Electricity and Magnetism（电磁学）

引用

Purcell, E. M., & Morin, D. J. (2013). Electricity and Magnetism (3rd ed.). Cambridge University Press.

章节概要

第三版约850页：十一章、习题解答部分（第586–761页）、十一个附录（A–K），以及三个版本的全部序言。戴维·莫林（David Morin）修订了爱德华·珀塞尔（Edward Purcell）50年前首次出版的这本教材，并把本版从高斯单位制改为国际单位制（SI）。出版社介绍说，本书采用“非传统”的思路，把磁性作为一种相对论效应推导出来，数学随所需的物理内容同步引入，宏观现象则由其背后的微观物理推导而来。下面的概要依据章名、各章页数和这段介绍，不涉及各小节的具体内容。

第1章：静电学：电荷与电场

开篇一章（约57页）讲电荷与电场。第2章和第3章继续静电学的脉络，分别讲电势和导体。

第2章：电势

约66页，专讲电势。

第3章：导体周围的电场

约53页，讲导体周围的电场。

第4章：电流

约58页，讲电流。出版社把电路列为本书涵盖的标准主题之一。

第5章：运动电荷的场

约42页，讲运动电荷产生的场。出版社说磁性是作为相对论效应推导出来的，而这一章恰好排在“磁场”一章之前，与这一思路相符；附录G“狭义相对论简要回顾”可用来复习背景知识。

第6章：磁场

约65页，讲磁场，是书中较长的章节之一。

第7章：电磁感应

约46页，讲电磁感应。

第8章：交流电路

约42页，讲交流电路。

第9章：麦克斯韦方程组与电磁波

主要章节中最短的一章（约36页），把麦克斯韦方程组与电磁波放在一起讲。

第10–11章：物质中的电场；物质中的磁场

两章分别约57页和63页，讲物质中的电场和磁场。出版社所说“由背后的微观物理推导宏观现象”适用于这里。

书末：解答与附录

第586–761页是习题解答。附录涉及SI与高斯单位制的差异、常用量的SI单位、单位换算、SI与高斯公式、各单位制之间的精确关系、曲线坐标、狭义相对论简要回顾、加速电荷的辐射、超导、磁共振和常用公式。

核心概念

第1–3章：静电学

• 电荷与电场：第1章“静电学：电荷与电场”的主题。
• 电势：第2章把它作为独立主题讲述。
• 导体：第3章讲导体周围的电场。

第4–6章：电流与磁性

• 电流：第4章。
• 运动电荷的场：第5章，排在磁场一章之前。
• 磁场：第6章。

第7–9章：感应、电路与波

• 电磁感应：第7章。
• 交流电路：第8章。
• 麦克斯韦方程组与电磁波：第9章。

第10–11章与附录：物质与单位

• 物质中的场：电场（第10章）和磁场（第11章）。
• SI与高斯单位制：附录A、D、E对两种单位制进行比较并建立联系。

评析

优点

• 独特的磁学路径。 出版社说明磁性是作为相对论效应推导出来的。在“磁场”之前设有专门讲运动电荷之场的一章（第5章），附录G又提供相对论回顾，这些安排与上述介绍相符。
• 数学随需要引入。 据出版社介绍，数学概念与相关物理主题同步引入，因此读者不必在开始之前学完全部矢量微积分；书中还有一个讲曲线坐标的附录（附录F）。
• 练习充足，且附有解答。 出版社列出592道习题、614幅插图、例题以及每章末尾的应用。部分习题的解答印在书中；H. 亨利·斯特罗克（H. Henry Stroke）在《Physics Today》的书评中说，这些解答约占全书的四分之一，尤其方便自学，是“非常受欢迎的补充”，并提到书中有许多清晰的讲解，以及各章末尾的总结。
• 对单位制的帮助。 由于早先版本使用高斯单位制，五个附录（A–E）说明了二者的差异并给出换算，有助于读者在其他书籍和论文中遇到高斯单位制公式时参考。

局限

• 波与辐射部分较为简略。 电磁波与麦克斯韦方程组共用一章（约36页），加速电荷的辐射、超导和磁共振各只有四五页的附录。如果课程希望更充分地讲授辐射或波，可能需要更高阶的教材。
• 篇幅与背景要求。 十一章约850页，其中数章长达55–66页，需要投入相当多的精力。通过相对论讲磁学也要求读者对狭义相对论有一定熟悉度；附录G提供了8页的回顾。
• 不是物理的初次入门。 出版社称其主题为标准的入门主题，但通常的先修要求（基于微积分的力学和多元微积分）使它适合放在大一物理课程之后，而不是取代它。

在课程中的定位

在电磁学书单中，珀塞尔与莫林是第一门正式的电磁学课程的主教材。有两本书可以在它之前或同时阅读：OpenStax的《University Physics Volume 2》是免费的、基于微积分的入门教材，大半内容从库仑定律讲到电磁波；弗莱施（Fleisch）的《A Student's Guide to Maxwell's Equations》是一本短小的指南，逐条讲解四个方程，适合觉得场的数学较抽象的读者作为温和的陪伴读物。

之后可以读格里菲思（Griffiths）的《Introduction to Electrodynamics》，这是面向高年级本科生的、较全面的电磁理论教材；杰克逊（Jackson）的《Classical Electrodynamics》是研究生层次、严谨讲述场、辐射和带电粒子动力学的教材。比滕考特（Bittencourt）的《Fundamentals of Plasma Physics》是专门的高阶教材，对多数读者而言并不是下一步。

如何使用本书

本书适合学过基于微积分的入门物理课程、并有一些多元微积分基础的学生。先读第1–3章（静电学），再读第4章（电流）；如果对狭义相对论不熟悉，在读第5章之前先读附录G。

实用的安排：

• 核心： 第1–7章和第9章构成从电荷到麦克斯韦方程组的主线。即使时间紧张也要读第5章，因为出版社所说的相对论式磁学思路正是由运动电荷之场铺垫的。
• 电路与物质： 需要电路知识时再读第8章（交流电路）；场论打好基础之后再读第10–11章（物质中的场）。
• 附录： 与使用高斯单位制的书对照时看A–E，遇到曲线坐标时看F，H–J可作为简短的拓展阅读。
• 习题： 先自己做习题，再对照书中的解答；解答部分用于自学检验，而不是第一选择。习题的教师用解答可从出版社网站获得。