电动力学
电动力学——精选推荐
电动⼒学
电动⼒学
第⼀章静电场
⼀、考核知识点
1、真空与介质中静电场场⽅程,场的性质、物理特征。
2、电场的边值关系、在两种介质分界⾯上电场的跃变性质。
3、由场⽅程、边值关系,通过电荷分布确定场分布及极化电荷的分布。
4、静电场的势描述。由势分布确定场分布、荷分布;通过静电势的定解问题,确定静
电势的分布、场分布及介质极化性质的讨论。
⼆、考核要求
(⼀)、场⽅程、场的确定
1、场⽅程,场的边值关系,体、⾯极化电荷密度的确定式等规律的推导。
2、识记:
(1)、真空与介质静电场⽅程。
(2)、电场的边值关系。
(3)、体、⾯极化电荷密度的确定式。
3、领会与理解:
(1)、静电场的物理特征。
1
2
(2)、P D E ,,与电荷的关系,⼒线分布的区别与联系。
(3)、在介质分界⾯上场的跃变性质。
4、应⽤:
通过对称性分析,运⽤静电场的⾼斯定理确定场,讨论介质的极化,正确地由电荷分布画出场的⼒线分布。
(⼆)、静电势
1、静电势⽅程、边值关系的推导。
2、识记:静电势的积分表述、势⽅程、势的边值关系、势的边界条件、唯⼀性定理。
3、领会与理解:势的边值关系与边界条件,荷、势与场的关系,解的维数的确定,电像法的指导思想与像电荷的确定。
4、应⽤:求解静电势定解问题的⽅法(分离变量法、电像法)的掌握及应⽤,求解的准确性,场的特征分析及由势对介质极化问题的讨论。
第⼆章稳恒磁场
⼀、考核知识点
1、电荷守恒定律。
2、稳恒磁场场⽅程,场的性质特点。
3、由场⽅程,通过流分布确定场分布与磁化流。
4、磁场的边值关系。
5、稳恒磁场的⽮势。
6、由磁标势法确定场。
电动力学知识点总结
电动力学知识点总结
引言
电动力学是物理学的一个分支,研究电荷和电流在电磁场中的相互
作用。在现代科技的发展中,电动力学扮演着重要的角色。本文将总
结一些电动力学的基本知识点,帮助读者更好地理解与应用电动力学。
一、库仑定律
库仑定律是电动力学中最基本的定律之一,描述了两个电荷之间的
相互作用。其数学表达式为:F = k * (q1 * q2) / r^2,其中F为电荷间
的力,q1和q2分别为两个电荷的量,r为两个电荷之间的距离,k为
库仑常数。根据库仑定律,同性电荷相互排斥,异性电荷相互吸引。
二、电场和电场强度
电场是指电荷周围的空间中存在的一种物理场。每一个电荷都会在
周围产生一个电场,电场的强度用电场强度表示,记作E。电场强度
的大小与电荷的量和距离有关,可以通过以下公式计算:E = k * (q /
r^2),其中E为电场强度,q为电荷的量,r为电荷所在位置与计算点
之间的距离。
三、电势差和电势能
电势差是指单位正电荷从一个位置移动到另一个位置时所经历的力
学功。电势差的大小与电场强度和距离有关。记电势差为V,单位为
伏特(V)。电势差的计算公式为:V = W / q,其中V为电势差,W 为电场力对单位正电荷所作的功,q为单位正电荷的量。
电势能是指电荷由于在电场中而具有的能量。电势能与电势差之间的关系为:ΔU = q * ΔV,其中ΔU为电势能的变化量,q为电荷的量,ΔV为电势差的变化量。
四、电场线
为了更好地描述电场的分布情况,人们引入了电场线的概念。电场线是用来表示电场的方向和强弱的曲线,在电场中总是从正电荷指向负电荷。而电场线的密度越大,表示电场的强度越大。
电动力学基础
电动力学基础
电动力学是物理学的一个分支,研究电场和磁场的相互作用以及它
们对电荷和电流的影响。它涵盖了从电荷的行为到电磁波的传播,是
现代科学和技术中不可或缺的基础。
一、电场的概念和性质
电场是由电荷引起的周围空间中的物理量,它对带电粒子施加力的
作用方式。根据库仑定律,它与电荷的数量和距离成反比。电场的性
质包括电场强度、电势和电势能等。电场强度表示单位正电荷所受到
的力,它的方向与力的方向相同。电势是单位正电荷所具有的电势能,它与电荷的位置有关。电势能是指电荷在电场中的能量,它等于电荷
的电势乘以电荷的大小。
二、电场的描述和计算方法
为了描述电场的强度和分布,我们可以使用电场线和电场图。电场
线表示电场的方向和强度,它们的密度越大,表示电场的强度越大。
电场图是在坐标系中画出的一系列矢量箭头,表示电场的方向和强度。电场的计算方法包括叠加原理和高斯定律。叠加原理指出,如果有多
个电荷同时存在于电场中,它们的电场效应可以相互叠加。高斯定律
则描述了通过一个闭合曲面的电通量与包围在曲面内的总电荷成正比。
三、电荷在电场中的运动
电荷在电场中受到电场力的作用,从而产生加速度和速度变化。根
据牛顿第二定律和洛伦兹力公式,我们可以计算电荷所受的电场力,
并得到电荷的运动情况。当电荷在电场中沿电场线运动时,它的势能
会发生改变,从而产生势能差。根据能量守恒定律,势能差等于电势
能的变化,可以用来计算电荷的速度和位置。
四、磁场的概念和性质
磁场是由磁荷或者电流引起的物理量,它对带电粒子施加力的作用
方式与电场类似。根据安培定律和洛伦兹力公式,磁场与电流成正比。磁场的性质包括磁场强度、磁感应强度和磁通量等。磁场强度表示单
电动力学第三版答案
电动力学第三版答案
第一章:静电学
1.1 静电场
静电场是由电荷所产生的场,它是一种无时间变化的电磁场。静电场的性质可以通过电场强度、电势和电荷分布来描述。
电场强度表示单位正电荷所受到的力,并且是一个向量量。在任意一点的电场强度可以通过库仑定律计算。
电势是单位正电荷所具有的势能,它是一个标量量。电势
可以通过电势差来定义,电势差是两点之间的电势差别。
1.2 电场的高斯定律
电场的高斯定律是描述电场在闭合曲面上的通量与该闭合
曲面内的电荷有关系的定律。它可以通过以下公式表示:\[ \oint \mathbf{E} \cdot \mathbf{n} \, ds =
\frac{Q_{\text{enc}}}{\varepsilon_0} \]
其中,\(\mathbf{E}\) 是电场强度,\(\mathbf{n}\) 是曲面上的单位法向量,\(ds\) 是曲面上的微元面积,
\(Q_{\text{enc}}\) 是闭合曲面内的总电荷,\(\varepsilon_0\) 是真空电容率。
1.3 电势
电势是单位正电荷所具有的势能,它是一个标量量。它可以通过电势差来定义,电势差是两点之间的电势差别。电势可以通过以下公式计算:
\[ V = - \int \mathbf{E} \cdot d\mathbf{l} \]
其中,\(V\) 是电势,\(\mathbf{E}\) 是电场强度,
\(d\mathbf{l}\) 是路径上的微元长度。
1.4 静电场中的导体
在静电场中,导体内部的电场强度为零。当导体受到外部电场作用时,其表面会产生等效于外部电场的电荷分布,这种现象被称为静电感应。
电动力学(全套课件)ppt课件
法拉第电磁感应定律指出,当一个导体回路在 变化的磁场中时,会在回路中产生感应电动势。
感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化 率成正比,即 e = -N(dΦ)/(dt),其中e是感应 电动势,N是回路匝数,Φ是磁通量,t是时间。
法拉第电磁感应定律是电磁学的基本定律之一, 为电磁感应现象提供了定量的描述。
电流密度矢量
J=I/S,表示单位时间内通过单位面 积的电荷量,方向垂直于横截面指 向电流方向。
欧姆定律与焦耳定律
欧姆定律
在同一电路中,通过导体的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反 比,即I=U/R。
焦耳定律
电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成 正比,即Q=I²Rt。
安培环路定理 的应用举例
03
04
磁场的高斯定 理
恒磁场的性质
01
恒磁场的无源性
02
恒磁场的保ห้องสมุดไป่ตู้性
03
恒磁场的旋度与散度
04
恒磁场的边界条件
恒磁场中的能量与磁力
01 02 03 04
恒磁场中的能量密度与能量流 洛伦兹力与安培力的计算 磁力矩的计算与应用 磁场的能量守恒定律
05
电磁感应与电磁波
法拉第电磁感应定律
THANKS
感谢观看
麦克斯韦方程组与电磁波
电动力学必背公式
电动力学必背公式
第一章 第1节
1.高斯公式、格林公式、散度公式
⎰⎰⋅=⋅∇v s s d A dV A )(
2.斯托克斯定理
l d A s d A l ⋅=⋅⨯∇⎰⎰)(s
3.静电场的散度公式
微分形式)(0
ερ
=⋅∇E 4.静电场的旋度公式
积分形式)(微分形式)
.......(0..........0=⋅=⋅∇⎰l d E E l
第一章 第2节
电流和磁场
1.磁场的旋度
(积分形式)(微分形式)
⎰=⋅=⨯⋅∇l I l d B J B .......................00μμ
2.磁场的散度
⎰=⋅=⋅∇l s d B B 积分形式)(微分形式)
(..........0. 0
3.电流连续性方程
=⋅∇∂∂-⋅∂∂-=⋅∇⎰⎰J dv t s d J t
J s V ρρ
第一章 第3节 麦克斯韦方程组
⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=⋅∇=⋅∇∂∂+=⨯∇∂∂-=⨯∇磁场的高斯定律电场的高斯定理安培环路定律法拉第电磁感应定律.............................
.......................................................000.ρερεμμD B t E J H t B E 第一章 第4节 介质的电磁性质
1.麦克斯韦方程组
⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎨⎧=⋅∇=⋅∇∂∂+=⨯∇∂∂-=⨯∇.’定律Savart -揃iot 实验规律是.相关),磁单单极子不存(描述磁场述磁场是.........
0.”定律揅oulomb 关实验规律是描述电述电荷激发电场...........”定律Savart -揃iot 律是激发发磁场,相关实验描述电述电流和变化的.......”电磁感应定律Faraday?场,相关实验规律是描述变述变化的磁场激...............0B B t D J B t B B f ερM B H P
电动力学电动力学二六(电多极矩)
的泰勒级数是:
f ( x, y, z ) f (0, 0, 0) x f ( x, 0, 0) x z f (0, 0, z ) z f (0, y, 0) x 0 y y
2 y 0
1 x y z f ( x, y , z ) z 0 2! x y z
实际上,通过这个多极子的展开式,P点的电势可写
为
qk n p pn (cos ) 。 4 0 k R n0 1
3、连续分布电荷体系的多极子展开式
若区域V内电荷是连续分布的,且电势为
z
ri
1 ( x) p d 4 0 V r
x
P
x
x
的场分布问题。
以一个最简单的例子来说明:假设V 中有一个点
电荷Q ,位于(a ,o ,o)点上,如果对远处产生的电 势来说,相当于
z o a Q = x z 零级近似 o Q x y z o Q + y x z
y
x
o -Q a Q
y
如果作为一级近似,且
z
o a Q = x z o Q + y x
x 0 y 0 z 0
如果在 x = a , y = b , z = c点邻域展开,且展开式为
1 f ( x, y, z ) f (a, b, c) ( x a) ( y b) ( z c) f (a, b, c) 1! x y z 1 ( x a) ( y b) ( z c) f (a, b, c) 2! x y z f (a, b, c) ( x a) f (a, b, c) ( y b) f (a, b, c) x y
电动力学第三版pdf
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1.引言
电动力学是电磁学中最基础的分支之一,主要研究电场和磁场的产生、作用及其相互作用的规律。电动力学在现代物理学、电子工程学以及许多其他科学领域中都有着广泛的应用。自1820年奥斯特发现电流所产生的磁场以来,电磁理论经历了一系列重要的发展演变,最终在麦克斯韦时代得到了完美的阐述和表述。目前,电动力学的研究已经深入到了极小的粒子水平,成为物理学、工程学以及现代信息科技的基础。
2.基本原理
电动力学研究的是电荷及其运动所产生的电场、磁场和电磁力的作用规律,这里介绍一些基本原理。
2.1真空中的电场
在真空中放置两个电荷,它们之间会产生电场。电场是指电荷周围的空间中,每个位置受到的电力作用大小和方向的描述。电场通过场强E来描述,单位是牛/库仑。两个点电荷Q1和Q2之间电势能U可以用电势差计算:
U=k*Q1*Q2/d
其中k为库仑常数(8.9876×109牛·米²/库仑²),d为两个电荷之间的距离。电荷q在电场E中所受到的电场力F可以根据库仑定律计算:
F=qE
2.2真空中的磁场
通电导线周围的磁场也与电场一样,可以用磁场强度B表示,单位是特斯拉。根据安培环路定理,通过一定面积的环路所包围的通电导线电流的总和等于环路上产生的磁通量,即如果有一个平面的环路,它的一周包围线导体,则磁场强度B的大小可以计算为: B=mu*I/2*pi*R
其中mu为磁导率,R为环路的半径,单位均为SI单位。根据安培定律,通过回路内的各点产生的磁场的代数和等于该回路所围面积的磁通量的变化率。
2.3电磁感应定律
论动体的电动力学
论动体的电动力学
1 电动力学:内在的奥秘
电动力学是一门集电动力、机械力和能源学在一起的力学学科,一般用于研究运动物体中所发挥的力和活动时所显示的能量行为。它也是一门研究系统如何响应外力,释放动能和在运动过程中发挥力的学科,是机械、电、光、声、振动等力学系统的综合研究。
电动力学的研究通常涉及两个主要工作领域:动力学和电磁学。从动力学的角度研究,主要包括分析力对物体的作用,物体的运动和物体在运动过程中的变形;从电磁学的角度研究,主要包括研究运动物体的电磁特性,如电流回路、电磁电容、静电源和电磁感应等。
在可应用性方面,电动力学发挥了巨大的作用,它可以解释各种物理系统如发动机、飞机涡扇发动机、磁力传动机等。其中真空电动力学是电动力学的一个重要应用,它研究的实体介质的重要研究,是关于介质的真空电磁性能及真空电气磁学变换的研究,用于分析实体介质在真空条件下的电磁特性。
电动力学也是电工学中重要的一个分支,由电磁感应理论和电磁学变换理论组成,用于解释地球运动、地球潮汐运动等不同运动系统中发生的电磁运动。它也为量子电动力学提供理论支持,在作用等离子体中,用电磁学变换原理,通过磁场在原子核中加速粒子,产生X 射线。
电动力学的研究和应用已逐渐发展趋向复杂,它不仅在物理和工程中具有强大的启发作用,而且在探索物质本质的深层奥秘中也发挥着重要的作用。在未来,电动力学的研究将给人们带来更多惊喜,将为更多的实际应用服务,也将深入探索系统复杂性和非线性动力学之间的关系。
电动力学ppt课件
导体和绝缘体在静电场中特性
导体
01
在静电场中,导体内部电场为零,电荷分布在导体表面,形成
表面电荷密度。
绝缘体
02
绝缘体内部存在电场,电荷不能自由移动,因此不会产生电流
。
静电感应
03
当导体靠近带电体时,导体内部电荷重新分布,使得导体两端
出现异号电荷的现象。
静电场应用实例
电容器
利用静电场存储电能,广泛应 用于电子电路和电力系统中。
磁场
磁体周围空间存在的一种特殊物质, 对放入其中的磁体有力的作用。
电场强度
描述电场强弱的物理量,用E表示, 单位是牛/库仑(N/C)。
磁感应强度
描述磁场强弱的物理量,用B表示, 单位是特斯拉(T)。
麦克斯韦方程组及其物理意义
麦克斯韦方程组
是电磁学的基本方程,由四个方程组 成,分别描述了电场的性质、磁场的 性质以及电场和磁场之间的相互作用 。
边界条件与传输线理论
分析电磁波在导体和介质分界面上的边界条件,介绍传输线理论在 电磁波传播中的应用。
天线辐射原理及参数设计
天线辐射基本原理
阐述天线辐射的基本原理,包括 天线近场与远场的概念、辐射功 率与辐射效率的计算等。
天线参数设计
介绍天线设计的基本参数,如方 向性系数、增益、波束宽度等, 并分析这些参数对天线性能的影 响。
电动力学的基本定律
电动力学的基本定律
电动力学是研究电荷在电场和磁场中的行为规律的学科。它描述了
电荷与电场、磁场之间的相互作用,并由此推导出了一系列基本定律。
一、库仑定律
库仑定律是描述电荷之间相互作用的定律。根据库仑定律,两个电
荷之间的电力大小与它们的电荷量大小成正比,与它们之间的距离的
平方成反比。具体地,两个电荷间的电力大小F与它们的电荷量q1和
q2以及它们之间的距离r的平方成正比:
F = k * q1 * q2 / r^2
其中,k是库仑常数,其大小决定了电力的强度。
二、电场强度和电场线
电场强度描述了一个电荷在电场中所受到的力的大小。电场强度E
的方向与电荷所受力的方向相同。在均匀电场中,电场强度E与电场
中的电势差V之比为:
E = V / d
其中,d是两点间的距离。而电场线则用来表示电场中各点电场强
度的方向。电场线从正电荷指向负电荷,线的密度越大表示电场强度
越大。
三、高斯定律
高斯定律描述了电场对电荷的分布情况的影响。高斯定律的数学表达式为:
∮E * dA = Q / ε0
其中,∮E * dA表示电场强度与面积矢量的积分,Q是电荷量,ε0是真空中的介电常数。
四、安培定律
安培定律描述了电流产生的磁场与电流强度的关系。安培定律的数学表达式为:
B * l = μ0 * I
其中,B是磁场强度,l是电流所围成的环路长度,μ0是真空磁导率,I是电流强度。
五、法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律描述了磁场变化产生的感应电动势。根据法拉第电磁感应定律,导体中的感应电动势与磁场变化的速率成正比。数学表达式为:
ε = -dφ / dt
电动力学简介
电动力学简介
电动力学是物理学的一个重要分支,研究电荷和电场之间的相互作用,以及电流和磁场之间的关系。本文将简要介绍电动力学的基本概念、公式和应用。
一、电荷和电场
电荷是物质的一个基本属性,可以分为正电荷和负电荷。根据库仑定律,同种电荷相互之间的作用力是相斥的,不同种电荷相互之间的作用力是相吸的。电场是由电荷形成的一种物理量,描述电荷周围的作用影响。电场可以通过电场强度来表示,即单位正电荷所受的力大小。
二、电场的描述与公式
电场可以由电场线表示,电场线是一种沿电场方向的矢量线条。通过电场线的密集程度可以判断电场强度的大小。电场强度E可以根据下式计算:
E =
F / q
其中,E表示电场强度,F表示电荷所受的力,q表示单位正电荷。
三、电场力与电场能
电场力是电荷在电场中所受的力,根据库仑定律可以计算。电场力对电荷做的功,即电场能,可以通过下式计算:
W = qV
其中,W表示电场能,q表示电荷,V表示电场电势。
四、电流和磁场
电流是电荷的流动,常用符号为I。电流可以分为直流和交流两种
形式。根据安培环路定理,通过一个导线的电流大小和方向可以影响
其周围的磁场强度。磁场可以由磁力线表示,磁力线是一种环绕磁场
的线条。
五、安培定律与法拉第定律
安培定律描述了电流和磁场之间的关系。根据安培定律,电流所受
的力和磁场强度、电流大小及其方向有关。法拉第定律则描述了磁场
对电流变化的影响,通过该定律可以计算感应电动势和电磁感应现象。
六、电动力学的应用
电动力学在现代科学和工程中有广泛的应用。例如,在电路设计和
分析中,理解电场的分布可以帮助我们优化电路性能;在电子设备中,电动力学原理被应用于电路板布线和信号传输;电场和磁场的相互作
电动力学概念整理
场:描述一定空间中连续分布的物质对象的物理量。
梯度:函数在空间某点的方向导数有无穷多个,其中值为最大的那个定义为梯度。
唯一性定理:在空间某一区域内给定场的散度和旋度以及矢量场在区域边界上的法线分量,则该矢量场在区域内是唯一确定的。
第一章电磁现象的普遍规律
静电场:它的方向沿试探电荷受力的方向,大小与试探点电荷无关。给定Q,它仅是空间点函数,静电场是一个矢量场。
场的叠加原理:电荷系在空间某点产生的电场强度等于组成该电荷系的各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。
电荷守恒定律:封闭系统内的总电荷严格保持不变。对于开放系统,单位时间流出区域V 的电荷总量等于V内电量的减少率。
电磁感应现象的实质:变化磁场激发电场。
有极分子:无外场时,正负电荷中心不重合,有分子电偶极矩。但固有取向无规,不表现宏观电矩。
无极分子:无外场时,正负电荷中心重合,无分子电偶极矩,也无宏观电矩。
分子电流:介质分子内部电子运动可以认为构成微观电流。无外场时,分子电流取向无规,不出现宏观电流分布。
介质的极化:介质中分子和原子的正负电荷在外加电场力的作用下发生小的位移,形成定向排列的电偶极矩。或原子、分子固有电偶极矩不规则的分布,在外场作用下形成规则排列。极化使介质内部或表面上出现的电荷称为束缚电荷。
介质的磁化:介质中分子或原子内的电子运动形成分子电流,微观上形成不规则分布的磁偶极矩。在外磁场力作用下,磁偶极矩定向排列,形成宏观上的磁偶极矩。
传导电流:介质中可自由移动的带电粒子,在外场力作用下,导致带电粒子的定向运动,形成电流。
电动力学总结
1 dR
R 0
阶贝塞耳函数
(4)极坐标系
( R, ) ( A0 B0 ln R )(C0 D0 )
Bv v Av R v (Cv cos v Dv sin v ) R v
5 格林函数和格林公式给出泊松方程的解
( x)
G ( x' , x ) ( x' )dV'
( x' ) G ( x' , x ) 0 G ( x' , x ) ( x' ) dS' S n' n'
V
格林函数
1 G( x ) ( x x' )
欧姆定律
J E
线性介质
D 0E P B 0 H 0 M
其中 极化电荷 磁化电流 极化电流
P
pi
M
mi V
V
P n P2 P 1
JM M
ei xi P P , V t ei vi V JP
( x)
1 4πR0
2
( x' )dS'
S0
以此球面为边界面,因为球内无电荷、由格林公式知球心点的电势
《电动力学》课程教学大纲
《电动力学》课程教学大纲
Electrodynamics
课程编号:130501002
学时:64学分:4.0
适用对象:核物理本科专业
先修课程:电磁学、高等数学、数学物理方法。
一、课程的性质和任务
该课程可以支撑能力要求第1、2条以及素质要求第2、3条的达成,《电动力学》是核物理本科专业的一门专业必修课,它比电磁学有着更严谨更完整的理论结构,更多地使用高等数学语言表述定律、定理和物理结论。通过电动力学的教学,使学生在形成更为清晰的物理概念、掌握严密的物理规律的同时熟练地运用高等数学、矢量代数以及数学物理方程(包括特殊函数)等知识表述和求解物理问题,学会在具体条件下对物理问题进行近似处理。培养学生严密的抽象思维能力和运用数学工具进行科学思维的能力,为学生进一步学习其它专业课程和继续深造打下良好的理论基础。
二、教学目的与要求
电动力学是高等院校物理学本科专业理论物理课程的一部份,是重要的基础课之一。通过本课程的教学,应达到以下的目的和要求。
1,掌握电磁运动的基本特点,规律和研究方法,加深对电磁场性质的理解,了解狭义相对论的时空观及有关的基本理论。
2,获得在本课程领域内分析和处理一些最基本问题的初步能力,为学习后续课程和从事教学和研究工作打下必要的基础。
3,通过对电动力学相对论不变性和相对论力学的讲述,使学生能完整和系统地掌握和理解经典物理与相对论物理的辨证关系,从而树立正确的科学世界观。
三、教学内容
第0章:矢量分析
1、基本内容:标量和矢量的定义,基本运算规律,三度(梯度、散度、旋度)的数学和物理定义,基本运算规律,算符。
电动力学_知识点总结
第一章电磁现象的普遍规律
一、主要内容:
电磁场可用两个矢量—电场强度和磁感应强度来完全描写,这一章的主要任务是:在实验定律的基础上找出, 所满足的偏微分方程组—麦克斯韦方程组以及洛仑兹力公式,并讨论介质的电磁性质及电磁场的能量。在电磁学的基础上从实验定律出发运用矢量分析得出电磁场运动的普遍规律;使学生掌握麦克斯韦方程的微分形式及物理意义;同时体会电动力学研究问题的方法,从特殊到一般,由实验定律加假设总结出麦克斯韦方程。完成由普通物理到理论物理的自然过渡。
二、知识体系:
三、内容提要:
1.电磁场的基本实验定律:
(1)库仑定律:
对个点电荷在空间某点的场强等于各点电荷单独存在时在该点场强的矢量和,即:
(2)毕奥——萨伐尔定律(电流决定磁场的实验定律)
(3)电磁感应定律
①生电场为有旋场(又称漩涡场),与静电场本质不同。
②磁场与它激发的电场间关系是电磁感应定律的微分形式。
(4)电荷守恒的实验定律
,
①反映空间某点与之间的变化关系,非稳恒电流线不闭合。
② 若空间各点与无关,则为稳恒电流,电流线闭合。
稳恒电流是无源的(流线闭合),,均与无关,它产生的场也与无关。
2、电磁场的普遍规律—麦克斯韦方程
其中:
1是介质中普适的电磁场基本方程,适用于任意介质。
2当,过渡到真空情况:
3当时,回到静场情况:
4有12个未知量,6个独立方程,求解时必须给出与,与的关系。介质中:
3、介质中的电磁性质方程
若为非铁磁介质
1、电磁场较弱时:均呈线性关系。
向同性均匀介质:
,,
2、导体中的欧姆定律
在有电源时,电源内部,为非静电力的等效场。
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《电动力学》课程教学大纲
课程英文名称:Electrodynamics
课程编号:0312033002
课程计划学时:48
学分:3
课程简介:
电动力学的研究对象是电磁场的基本属性, 它的运动规律以及它和带电物质之间的相互作用,本课程在电磁学的基础上系统阐述电磁场的基本理论。另外,本课程还系统地阐述狭义相对论的重要内容,而相对论是现代物理学的重要基础,它与量子论一起对物理学的发展影响深刻,是二十世纪科学与技术飞速发展的基础。本课程是材料物理专业本科的重要专业基础课。
电动力学是物理类有关各专业的一门基础理论课。学电动力学的目的:(1)是使学生系统地掌握电磁运动的基本概念和基本规律,加深对电磁场性质的理解;(2)是使学生获得分析和处理一些问题的基本方法和解决问题的能力,提高逻辑推理和插象思维的能力,为后继课程的学习和独立解决实际问题打下必要的理论基础。
在教学过程中,使用启发式教学,尽量多介绍与该课程相关的前沿科技动态,充分调动和发挥学生的主动性和创新性;提倡学生自学,培养学生的自学能力。
一、课程教学内容及教学基本要求
第一章电磁现象的普遍规律
本章重点:在复习矢量分析、∇算符、∆算符及其运算法则、δ函数性质的基础上,从电磁场的几个基本实验律(库仑定律,毕奥--萨伐尔定律,电磁感应定律,电荷守恒律) 出发,加上位移电流假定, 总结出电磁场的基本运动规律Maxwell方程组、电荷守恒律和洛仑兹力公式。讨论了介质中的Maxwell方程, 电磁场的能量。本章内容是本课程的基础,必须深刻掌握。
难点:电磁场边值关系,电磁场的能量和能流。
本章学时:10学时
教学形式:讲授
教具:黑板,粉笔
第一节矢量分析和张量;∇算符、∆算符及其运算规则、δ函数性质
本节要求:理解:矢量分析和张量运算。掌握:∇算符、∆算符及其运算法则、δ函数性质(重点:考核概率50%)。
1 矢量分析和张量(理解:矢量运算法则,在电动力学中张量是如何引入的;了解:线性各
项同性介质不出现二阶以上张量;线性各项异性介质出现二阶张量,但不出现三阶以上张量;强场中出现非线性介质的性质,出现三阶以上张量)
2 ∇算符、、δ函数性质(掌握:∇算符、∆算符性质及运算规则(重点:考核概率50%);掌握:δ函数性质)
第二节 电荷,电场;电流和磁场;麦克斯韦方程组
本节要求:掌握:电荷与电场、电流和磁场、麦克斯韦方程组(真空中的麦克斯韦方程组)(重点:考核概率100%)
1 电荷,电场(掌握:库仑定律、Gauss 定理和电场的散度、静电场的旋度)(重点)
2 电流和磁场(掌握:电荷守恒律、Biot-Savsrt 定律、磁场的环量和旋度、磁场的散度、磁场旋度和散度公式的证明)(重点)
3 麦克斯韦方程组(掌握:电磁感应定律、位移电流、真空中的Maxwell 方程组、位移电流密度D J )(重点,难点)(考核概率100%)
第三节 介质的电磁性质
本节要求:掌握:介质的电磁性质及介质中的Maxwell 方程组。(重点,难点)(考核概率100%)
1介质的电磁性质(掌握:介质中的Maxwell 方程组、Lorentz 力公式、极化电荷密度P ρ、磁化电流密度M J 、极化电流密度P J 。)(重点,难点)(考核概率100%)
第四节 电磁场边值关系;电磁场的能量和能流
本节要求:掌握:电磁场边值关系,电磁场的能量和能流。
1 电磁场边值关系(掌握:法向分量的跃变、切向分量的跃变(重点,难点)(考核概率100%)② 理解:为何电磁场边值关系是从介质中的Maxwell 方程组的积分形式得出的。)
2 电磁场的能量和能流(掌握:电磁场和电荷系统的能量守恒定律的一般形式、电磁场的能量密度和能流密度表达式、电磁能量的传输)(考核概率30%)
第五节 习题课
本节要求:与学生一起做章后习题,并留思考题。
1 第一章的小结,留思考题(即简答题)。
作业:认真复习本章内容,教科书中的习题(只要求与掌握内容有关的)。
第二章 静电场
理解:正交曲线坐标系中∇算符、∆算符的表示
本章重点: 讨论Maxwell 方程组应用到最简单情况:静电场,即与时变无关(-B
t ∂∂ )和
J =0条件下的方程。主要研究在给定的自由电荷分布以及周围空间介质和导体分布的情况下,怎样求解静电场。静电问题是通过引入静电场的标势ϕ求解静电场E 的,标势是一个十分重要的概念, 导出泊松方程和边值关系,并介绍静电场问题的一些基本解法是本章应掌握的内容。
难点:拉普拉斯(Laplace ) 方程;分离变量法(考核概率100%)
本章学时:8学时
教学形式:讲授
教具: 黑板,粉笔
第一节 静电场的标势及其微分方程;唯一性定理
本节要求:掌握:静电场的标势及其微分方程;唯一性定理(重点、考核概率50%) 1 静电场的标势及其微分方程(掌握:静电场的标势、静电势的微分方程(泊松方程)和边值关系、静电场能量)
2 唯一性定理(掌握:(静电问题的唯一性定理、有导体存在时唯一性定理)(重点)(考核概率50%)。
第二节 拉普拉斯(Laplace )方程;分离变量法;电像法(镜像法)
本节要求:掌握:拉普拉斯(Laplace )方程;分离变量法;电像法(镜像法)(重点,难点)(考核概率100%)。
1 拉普拉斯(Laplace )方程;分离变量法(掌握:给定边值关系与边界条件时的球坐标下的拉普拉斯(Laplace )方程的通解形式;利用电势与电场强度的关系,求解电场强度(重点)(考核概率100%)。理解:利用分离变量法求解拉普拉斯(Laplace )方程的方法与过程。)
2 电像法(镜像法)(掌握:可利用电像法的条件,利用电像法求解静电场的过程(重点)(考核概率100%)。理解:有导体存在时唯一性定理是电像法理论依据)。
第三节 格林函数; 电多极矩
本节要求:理解:求解静电场的格林函数方法。了解:电多极矩的内容。
1 格林函数(理解:点电荷密度的δ函数表示、格林函数、格林公式和边值问题的解。)
2 电多极矩(了解:电势的多极展开、 电多极矩、电荷体系在外电场中的能量)
第四节 正交曲线坐标系中∇算符、∆算符的表示;习题课
本节要求:理解:理解:正交曲线坐标系中∇算符、∆算符的表示。;与学生一起做章后习题。
1 正交曲线坐标系中∇算符、∆算符的表示(理解:散度、旋度、梯度的球坐标表示和柱坐标表示,静电势的微分方程(泊松方程)球坐标表示和柱坐标表示。)
2 第二章小结,讲习题
作业:认真复习本章内容。教科书中的习题(只要求与掌握内容有关的)。
第三章 静磁场
本章重点:讨论Maxwell 方程组应用到另一最简单情况:静磁场,即与时变无关( E
t
∂∂ )
和电流恒定条件下的方程。通过引入矢势 A 求解磁场 ,导出矢势A 的泊松方程和边值关系,因为解矢势A 的方程较为复杂, 从而引入磁标势m ϕ近似求解无电流分布区域的静磁场。
重点掌握矢势概念和电、磁多极矩概念。
难点:磁标势m ϕ近似求解无电流分布区域的静磁场。