Electromagnetic Vibrations, Waves, and Radiation pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:The MIT Press

作者:George Bekefi

出品人:

页数:680

译者:

出版时间:1977-09-15

价格:USD 65.00

装帧:Paperback

isbn号码:9780262520478

丛书系列:

图书标签:

• 【教材】
• 物理
• Physics
• Electromagnetics
• Vibrations
• Waves
• Radiation
• Antennas
• Electromagnetic Theory
• Wave Propagation
• Engineering Electromagnetics
• Physics
• Applied Physics

《光学原理与应用：从光子到宇宙》 本书是一部全面探索光学世界的著作，旨在为读者构建一个从微观光子行为到宏观宇宙现象的清晰、连贯的理解框架。我们深入剖析光的本质、传播规律及其在各个领域的广泛应用，通过严谨的理论阐述和翔实的实例分析，揭示光学这门迷人学科的深刻内涵。 第一篇：光的本质与基本性质 本篇将带领读者走进光的微观世界，探究其最为根本的属性。 光子的诞生与行为： 我们将从普朗克的能量量子化概念出发，详细介绍光子的概念及其作为基本粒子在能量和动量传递中的作用。通过对黑体辐射、光电效应和康普顿散射等经典实验的剖析，读者将深刻理解光的粒子性，并了解光子如何相互作用，如何在物质中产生和湮灭。本书将避免枯燥的公式推导，而是侧重于概念的物理直觉构建，通过图示和生动比喻，让复杂的量子现象变得易于理解。例如，我们将用“能量小包裹”来形象地描述光子，并通过模拟实验的描述，展示光子如何与电子发生碰撞并改变方向和能量。 电磁波的演化： 在此基础上，我们将视角转向光的波动性。从麦克斯韦方程组的简明扼要阐述（侧重于其物理意义而非数学推导），展示电场和磁场如何相互激发，以波的形式在空间中传播，构成电磁波谱。我们将详细介绍可见光、红外线、紫外线、X射线、伽马射线、微波和射电波等不同波段的特性、产生机制及其在宇宙中的普遍存在。本书将重点阐述波的叠加、干涉和衍射等现象，并通过演示性实验或概念模拟，展现光波的细腻行为。读者将了解为何彩虹会呈现出缤纷的色彩，为何肥皂泡表面会闪耀着迷人的光泽，以及为何通过狭缝的光会“绕道而行”。 光的偏振： 偏振是光波动性的一个重要体现，也是理解光与物质相互作用的关键。本篇将详细介绍线偏振、圆偏振和椭圆偏振的概念，以及产生偏振光的方法，如反射、散射和通过偏振片。我们将探讨偏振光在液晶显示、3D电影技术、偏振显微镜和天文观测等领域的重要应用，并解释为何在特定角度观察水面时会感到眩光，以及为何偏振太阳镜能够有效缓解视觉疲劳。 第二篇：光的传播与成像 本篇将聚焦于光在不同介质中的传播规律，以及如何利用这些规律来构建成像系统。 几何光学：反射与折射的奥秘： 我们将从反射定律和折射定律（斯涅尔定律）出发，构建几何光学的基本框架。通过对平面镜、球面镜和棱镜成像的详细分析，读者将掌握如何绘制光路图，理解像的形成原理，包括虚像与实像、放大与缩小、正立与倒立的区别。我们将深入探讨各种光学元件的成像特性，例如望远镜和显微镜中的透镜组合如何实现远距离观测和微观世界的放大。 透镜成像与像差： 本篇将重点关注透镜在成像系统中的核心作用。我们将详细分析凸透镜和凹透镜的成像特点，以及它们在相机、人眼、放大镜等设备中的应用。为了更真实地还原光学系统的性能，我们将引入像差的概念，包括球差、色差、像散和场曲等。本书将通过图形化示例，清晰地展示这些像差如何影响成像质量，并介绍现代光学设计如何通过优化镜片形状和组合来校正这些缺陷，从而获得清晰锐利的图像。 波动光学：干涉与衍射的应用： 在几何光学的基础上，本篇将回归光的波动性，深入探讨干涉和衍射现象及其在现代科技中的重要应用。我们将详细介绍杨氏双缝干涉实验的原理，以及薄膜干涉、迈克尔逊干涉仪等经典干涉仪的结构和应用，它们在精密测量、光谱分析和光学通信等领域发挥着不可替代的作用。 衍射现象将通过夫琅禾费衍射和菲涅尔衍射的介绍而得到阐述。我们将解释为何通过小孔或不规则边缘的光会发生弯曲，以及衍射光栅如何利用多光束干涉来产生高分辨率的光谱。本书将重点关注全息术的原理，即如何利用光的干涉和衍射信息记录并重建三维图像，并介绍全息技术在防伪、数据存储和艺术领域的潜在价值。 第三篇：光与物质的相互作用 本篇将探讨光与物质之间更为复杂和深刻的相互作用，揭示其在物理、化学和生物学中的广泛影响。 吸收、发射与散射： 我们将从原子和分子的能级结构出发，解释光与物质相互作用中最基本的几种方式：吸收、发射和散射。通过对光谱学的详细介绍，读者将理解物质如何通过吸收特定波长的光来改变其能级状态，以及如何在跃迁回低能级时发射光子。本书将通过分析不同物质的吸收光谱和发射光谱，展示光谱学在物质成分分析、天体化学和生物分子识别中的关键作用。 散射现象将分为瑞利散射和米氏散射进行阐述。我们将解释为何天空是蓝色的（瑞利散射）以及云朵是白色的（米氏散射），并探讨散射在遥感、医学成像（如激光雷达）和材料科学中的应用。 光与材料的相干性： 本篇将聚焦于光与材料相互作用的相干性，特别是激光的产生及其独特性质。我们将详细介绍激光器的工作原理，包括受激辐射、增益介质和谐振腔的作用，并阐述激光的单色性、方向性和相干性等优异特性。本书将通过列举激光在工业加工（切割、焊接）、医疗（手术、诊断）、通信（光纤通信）和科学研究（光谱学、非线性光学）等领域的广泛应用，展示激光作为一种高度可控的光源如何改变了现代科技的面貌。 非线性光学： 随着强激光技术的飞速发展，非线性光学现象日益受到关注。本篇将介绍在强光场作用下，物质的介电常数不再是常数，而是依赖于光强的现象。我们将探讨二次谐波产生、三次谐波产生、参量放大和光致变色等非线性光学效应，并介绍其在光学倍频、光开关、光信号处理和新型功能材料开发中的前沿应用。 第四篇：光与宇宙 本篇将把视角拓展到浩瀚的宇宙，探讨光在天文学和宇宙学中的核心作用。 天体发光机制： 我们将从恒星的核聚变反应出发，解释恒星如何产生巨大的能量并向外辐射可见光和电磁辐射。我们将探讨行星、星云、黑洞等天体的发光或发光机制，以及不同天体发出的光的频谱如何揭示其物理性质、化学组成和运动状态。 宇宙的观测： 光是人类观测宇宙的唯一窗口。本篇将介绍不同类型的天文望远镜，包括光学望远镜、射电望远镜、X射线望远镜和伽马射线望远镜，以及它们如何捕捉来自遥远宇宙的光信号，为我们提供关于宇宙演化、结构和物质分布的宝贵信息。本书将重点介绍宇宙微波背景辐射，这是宇宙大爆炸的“余晖”，也是理解宇宙起源和演化的关键证据。 宇宙的距离测量与演化： 我们将探讨天文学家如何利用各种“标准烛光”（如造父变星、Ia型超新星）和“标准尺”（如宇宙大尺度结构的关联函数）来测量宇宙的距离，并推断宇宙的膨胀速率和年龄。通过分析遥远星系的光谱红移，我们将揭示宇宙正在加速膨胀的奥秘，并探讨暗物质和暗能量在宇宙演化中的作用。 本书特色： 体系完整： 从微观粒子到宏观宇宙，覆盖光学知识的广度和深度。 概念清晰： 采用直观的解释方式，强调物理直觉的培养。 应用广泛： 结合大量实际应用案例，展现光学技术的生命力。 图文并茂： 精心设计的插图和示意图，帮助读者更好地理解抽象概念。 语言生动： 避免刻板的学术术语，力求用通俗易懂的语言进行阐述。 《光学原理与应用：从光子到宇宙》适合光学、物理学、工程学等相关专业的学生，以及对光学科学和技术感兴趣的广大读者。无论您是希望系统学习光学理论，还是想了解光学在现代科技中的作用，本书都将是您不可多得的良师益友。

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我必须承认，这本书的数学严谨性达到了一个令人肃然起敬的水平，它不像某些科普读物那样为了追求易懂而牺牲了精确性，反而是将数学工具视为理解物理本质的必然途径。书中对向量微积分、傅里叶分析乃至格林函数的运用，都展现了作者扎实的数学功底和清晰的物理直觉。更难能可贵的是，作者并未将数学推导束之高阁，而是反复强调这些工具是如何服务于描述电磁现象的——例如，如何利用亥姆霍兹方程来精确刻画特定频率下的场分布，或者如何通过波导模式的本征解来设计传输系统。对于希望深入理解电磁场理论而非仅仅停留在公式记忆层面的读者，这本书无疑是上上之选。每一条公式的推导都像是精心编排的舞蹈，每一步的逻辑跳跃都有着深刻的物理意义支撑。当我合上书页，合上书页，那种被严密逻辑环绕的感觉久久不散，仿佛我已经掌握了驾驭电磁世界的钥匙。它要求读者付出时间去消化和理解，但回报是巨大的——一种对物理规律的深刻而稳固的掌握。

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这部著作的深度和广度着实令人惊叹，它如同一个全景式的画卷，将电磁学的核心概念铺陈开来，让人在阅读的过程中不断感受到知识的厚重感。作者的叙述风格并非那种枯燥的教科书式讲解，而是充满了洞察力和启发性，尤其是在处理那些看似抽象的数学模型时，总能巧妙地引入物理图像，使得复杂的微分方程和边界条件变得触手可及。我特别欣赏它对电磁波传播机制的细致剖析，从最基础的麦克斯韦方程组出发，逐步推导出平面波的性质，再到复杂的介质中传播和散射问题，逻辑链条一气呵成，毫无滞涩。对于我这种需要在实际工程中应用这些理论的读者来说，书中所提供的那些解析解和近似方法无疑是宝贵的工具箱。它不仅仅是知识的堆砌，更像是一份经过精心提炼的智慧结晶，引导读者从微观的场量变化，上升到宏观的能量传输和辐射现象，每一个章节的过渡都显得如此自然而然，让人在不知不觉中完成了从基础到前沿的跨越。那种循序渐进，又步步深入的写作手法，极大地降低了学习曲线的陡峭程度，使我能够以更自信的心态去面对电磁学这门看似高不可攀的学科。

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阅读体验方面，作者采用了非常成熟且富有节奏感的行文结构，这使得即便是面对如此深奥的主题，阅读过程也充满了发现的乐趣，而非枯燥的忍耐。章节的组织脉络清晰可见，前置知识的铺垫非常到位，读者可以很平滑地进入下一个更复杂的知识模块。例如，在讨论平面波在界面反射与折射时，作者会预先复习必要的边界条件，确保读者不会因为遗漏了基础概念而迷失方向。图表的运用更是恰到好处，那些精心绘制的矢量图和物理示意图，极大地弥补了纯文字描述的不足，帮助我们直观地把握场矢量随时间和空间的演化趋势。这不是那种需要反复查阅参考书才能勉强理解的文本，它本身就是一个自洽的、高效率的学习系统。每次阅读完一个关键章节，我总有一种“原来如此”的豁然开朗之感，这正是优秀教材的标志——它们不是简单地传授信息，而是点燃读者的理解之光。

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这本书给我的最大感受是其宏大的视野和对实际应用的深刻洞察力。它没有将电磁学局限在理想的真空或均匀介质中，而是大胆地将讨论延伸到了各种复杂的物理场景——从金属波导的模式耦合，到天线辐射方向图的形成机理，再到电磁兼容性（EMC）中需要考虑的散射和吸收问题。这种“理论指导实践，实践反哺理论”的编排方式，极大地提升了阅读的趣味性和实用价值。我尤其欣赏其中关于“辐射”部分的处理，它不仅仅停留在理论推导上，还非常细致地讨论了偶极子、环形天线等基本辐射源的远场特性，以及如何通过工程手段优化辐射效率和方向性。对于那些希望从纯粹的理论物理跨越到应用电磁工程领域的工程师来说，这本书提供了一个完美的桥梁。它教会我们如何用一套统一的语言去描述从赫兹振子到复杂阵列的所有电磁现象，这种普适性是极其宝贵的财富。

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对于那些已经有了一定电磁学基础，但渴望将知识体系化、系统化的进阶学习者来说，这本书简直是量身定制的。它并没有浪费篇幅在那些早已被嚼烂的基础概念上，而是迅速切入到更具挑战性的领域，例如解析电磁场问题的变分原理、以及更高级的数值方法在处理非解析解问题时的基本思想框架。虽然篇幅不薄，但其内容密度极高，几乎没有一句废话，每一句话似乎都承载着重要的信息量。对我个人而言，它帮助我系统性地梳理了在学习过程中可能存在的知识盲区和理解偏差。它像一位严谨而耐心的导师，不断挑战读者的思维极限，引导我们去探索电磁现象背后更深层次的物理规律和数学本质。这本书的价值在于其深度和完整性，它不仅仅是一本参考书，更像是陪伴我进行一次高强度学术攀登的专业向导。

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