费曼物理学讲义:新千年版（第2卷）

阐述物理学全貌的经典讲义，历久弥新的大师之作

《费曼物理学讲义》对物理学的全貌进行了细致、富有见地的阐述。全书物理概念、理论框架清晰，讲述生动，富有启发性，拥有同类教材无法企及的深度和广度。全书涵盖牛顿力学、统计物理、麦克斯韦电动力学以及量子力学等内容，不仅对于物理系学子是优秀的教材，对于每一个试图理解现代物理的读者都是不可多得的经典读物。
第 2 卷集中讲述电磁学，主要内容有：静电学与高斯定律；磁场；感应定律；麦克斯韦方程组及其在各种情况下的解；场的洛伦兹变换；铁磁性；弯曲时空等。

费曼(Richard Feynman)：量子电动理论的开拓者、1965年诺贝尔物理学奖获得者，“费曼图”“费曼规则”“费曼振幅”等概念因其而得名，提出了量子力学的路径积分形式，对整个物理学的发展产生了重要影响。
莱顿(Robert Leighton)：加州理工学院物理学教授。
桑兹(Matthew Sands)：加州理工学院物理学教授。

第１章电磁学1
§１１电力1
§１２电场和磁场3
§１３矢量场的特征4
§１４电磁学定律6
§１５场是什么10
§１６科学技术中的电磁学12
第２章矢量场的微分运算13
§２１对物理学的理解13
§２２标量场和矢量场——T与h
14
§２３场的微商——梯度16
§２４算符 19
§２５ 的运算20
§２６热流的微分方程21
§２７矢量场的二阶微商22
§２８陷阱25
第３章矢量积分运算27
§３１矢量积分；ψ的线积分27
§３２矢量场的通量29
§３３来自小立方体的通量；
高斯定理31
§３４热传导；扩散方程33
§３５矢量场的环流35
§３６围绕一正方形的环流；
斯托克斯定理36
§３７无旋度场与无散度场38
§３８总结39
第４章静电学41
§４１静电41
§４２库仑定律；叠加原理42
§４３电势44
§４４E＝－46
§４５E的通量48
§４６高斯定理；E的散度51
§４７带电球体的场52
§４８场线；等势面52
第５章高斯定律的应用55
§５１静电学就是高斯定律加……
55
§５２静电场中的平衡55
§５３有导体时的平衡56
§５４原子的稳定性57
§５５线电荷的场57
§５６面电荷；平行板58
§５７带电球体；球壳60
§５８点电荷的场是否精确
为１/r２60
§５９孤立导体的场63
§５１０导体空腔内的场64
第６章在各种情况下的电场66
§６１静电势的方程组66
§６２电偶极子67
§６３矢量方程述评69
§６４偶极子势的梯度表示70
§６５任意电荷分布的偶极子近似
72
§６６带电导体的场74
§６７镜像法74
§６８导电平面附近的点电荷75
§６９导电球体附近的点电荷77
§６１０电容器与平行极板78
§６１１高（电）压击穿80
§６１２场致发射显微镜81
第７章在各种情况下的电场（续）83
§７１求静电场的各种方法83
§７２二维场；复变函数84
§７３等离子体振荡88
§７４电解质内的胶态粒子90
§７５栅极的静电场93
目录第８章静电能95
§８１电荷的静电能；均匀带电球
95
§８２电容器的能量；作用于带电
导体上的力96
§８３离子晶体的静电能99
§８４核内的静电能101
§８５静电场中的能量104
§８６点电荷的能量107
第９章大气中的电学109
§９１大气的电势梯度109
§９２大气中的电流110
§９３大气电流的来源112
§９４雷暴雨113
§９５电荷分离的机制116
§９６闪电119
第１０章电介质122
§１０１介电常量122
§１０２极化矢量P124
§１０３极化电荷124
§１０４有电介质时的静电方程组
127
§１０５有电介质时的场和力129
第１１章在电介质内部132
§１１１分子偶极子132
§１１２电子极化强度132
§１１３极性分子；取向极化135
§１１４电介质空腔里的电场137
§１１５液体的介电常量；克劳
修斯莫索提方程139
§１１６固态电介质140
§１１７铁电现象；ＢａＴｉＯ３141
第１２章静电模拟145
§１２１相同的方程组具有相同
的解145
§１２２热流；无限大平面边界附近的
点源146
§１２３绷紧的薄膜149
§１２４中子扩散；均匀媒质中的
均匀球形源151
§１２５无旋流体的流动；从球旁
经过的流动154
§１２６照度；对平面的均匀照明
156
§１２７自然界的“基本统一性”157
第１３章静磁学159
§１３１磁场159
§１３２电流；电荷守恒159
§１３３作用于电流上的磁力161
§１３４恒定电流的磁场；安培定律
162
§１３５直导线与螺线管的磁场；
原子电流163
§１３６磁场与电场的相对性165
§１３７电流与电荷的变换170
§１３８叠加原理；右手定则171
第１４章在各种不同情况下的磁场
173
§１４１矢势173
§１４２已知电流的矢势176
§１４３直导线177
§１４４长螺线管178
§１４５一个小电流回路的场；磁偶
极子180
§１４６电路的矢势182
§１４７毕奥萨伐尔定律182
第１５章矢势184
§１５１作用于一电流回路上的力；
偶极子能量184
§１５２机械能与电能186
§１５３恒定电流的能量189
§１５４B与A的对比190
§１５５矢势与量子力学192
§１５６对静态是对的而对动态
将是错的198
第１６章感生电流201
§１６１电动机与发电机201
§１６２变压器与电感204
§１６３作用于感生电流上的力206
§１６４电工技术210
第１７章感应定律213
§１７１感应的物理过程213
§１７２“通量法则”的一些例外215
§１７３感生电场使粒子加速；电子
感应加速器216
§１７４一个佯谬218
§１７５交流发电机219
§１７６互感222
§１７７自感224
§１７８电感与磁能225
第１８章麦克斯韦方程组230
§１８１麦克斯韦方程组230
§１８２新的项是如何起作用的232
§１８３全部经典物理学234
§１８４行移场235
§１８５光速238
§１８６求解麦克斯韦方程组；势和
波动方程239
第１９章最小作用量原理243
§19１专题演讲(完全按演讲记录付
印)243
§19２演讲后补充的一段笔记258
第２０章麦克斯韦方程组在自由空间
中的解259
§２０１自由空间中的波；平面波
259
§２０２三维波266
§２０３科学的想象268
§２０４球面波270
第２１章有电流和电荷时麦克斯韦
方程组的解275
§２１１光与电磁波275
§２１２由点源产生的球面波276
§２１３麦克斯韦方程组的通解278
§２１４振荡偶极子的场280
§２１５运动电荷的势；李纳和
维谢尔通解284
§２１６匀速运动电荷的势；洛伦
兹公式287
第２２章交流电路290
§２２１阻抗290
§２２２发电机294
§２２３理想元件网络；基尔霍夫
法则297
§２２４等效电路300
§２２５能量302
§２２６梯形网络303
§２２７滤波器305
§２２８其他电路元件308
第２３章空腔共振器312
§２３１实际电路元件312
§２３２在高频时的电容器314
§２３３共振空腔318
§２３４腔模321
§２３５空腔与共振电路323
第２４章波导326
§２４１传输线326
§２４２矩形波导329
§２４３截止频率331
§２４４导波的速率333
§２４５导波的观测334
§２４６波导管334
§２４７波导模式337
§２４８另一种看待导波的方法337
第２５章用相对论符号表示的电动力学
341
§２５１四维矢量341
§２５２标积343
§２５３四维梯度346
§２５４用四维符号表示的电动
力学349
§２５５运动电荷的四维势350
§２５６电动力学方程组的不变性
351
第２６章场的洛伦兹变换353
§２６１运动电荷的四维势353
§２６２匀速点电荷的场355
§２６３场的相对论变换358
§２６４用相对论符号表示的
运动方程364
第２７章场的能量和场的动量368
§２７１局域守恒368
§２７２能量守恒与电磁学369
§２７３电磁场中的能量密度和
能流370
§２７４场能的不确定性373
§２７５能流实例374
§２７６场的动量377
第２８章电磁质量381
§２８１点电荷场的能量381
§２８２运动电荷场的动量382
§２８３电磁质量383
§２８４电子作用于其自身上的力
384
§２８５改进麦克斯韦理论的尝试
387
§２８６核力场393
第２９章电荷在电场和磁场中的运动
395
§２９１在匀强电场或匀强磁场中
的运动395
§２９２动量分析395
§２９３静电透镜397
§２９４磁透镜398
§２９５电子显微镜398
§２９６加速器中的导向场399
§２９７交变梯度聚焦法402
§２９８在交叉的电场和磁场中的
运动404
第３０章晶体的内禀几何405
§３０１晶体的内禀几何405
§３０２晶体中的化学键407
§３０３晶体生长407
§３０４晶格408
§３０５二维对称性409
§３０６三维对称性412
§３０７金属强度414
§３０８位错与晶体生长415
§３０９布拉格奈晶体模型416
第３１章张量417
§３１１极化张量417
§３１２张量分量的变换419
§３１３能量椭球420
§３１４其他张量；惯量张量423
§３１５叉积425
§３１６应力张量426
§３１７高阶张量429
§３１８电磁动量的四维张量430
第３２章稠密材料的折射率433
§３２１物质的极化433
§３２２在电介质中的麦克斯韦
方程组435
§３２３电介质中的波437
§３２４复折射率440
§３２５混合物的折射率441
§３２６金属中的波442
§３２７低频近似与高频近似；趋肤
深度与等离子体频率444
第３３章表面反射448
§３３１光的反射与折射448
§３３２稠密材料中的波449
§３３３边界条件452
§３３４反射波与透射波455
§３３５金属上的反射460
§３３６全内反射461
第３４章物质的磁性464
§３４１抗磁性和顺磁性464
§３４２磁矩与角动量466
§３４３原子磁体的进动467
§３４４抗磁性468
§３４５拉莫尔定理470
§３４６经典物理不会提供抗磁性
或顺磁性471
§３４７量子力学中的角动量472
§３４８原子的磁能474
第３５章顺磁性与磁共振476
§３５１量子化磁态476
§３５２斯特恩格拉赫实验478
§３５３拉比分子束法479
§３５４大块材料的顺磁性482
§３５５绝热退磁冷却法485
§３５６核磁共振486
第３６章铁磁性489
§３６１磁化电流489
§３６２H场494
§３６３磁化曲线495
§３６４铁芯电感497
§３６５电磁铁499
§３６６自发磁化501
第３７章磁性材料507
§３７１已知的铁磁性507
§３７２热力学性质510
§３７３磁滞回线512
§３７４铁磁材料517
§３７５特殊磁性材料518
第３８章弹性学522
§３８１胡克定律522
§３８２均匀应变523
§３８３扭转的棒；剪切波527
§３８４弯曲的梁531
§３８５弯折534
第３９章弹性材料536
§３９１应变张量536
§３９２弹性张量539
§３９３在弹性体中的运动542
§３９４非弹性行为545
§３９５计算弹性常量547
第４０章干水的流动552
§４０１流体静力学552
§４０２运动方程553
§４０３定常流——伯努利定理557
§４０４环流561
§４０５涡线563
第４１章湿水的流动566
§４１１黏性566
§４１２黏性流动569
§４１３雷诺数570
§４１４经过一圆柱体的流动572
§４１５零黏性极限575
§４１６库埃特流动576
第４２章弯曲空间579
§４２１二维弯曲空间579
§４２２三维空间的曲率584
§４２３我们的空间是弯曲的585
§４２４时空中的几何学587
§４２５引力与等效原理587
§４２６在引力场中钟的快慢588
§４２７时空的曲率591
§４２８在弯曲时空中的运动
592
§４２９爱因斯坦的引力理论594
索引596
附录602

２０世纪６０年代初，美国一些理工科大学鉴于当时的大学基础物理教学与现代科学技术的发展不相适应，纷纷试行教学改革，加利福尼亚理工学院就是其中之一。该校于１９６１年９月至１９６３年５月特请著名物理学家费曼主讲一二年级的基础物理课，事后又根据讲课录音编辑出版了《费曼物理学讲义》。本讲义共分3卷，第１卷包括力学、相对论、光学、气体分子运动论、热力学、波等，第２卷主要是电磁学，此外还有弹性、流体的流动及弯曲空间等内容，第３卷是量子力学。全书内容十分丰富，在深度和广度上都超过了传统的普通物理教材。

当时美国大学物理教学改革试图解决的一个主要问题是，基础物理教学应尽可能反映近代物理的巨大成就。《费曼物理学讲义》在基础物理的水平上对２０世纪物理学的两大重要成就——相对论和量子力学——作了系统的介绍，对于量子力学，费曼教授还特地准备了一套适合大学二年级水平的讲法。教学改革试图解决的另一个问题是按照当前物理学工作者在各个前沿研究领域所使用的方式来介绍物理学的内容。在《费曼物理学讲义》一书中对一些问题的分析和处理方法，反映了费曼自己以及其他在前沿研究领域工作的物理学家所通常采用的分析和处理方法。全书对基本概念、定理和定律的讲解不仅生动清晰、通俗易懂，而且特别注重从物理上做出深刻的叙述。为了扩大学生的知识面，全书还列举了许多基本物理原理在各个方面（诸如天体物理、地球物理、生物物理等）的应用，以及物理学的一些最新成就。由于全书是根据课堂讲授的录音整理编辑的，它在一定程度上保留了费曼讲课的生动活泼、引人入胜的独特风格。

《费曼物理学讲义》从普通物理水平出发，注重物理分析，深入浅出，避免运用高深繁琐的数学方程，因此具有高中以上物理水平和初等微积分知识的读者阅读起来不会感到十分困难。至于大学物理系的师生和物理工作者更能从此书中获得教益。为此我们特将此书译成中文，以飨读者。

原书第一版发行后，深受广大读者欢迎。１９８９年，为了纪念费曼教授逝世一周年，编者重新出版了本书，并加了新的序言及介绍费曼生平的短文。本卷在课程内容上则增加了弯曲空间一章，使得《费曼物理学讲义》这套书的内容更为完整。2010年，编者根据五十多年来世界各国在阅读和使用本书过程中提出的意见，对全书（三卷）存在的错误和不当之处（885处）进行了订正，并使用新的电子版语言和现代作图软件对全书语言文字、符号、方程及插图进行重新编辑出版，称为新千年版。本书就是根据新千年版翻译的。

本书中的费曼自序由郑永令在吴子仪译稿的基础上重译，前言由李洪芳翻译，潘笃武校阅，关于费曼和《费曼物理学讲义》另序以及新千年版序言由潘笃武翻译。本卷正文由李洪芳、钟万蘅在王子辅译稿的基础上重新翻译，第４２章由郑永令校阅。由于译者水平所限，错误在所难免，欢迎广大读者批评指正。
译者
2012年11月