Contents
xiii
13.2.1 Motion of Charged Particles in Electric
and Magnetic Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
13.2.2 Magnetic Induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587
13.2.3 Magnetic Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
13.2.4 Magnetic Energy, Magnetic Dipole Moment . . . . . . . . . . . . 595
13.2.5 Faraday’s Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
13.2.6 Hall Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
13.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
13.3.1 Motion of Charged Particles in Electric
and Magnetic Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
13.3.2 Magnetic Induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
13.3.3 Magnetic Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
13.3.4 Magnetic Energy, Magnetic Dipole Moment . . . . . . . . . . . . 622
13.3.5 Faraday’s Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
13.3.6 Hall Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
14 Electromagnetism II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631
14.1 Basic Concepts and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631
14.2 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
14.2.1 The RLC Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
14.2.2 Maxwell’s Equations, Electromagnetic Waves,
Poynting Vector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
14.2.3 Phase Velocity and Group Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649
14.2.4 Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
14.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
14.3.1 The RLC Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
14.3.2 Maxwell’s Equations and Electromagnetic Waves,
Poynting Vector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
14.3.3 Phase Velocity and Group Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692
14.3.4 Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696
15 Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703
15.1 Basic Concepts and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703
15.2 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713
15.2.1 Geometrical Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713
15.2.2 Prisms and Lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 715
15.2.3 Matrix Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
15.2.4 Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
15.2.5 Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 721
15.2.6 Polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724
15.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725
15.3.1 Geometrical Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725
15.3.2 Prisms and Lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 728
15.3.3 Matrix Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737
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13.2.1 Motion of Charged Particles in Electric
and Magnetic Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583
13.2.2 Magnetic Induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 587
13.2.3 Magnetic Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 593
13.2.4 Magnetic Energy, Magnetic Dipole Moment . . . . . . . . . . . . 595
13.2.5 Faraday’s Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 596
13.2.6 Hall Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
13.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
13.3.1 Motion of Charged Particles in Electric
and Magnetic Fields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599
13.3.2 Magnetic Induction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 606
13.3.3 Magnetic Force . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 619
13.3.4 Magnetic Energy, Magnetic Dipole Moment . . . . . . . . . . . . 622
13.3.5 Faraday’s Law . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 625
13.3.6 Hall Effect . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 629
14 Electromagnetism II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631
14.1 Basic Concepts and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 631
14.2 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
14.2.1 The RLC Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 637
14.2.2 Maxwell’s Equations, Electromagnetic Waves,
Poynting Vector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 642
14.2.3 Phase Velocity and Group Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 649
14.2.4 Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 650
14.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
14.3.1 The RLC Circuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 651
14.3.2 Maxwell’s Equations and Electromagnetic Waves,
Poynting Vector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 665
14.3.3 Phase Velocity and Group Velocity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 692
14.3.4 Waveguides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 696
15 Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703
15.1 Basic Concepts and Formulae . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 703
15.2 Problems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713
15.2.1 Geometrical Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 713
15.2.2 Prisms and Lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 715
15.2.3 Matrix Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
15.2.4 Interference . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 717
15.2.5 Diffraction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 721
15.2.6 Polarization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 724
15.3 Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725
15.3.1 Geometrical Optics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 725
15.3.2 Prisms and Lenses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 728
15.3.3 Matrix Methods . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 737