配作用。而电动力学正是介绍电磁规律的理论课程。因此,它不仅是物理专业本科生的必修课,也是范围越来越广的理工科学生选修的课程。
美国是当今物理科学乃至各项科技科学最为先进的国家之一,很多世界著名的物理学家都是来自于美国,每年的诺贝尔奖获得者也都有美国大学的贡献。可以说,美国高校为世界科技的发展输送了很多出色的科学家,这些同美国高校重视基础教育是密不可分的。同样,在诸多著名的美国高校内,“四大力学”也是物理类本科生的必修课程之一。借鉴学习美国的教材有利于提高我国高校的教学水平,提升学生的学习能力和对物理本质的深刻理解。在美国,许多物理类教材都属于“包罗万象”式,教科书都是厚厚的一本,因此其不可能在有限的学时内逐节讲授,需要教授另写教案,以组织课堂教学。但是不同物理分支的教材具有多样性,在课堂讲授之外,学生可以根据自己的程度和兴趣有所选择。
具体到《电动力学》教材,它即具有美国教材的普遍特点,也有其自身的独特之处。首先在教材种类上,美国教材中适合本科生学习的电动力学教材并不多见,这与“四大力学”的其他分支学科很不一样,在其他学科中很容易就可以找到适合各种程度、风格各异的外文教材。而且《电动力学》教材多数都是以研究生为阅读对象的,其内容的深度和广度都不适合本科生的学习阅读。在前面我们分析的三本美国教材中,除了David J. Griffiths的《Introduction to Electrodynamics(第三版)》,另外两本教材均属于适合研究生阅读的教材。其次,在教材内容上,编写全面翔实、宽泛、具有时代感。以前面我们分析的三本教材为例,三本教材都涵盖了电动力学的基本概念原理,并且根据电动力学需要数学基础较多的特点,在Griffiths和Jackson的教材中,在开篇都有很特别讲解数学内容的章节。教材在编写内容上由浅入深,从最基本的静电学、静磁学入手到电磁波的传播再到狭义相对论等等,是读者在学习中由易到难,易于掌握。另外关于电动力学的一些扩展概念,例如国内教材中很少设计的“电磁流体力学”等概念,这些教材中也都有所介绍,方便学生有选择的学习和研究生作为研究参考之用。美国的电动力学教材中,往往都会涉及编写年代的一些新科技新技术,具有时代新鲜感。当然,有些书籍编写年代久远,已经不适合我们当代学生的需求。再次,在教材图表装帧方面,美国的教材大多装帧精美,书中图表众多,绘制的也很直观清晰。这些都有利于学生从图像的角度直观理解物理概念。而且,在教材最后,绝大多数书籍都会附有电动力学基本名词索引,方便读者今后的查阅。这在我国教材中是很少见的。最后在习题设计方面,同我国教材类似,多数教材都会在每章最后布置若干思考题。这些题目由
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易入难逐步帮助学生深入理解所学的内容,对于一些难度较大的题目,有些作者还附有答案或者提示。但是,有些教材中的题目(例如Jackson教材)难度过大,过于依赖数学技巧而不是体现物理本质,这些给学生解答带来了很大的困难,也打击了学生学习的热情和主动性。
总之,美国的众多《电动力学》教材的编写基本上都是以学生为中心,教材只是教学信息的载体。在编写全面宽泛的教材内容中,有教师选择讲解、学生根据兴趣扩展学习,这激发了学生的学习兴趣,也乐于接受这些物理知识。而且电动力学的教材编写起点往往较高,需要学生在学习之前具有一定的数学和电磁学只是储备。另外,作者们都很注重近代与经典的融合,在介绍经典物理知识的同时,也及时渗透写作时代的物理学新观点、概念和方法。使学生感受到近代的科技氛围。这些教材中也很重视提高学生的实际解决问题能力,对于具体的电磁场求解问题,作者们详细的介绍各种运算技巧和运算手段,为学生在今后的科研、科技生产中提供了良好的训练。上述这些特点都会为我们今后编写《电动力学》教材、讲授课程提供很好的借鉴。
3. 中国著名大学《电动力学》主流教材的内容特点
3.1国内教材之一——郭硕鸿《电动力学(第三版)》教材的内容特点 (1) 前言
郭硕鸿编著的《电动力学》是国内具有代表性的经典电动力学教材之一。该教材以作者在中山大学物理系讲授电动力学时所编的讲义为基础,根据1977年10月全国高等学校理科物理教材会议制订的教材编写大纲编写而成,并于1979年由高等教育出版社出版,1997年第二次出版。在这个领域里,郭先生以其“清晰的物理概念,直观的物理思维,简洁的数学推导,惜字如金的语言表达”把电磁相互作用理论讲授得明晰透彻,令他一代又一代的学生,获益殊深。郭先生的《电动力学》教材(高等教育出版社),更以结构精炼严谨,阐述清晰深刻文字简明流畅,适应学科发展且难易适中而取胜,1988年获国家教委高等学校优秀教材一等奖。30多年来,郭先生的《电动力学》在国内一直拥有广泛而深厚的影响,被国内许多高校选为电动力学课程的主讲教材或主要参考书,让中国许多大学一届又一届的物理学生,均能从中受惠。仅第二版自1997年至2008年,发行量就高达40余万册(高等教育出版社提供的数据)。 2006年,为适应学科发展与教学实践需要,既要重视基本理论教学,又能扩展学生视野、引导学生关注学科前沿发展动态、训练学生提出问题和解决问题的能力、激励学生的创新精神、为指导学生开展科研实践训练打下良好基础,于2008年出版了郭硕鸿著,黄迺本、李志兵、林琼桂修订的《电动力学》第三版(北京:高等教育出版社,2008),本版被评为“十一五”国家级规划教材。被目前我国众多高校当作《电动力学》的讲授教材使
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用。第三版在保持原书精炼、严谨的整体结构基础上,除对个别地方做出修改与校订外,主要的改动有:改写了“超导体的电磁性质”,增加了伦敦理论中超导电流与矢势的局域关系、指出伦敦局域理论所给出的磁场在超导体内的穿透深度与实验结果的偏离,增加了皮帕德非局域修正;新增了“光子晶体”、“光学空间孤子”和“原子光陷阱”等近年研究的热点内容。本教材要求的教学工具主要是矢量分析和数学物理方程,要求读者在掌握这些数学知识的基础上进行学习,在教材中不进行这方面详细的数学问题讨论。 (2)作者简介
郭硕鸿,教授。广东中山人。1928年7月生,中山大学物理系教授,博士生导师(1981年起任)。第六届全国人大代表。1950年毕业于岭南大学物理系。1980年赴美国加利福尼亚大学洛杉矶分校进行基本粒子的研究。历任中山大学副教授、教授,国家教委高等学校理科物理教材编审委员会委员,全国高等教育自学考试指导委员会物理专业委员,高能物理学会理事。从事基本粒子理论的研究。他与人合作在“经典规范场理论研究”中,用规范不变性首次严格计算了下介子的辐射衰变;对非阿贝尔规范场的磁单极给出无奇异弦的解析表达式;在格点规范理论系统研究中发展了哈密顿变分法,提出了保持连续极限的截断本征方程方法。在格点规范理论研究方面属国内领先,达到国际先进水平。科研成果多次获得国家及省部级自然科学奖。所著的《电动力学》获国家教委高等学校优秀材料一等奖。 (3)教材总体架构与内容简介
全书分为七章,在电磁学的基础上,系统阐述电动力学的基本理论,着重于电磁现象的基本规律、物理概念和方法的论述。教材中附有一定数量的例题和习题,使读者对电动力学在各方面的应用能有一定的了解。具体的,第一章为电磁现象的普遍规律,分别介绍了电荷和电场、电流和磁场、麦克斯韦方程组、介质的电磁性质、电磁场边值关系、电磁场的能量和能流等;第二章为静电场,分别介绍了静电场的标势及其微分方程、唯一性定理、拉普拉斯方程、镜象法、格林函数、电多极矩等;第三章为静磁场,分别介绍了矢势及其微分方程、磁标势、磁多极矩、阿哈罗诺夫-玻姆效应、超导体的电磁性质等;第四章为电磁波的传播,分别介绍了平面电磁波、电磁波在介质界面上的反射和折射、有导体存在时的电磁波的传播、谐振腔、波导、高斯光束和等离子体等;第五章为电磁波的辐射,分别介绍了电磁场的矢势和标势、推迟势、电偶极辐射、磁偶极辐射和电四极辐射、天线辐射、电磁波的衍射和电磁场的动量等;第六章为狭义相对论,分别介绍了相对论的实验基础、相对论的基本原理、洛仑兹变换、相对论的时空理论、相对论理论的四维形式、电动力学的相对论不变性、相对论力学、电磁场中带点粒子的拉格朗日量和哈密顿量等;第七章为带电粒子和电磁场的相互作
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