大学物理电磁场
大学物理 电磁学
大学物理电磁学《大学物理》是一门综合学科，其中电磁学是其中重要的一部分。
从宏观上讲，电磁学研究了电磁场和电磁力，以及它们作用于电荷的现象。
从微观上来看，电磁学通过研究电磁场和电磁力的构成，以及电磁场和电磁力交互作用的机理，以及它们对电荷的作用，来对它们进行研究。
电磁学的历史电磁学是一门极具挑战性的科学，自古以来，人们一直在探索这门科学的奥秘，从中研究探索有关电磁现象的机理。
19世纪末，美国物理学家迈克尔福特(Michael Faraday)发现了电磁感应，标志着电磁学研究迈出了重大的一步，自此，伽利略、穆勒、萨维尔等物理学家为电磁学的研究作出了重要的贡献。
定义和概念电磁学是物理学的一门分支，它用来研究电磁场、电磁力和电磁场的构成以及交互作用，以及它们对电荷的作用。
电磁场是一种独立于物体的抽象物理量，在空间中以向量的形式表示；电磁力是由电磁场产生的作用在电荷上的力；电荷是保存电磁力的物理现象。
定律电磁学研究中最重要的定律是磁电现象定律，有三种形式，分别是：(1)伽利略定律；(2)穆勒-安培定律；(3)萨维尔定律。
伽利略定律伽利略定律(Gauss Law)(也称有关电荷分布的伽利略定律)又称为“电荷守恒定律”，即“物体的外壳表面上的电荷总量不变”，这是自然界中电荷守恒的定律。
伽利略定律用来计算外壳上的电荷总量，也可以用来计算电位场、流动电流和电容量。
穆勒-安培定律穆勒-安培定律是德国物理学家穆勒(Heinrich Hertz)和英国物理学家安培(James Clerk Maxwell)在研究电磁学的基础上推出的一种定律。
该定律于1873年提出，主要描述了电磁场中电荷运动和磁场产生之间的相互关系。
具体而言，它认为电磁场是由交叉的电流和磁场相互作用而产生的，也就是说，电荷的运动会产生磁场，磁场的变化也会产生电场。
萨维尔定律萨维尔定律(Maxwell Equations）是英国物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦所提出的电磁场的最基本方程式。
大学物理中的电磁波电磁场的传播与应用
大学物理中的电磁波电磁场的传播与应用电磁波是指电场和磁场交替振动并沿着空间传播的能量载体。
它们在现代社会中的应用广泛，涵盖了通信、雷达、无线电、医疗和科学研究等多个领域。
本文将重点探讨电磁波的传播原理以及其在各领域中的应用。
一、电磁波的传播原理电磁波的传播是由振荡的电场和磁场相互作用而产生的。
按照麦克斯韦方程组的解，电磁波的传播速度等于真空中的光速，即3×10^8米/秒。
电磁波可以分为不同频率的无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
电磁波的传播具有以下特点：首先，电磁波既可以是远距离传播也可以是近距离传播；其次，电磁波在真空中传播速度恒定不变，而在介质中会受到介质的折射、反射和散射等影响；最后，电磁波传播的方向垂直于电场和磁场的方向，形成沿着波向传播的特点。
二、电磁波的应用1. 通信领域：无线通信已经成为现代社会中不可或缺的一部分。
无线电波和微波被广泛应用于手机、电视、无线网络、卫星通信和雷达等设备中。
其中，手机利用无线电波传输语音和数据，而雷达则利用微波来测量目标的距离和速度。
2. 医疗领域：电磁波在医疗检查和治疗中发挥着重要作用。
X射线被广泛用于医学影像学中，用于检测骨骼和器官的异常情况。
同时，磁共振成像（MRI）利用强大的磁场和高频电磁波来生成人体内部的图像，对疾病的诊断起到重要作用。
3. 科学研究：电磁波广泛应用于科学研究，例如光谱学是研究物质的结构和性质的重要方法。
通过分析物质对可见光的吸收和发射谱线，可以推断物质的组成和状态。
此外，射电天文学利用无线电望远镜观测宇宙中的射电信号，探索宇宙的形成和演化。
4. 光电技术：光电技术是利用光和电子技术相结合的技术领域。
激光器、光通信、太阳能电池、摄像头和面部识别等都是光电技术的应用。
光通信利用光纤传输信息，传输速度快、容量大，被广泛应用于互联网和数据中心。
5. 教育培训：电磁波在教育培训领域中也发挥着重要作用。
凭借开放式网络课程（MOOC）和远程教育，电磁波的传播使知识得以迅速传播，人们可以获得各种在线学习资源。
大学物理电磁场的基本理论
大学物理电磁场的基本理论电磁场是物质世界中最基本的物理现象之一，也是大学物理课程的重要内容之一。
电磁场理论的研究，对于揭示物质世界的运动规律和电磁波的传播机制具有重要意义。
本文将介绍大学物理中关于电磁场的基本理论，包括电场、磁场的概念与本质、电磁场的相互作用以及电磁波的特性。
一、电场的概念与本质电场是由电荷所产生的一种物理量，它描述了在电荷存在的空间中，其他电荷所受到的力的情况。
电场的概念最早由法拉第提出，通过他的实验肯定了电场的存在。
根据库伦定律，电场强度 E 的大小与电荷 q 之间成正比，与距离 r的平方成反比。
即 E ∝ q/r^2。
这意味着电场是一种场量，它在空间中的分布由电荷的性质和位置确定。
在电场中，电荷会受到力的作用，力的大小与电场的强度有关，方向则与电荷的性质有关。
电场的本质是电荷之间的相互作用。
二、磁场的概念与本质磁场是由磁荷或运动电荷所产生的一种物理量，它描述了在磁荷存在的空间中，其他运动电荷所受到的力的情况。
磁场的概念最早由奥斯特瓦德提出，通过他的实验证实了磁场的存在。
磁场的表现形式有磁感应强度 B 和磁场强度 H。
磁感应强度 B 描述了磁场对运动电荷的作用，磁场强度 H 描述了磁场对磁荷的作用。
根据洛伦兹力定律，运动电荷在磁场中会受到洛伦兹力的作用。
磁场的本质是磁荷之间的相互作用和运动电荷在磁场中受到的洛伦兹力。
三、电磁场的相互作用电场和磁场之间存在着紧密的联系，它们是相互依存的物理量。
当电流通过导线时，周围会形成磁场，这种现象被称为安培环路定律。
根据安培环路定律，通过一条闭合回路的磁场强度与这条回路内通过的电流成正比。
根据法拉第电磁感应定律，变化的磁场可以感应出电场。
即当磁场通过一个闭合回路时，会在回路上产生感应电动势和电流。
这种现象被称为法拉第电磁感应。
电磁感应的经典实验是法拉第的环路实验，通过改变磁场的强度或方向，可以观察到感应电流的变化。
四、电磁波的特性电磁波是由电场和磁场相互耦合形成的一种能量传播的方式。
大学物理电磁场的基本理论与应用
大学物理电磁场的基本理论与应用电磁场是大学物理学习过程中必不可少的重要内容，它涉及到电荷、电场、磁场等基本概念，也是理解电磁现象和应用的重要基础。
本文将从电磁场的基本理论出发，探讨其在日常生活和科技应用中的具体应用。
一、电磁场的基本理论电磁场是由带电粒子或电流所产生的一种物理场。
根据电荷分布的不同，电磁场可以分为静电场和电磁感应场两种。
静电场是由静止电荷所产生的场，其特点是场强与电荷量成正比，与距离平方成反比。
电磁感应场是由运动电荷或变化的磁场所产生的场，具有较为复杂的变化规律。
在电磁场中，电荷受到电场力的作用，而电流则同时受到电场力和磁场力的共同作用。
电场力和磁场力的方向和大小受到电荷或电流的性质和运动状态的影响。
二、电磁场的应用1. 静电场的应用静电场广泛应用于印刷、喷涂、静电除尘、静电助力等工业领域。
例如，在印刷行业中，静电场可以使印版上的墨水粘附在纸张上，实现印刷效果。
另外，静电场还可以用于电子元件制造过程中的静电除尘，避免电子元件受到静电的损害。
2. 电磁感应场的应用电磁感应场广泛应用于发电机、电动机、电磁铁等设备中。
例如，发电机是通过电磁感应原理将机械能转化为电能的装置，是电力工业中不可或缺的重要设备。
电动机则是通过电流在磁场中的相互作用产生力，实现电能转换为机械能的装置。
电磁铁则利用电磁感应的原理，在通电时产生较强磁力，用于吸附和操控铁磁物体。
3. 电磁场在通信技术中的应用电磁场在通信技术中起着至关重要的作用。
无线电通信、微波通信、雷达、卫星通信等都离不开电磁场的运用。
例如，无线电通信就是利用电磁波在空间中传播的特性，实现信息的传递和接收。
雷达则是利用电磁波与物体的相互作用，实现目标探测和测距。
4. 电磁场在医学中的应用电磁场在医学影像、磁共振诊断、放射治疗等方面都有广泛的应用。
例如，在医学影像技术中，X射线和γ射线是利用电磁场与人体组织相互作用的原理，通过检测射线的强度和方向来获得身体内部的影像信息。
大学物理变化的电磁场总复习内容深入超赞
dt
3.计算互感系数： (1)给任一回路通电流;
(2)计算穿过另一回路的磁通量;
(3)代入定义式或定义方程
例3：长直导线与矩形线圈共面，线圈中通有电
流I(t),计算长直导线中的互感电动势。
问题:长直导线是 解:设长直导线通有电流 I1
回路吗?
矩形线圈内的磁通量
I 1 I(t)
ds l
m S
BdS
=0
Lddtmddt(L)I
LdI dt
I
dL dt
当线圈形状、匝数、介质等不变时，L是常量.
εL
LdI dt
L L
dI dt
自感电动势与电流的变化率成正比
3.自感系数计算 考虑方法同计算电容。
(1)令回路通电流；
B
(2)计算穿过回路的磁通量；
(3)代入定义式或定义方程。
I
例1.计算长直螺线管(N,l,R)的自感系数:
da d
0 I1ldx 2 x
0Ill 2
nda d
o x d a
M m 0l lnd a
I1
M
2 d
dI 0llndadI
dt 2 d dt
三、磁场的能量
L
考虑自感线圈中电流的建立过程：
L
L di dt
K1
在移动dq=idt的过程中，电源反抗
自感电动势做功 dALdqLidt Lidi
在i从0到I过程中，做功
•单位：伏V
正
第十一章 变化的电磁场
§1 电磁感应 §2自感与互感 §3 Maxwell’s 方程组
本章重点：感应电动势、自感、互感 的计算
本章难点：涡旋电场,位移电流,场概念的理解
大学物理——电磁学
大学物理——电磁学电磁学是物理学中的一门基础学科，研究电荷之间相互作用的规律性和电磁波的产生、传播以及与物质的相互作用。
电磁学的理论和应用范围广泛，是现代通讯、信息技术、能源领域中必不可少的一门科学。
1. 静电学静电学是电磁学的一个分支，主要研究静电场、电荷分布和电势等基本概念及其相互关系。
静电学的基本定理是库仑定律，它描述了电荷之间的相互作用力与其距离的平方成反比。
此外，静电学还研究电荷密度、电场强度、电荷守恒定律、高斯定理等。
2. 恒定电流学恒定电流学是研究静态电荷（即不随时间变化的电荷）所产生的电流和电场。
这一分支的基本定理为安培定律，它描述了电流与导线长度、截面积的乘积和导体电荷密度的乘积成正比。
恒定电流学还研究电阻、电势差、欧姆定律、基尔霍夫定律等。
3. 电磁场电磁场是指在空间中存在的包含电场和磁场的物理场。
电磁场的基本方程是麦克斯韦方程组，它是电磁学研究的核心。
麦克斯韦方程组包括四个方程，其中两个是描述电场的方程，另外两个是描述磁场的方程。
这些方程可以用来描述电磁波的产生、传播和与物质的相互作用等现象。
4. 电磁波电磁波是电场和磁场在空间中传播的波动现象。
电磁波的产生需要电荷在空间中振动，形成变化的电场和磁场，产生一种横波。
电磁波的特点是在真空中传播，速度是光速，而且具有波长和频率等特征。
电磁波的应用极广，包括无线通信、雷达、移动通讯等。
5. 辐射现象辐射现象是指电荷加速时会产生电磁波辐射的现象。
这一现象是电子学的基础，也是实现电子器件中心频率和带宽的重要途径。
辐射现象的基本定理是洛伦兹方程，它描述了电子发射电磁辐射能量的表达式。
强烈的电磁辐射还会带来安全风险，例如核辐射和光辐射等。
总之，电磁学是一门广泛应用的学科，在通讯技术、信息技术、能源等领域中都有着重要的应用。
它不仅具有基础理论的重要性，还承担着促进社会发展和改善人类生活的使命。
6. 电动力学电动力学是电磁学的一个分支，主要研究带电粒子在电场和磁场中的运动规律。
大学物理第十二章变化的电磁场
是匀强磁场吗？ 是！
m = BScos ( t+o)
= Bosin t Scos t
i
dm
dt
= -BoS cos2 t
13
例12.1.4 长直电流I与ABC共面, AB=a, BC=b。
(1) I =Iocos t (Io 和为常量) , ABC 不 动, 求: ABC=？
解:
m
Bdscos
方向成右手螺旋关系。3
感应电流总是“企图”阻碍原磁通的改变，但又 阻止不了。
楞次定律是能量守恒定律的必然结果。
fm
fm
楞次定律能量守恒
“阻碍”改为“助长”则，不需外力作功，导线便会 自动运动下去，从而不断获得电能。这显然违背 能量守恒定律。
4
感应电动势和感应电流的关系
对闭合导体回路, 感应电动势的方向和感应电 流的方向是相同的。
B)
dl
a
b ++ B
dl
(1)若i 若i
>0, <0,
则i 则i
沿 dl方向，即ab的方向； 与dl的方向相反，即ba的方向。
-a-
(2)动生电动势只存在于运动导体内，无论导体是否构
成闭合回路，只要导体 B在 磁0场中运动切割磁场线，即
(3)若整个导体回路在磁场中运动，则在回路中产生的
动生电动势：
用法拉第电磁感应定律解题的步骤如下：
(i)首先求出回路面积上的磁通量(取正值)：
m
B dS
S
对匀强磁场中的平面线圈：
m B S BS cos
(ii)求导：
i
dm
dt
(ⅲ)判断i 的方向。
8
例12.1.1 圆线圈，m=8×10-5sin100t(wb), N=100匝，
大学物理《电磁学》
以波动形式传播的电磁场，包括无线电波、可见光、不可 见光（紫外线和红外线）、X射线和伽马射线等。
电磁学的发展历程
17世纪
牛顿的力学体系建立，为电磁学的发展奠定了基 础。
18世纪
库仑定律和安培定律的发现，揭示了电荷和电流 之间的相互作用规律。
19世纪
法拉第和麦克斯韦的贡献，提出了电磁感应理论 和麦克斯韦方程组，统一了电学和磁学的规律。
掌握常用的数据处理方法，如平均值、 中位数、标准差等统计量的计算，以 及数据的线性回归分析、曲线拟合等。
06 电磁学的应用案例分析
高压输电线路的设计与优化
高压输电线路的设计
在高压输电线路的设计过程中，需要考虑电磁场的分布、线路的电阻、电感等参数，以及线路的机械强度和稳定 性。
优化设计
通过优化设计，可以降低线路的损耗、提高输电效率，同时减少对周围环境的电磁干扰。
电磁学在生活和科技中的应用
01ห้องสมุดไป่ตู้
02
03
04
无线通信
无线电波用于长距离通信，包 括广播、电视和移动通信等。
电力传输
利用磁场和电场的相互作用， 实现电能的远距离传输。
医疗成像
如X射线和磁共振成像技术， 利用电磁波探测人体内部结构
。
新能源
太阳能电池利用光电效应将光 能转化为电能，风力发电利用 风能驱动发电机产生电能。
法拉第电磁感应定律
感应电动势的大小与磁通量变化率成正比。
楞次定律
感应电流产生的磁场总是阻碍原磁场的变化。
麦克斯韦方程组的推导与解释
推导过程
基于安培环路定律、法拉第电磁感应 定律等基本原理，通过数学推导得到 麦克斯韦方程组。
解释
大学物理下变化的电磁场
3、讨论：
•若有N匝线圈，它们彼此串联，总电动势等于各匝线圈所产生 的电动势之和。令每匝的磁通量为 1、 2 、 3
d1 d 2 dt dt
磁通链数:
1 2 3
d (1 2 3 ) d dt dt
故本题的结果为： r=2cm时
r dB 0.02 Ek ＝－ 0.2 2 10 3V m 1 2 dt 2
R dB 0.05 Ek ＝－ 0.2 5 10 3V m 1 2 dt 2
R 2 dB 0.052 Ek 0.2 2.5 10 3V m 1 2r dt 2 0.1
演示
11-2 动生电动势
引起磁通量变化的原因有两种： 1．磁场不变，回路全部或局部在稳恒磁场中运动——动生电动势 2．回路不动，磁场随时间变化——感生电动势 当上述两种情况同时存在时，则同时存在动生电动势与感生电 动势。 a
d
1、从运动导线切割磁场线导出 动生电动势公式
d d Blx d x i Bl Blv dt dt dt
d B i B dS dS S t dt S
不论空间是否存在导 体，变化的磁场总是 在周围空间激发电场
•感生电场的电场线是无头无尾的闭合曲线，所以又叫涡旋电场。
B dl 0 j dS
L S•感生电场和磁感应强Fra bibliotek的变化连在一起。
(b) 0, increase
n
n
i
direction
i
direction
(c) 0, decrease
(d ) 0, decrease
大学物理 电磁学
大学物理：电磁学电磁学是物理学的一个分支，主要研究电磁现象、电磁辐射、电磁场以及它们与物质之间的相互作用。
在本文中，我们将探讨电磁学的基本概念、历史背景、研究领域以及在现实生活中的应用。
一、基本概念1、电荷与电荷密度电荷是物质的一种属性，它可以产生电场。
电荷分为正电荷和负电荷。
电荷的分布可以用电荷密度来描述，它表示单位体积内所包含的电荷数量。
2、电场与电场强度电场是空间中由电荷产生的力线所形成的场。
电场强度是描述电场强弱的物理量，它与电荷密度有关。
3、磁场与磁感应强度磁场是由电流或磁体产生的场。
磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，它与电流密度和磁场中的电荷有关。
4、电磁波电磁波是由电磁场产生的波动现象，它包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
二、历史背景电磁学的研究可以追溯到17世纪和18世纪，当时科学家们开始研究静电和静磁现象。
19世纪初，英国物理学家迈克尔·法拉第发现了电磁感应定律，即变化的磁场可以产生电流。
1864年，英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦将法拉第的发现与自己的研究结合起来，提出了著名的麦克斯韦方程组，预言了电磁波的存在。
三、研究领域1、静电学：研究静止电荷所产生的电场、电势、电容、电导等性质。
2、静磁学：研究静止磁场以及磁体和电流所产生的磁场和磁场分布。
3、电磁感应：研究变化的磁场和电场以及它们之间的相互作用和变化规律。
4、电磁波：研究电磁波的产生、传播、散射、反射和吸收等性质以及在各种介质中的行为。
四、应用电磁学在现实生活中有着广泛的应用，如：1、电力工业：利用电磁感应原理发电、输电和用电。
2、通信工程：利用电磁波传递信息，包括无线电通信、微波通信、光纤通信等。
3、电子技术：利用电磁学原理制造电子设备，如电视机、计算机、雷达等。
4、磁悬浮技术：利用磁力使物体悬浮，减少摩擦和能耗。
5、医学成像：利用电磁波和磁场进行医学诊断和治疗。
大学物理 第九章 电磁感应 电磁场理论的基本概念
选择绕行方向如右图所示：
b v
o 0 I x bdr 2r 0 Ib x a dr 0 Ib x a x r 2 ln x 2
x
0 Ivab d m d m dx 方向 动 dt dx dt 2x( x a )
v
19
V a I d a d ω b c b cV
三、法拉第电磁感应定律的使用方法 1、规定任一绕行方向为回路的正方向。由右手螺旋 法则确定回路的正法线方向 en 。 d 正法线方向 2、计算 SB dS 及 dt en 3、由 d 之值确定 i 的方向 dt S d L
i
d dt 0, i 0, i的方向与绕行方向相同 d 0, 0, 的方向与绕行方向相反 i i dt
L
解二： 构成扇形闭合回路
AOCA
B
L
A
1 2 m B dS BS AOCA B L 2
o
C
d m 1 1 2 d BL BL2 dt 2 dt 2
沿OACO
由楞次定律:
A
o
17
例2. 如图所示，一矩形导线框在无限长载流导线I 的场中向右运 动，t时刻如图所示，求其动生电动势。
E涡 dl 0
法拉第电磁感应定律推广为
d E涡 dl L 22 dt
静电荷激发电场 E dl 0 保守力场（无旋场） 电场 d 变化磁场激发电场 E涡 dl dt
d 产生的原因不同。 E涡 dl 涡旋电场 dt 静电场 的区别 电力线不同。 E dl 0 环流不同
大学物理第12章变化的电磁场(1)
b
i
( B) dl
a
dl B
b
( B ) dl a
ab=l
l
a
b
( B ) l
结论：在匀强磁场中,弯曲导线平移时所产生的动生 电动势等于从起点到终点的直导线所产生的动生电 动势 。
（4）匀强B,导线以平移,
B
a
ad
)
u
a
p1 p2 0
即: 洛仑兹力的总功为零。外力克服洛伦兹力的一个分力做
功通过另一分力转化为感应电流的能量，实现能量传递。
动生电动势计算步骤：
(1)首先规定一个沿导线的积分方向(即dl
的方向 )。
(2) i ( B) dl
导体 b
Bdl sin( ,B) cos( B ,dl ) a
楞次定律是能量守恒定律的必然结果。
fm 按楞次定律，要想维持回路
fm
中电流，必须有外力不断作 功。这符合能量守恒定律。
若“阻碍”改为“助长” ，
则不需外力作功，导线便会自动运动下去，从而不 断获得机械能与电能。这显然违背能量守恒定律。
感应电动势： 对闭合导体回路, 感应电动势的方向（从负极指 向正极）和感应电流的方向是相同的。
所以回路( bcd)中的电动势
ob
d o´
就是导线bcd中的电动势。
m=BScos ( t+o)
B 1 3 a a cost , n 2 n
22
60 30
i
dm
dt
1 120
3na 2 B sin( n t )
大学物理 第三篇 电磁场的物质性 统一性 相对性
大量实验证明场有
质量和动量
如 引力红移 引力偏折
场与实物相互转化
光压
等
如同步辐射光源
正负电子对湮没
e e
二.电磁场的统一性相对性
电场、磁场均由带电体产生，统一是必然的。
1. 洛仑兹不变量与洛仑兹不变式
基础是洛仑兹力公式 洛仑兹不变式
f qE qv B f qE qv B
磁场分量 相等
讨论
在运动方向上
在垂直运动方向上 电场
磁场之间有关系
如果产生场的电荷在某个惯性系中静止，则在
这个系中只有静电场，没有磁场。
正变换 Ex Ex
Ey E y vBz
z z y
E E
vB
Bx Bx v By By 2 Ez c v Bz Bz 2 E y c
1 B 2 vE c 很容易得到
在S系内
求：平板以速度 v 高速运动时的电磁场 解： 设平板静止的参考系为 S y y
相对实验室参考系(S系)
例1 均匀带电的无限大平面 电荷面密度
运动速度为
v vx
v
S 系中
只有静电场
z z
^ E E y y 2 0
0
v B 2 2c 0
与
B
0j
2
1 j v 只需注意到 0 0 2 c 在S系中用E 的高斯定理和 B 的环路定理计算
电量不变 带电板在运动方向的长度缩短
电荷面密度变为 s s 0 js v 0 s E B 2 0 2 0 2 2
大学物理电磁学知识点
大学物理电磁学知识点物理电磁学是物理学的一门重要分支，研究电磁力及其相互作用的现象和规律。
以下是大学物理电磁学的一些主要知识点：1.电场和电荷：电场是由电荷产生的，通过电场中的电荷之间的相互作用来描述电荷之间的力。
电荷分为正电荷和负电荷，同性电荷相斥，异性电荷相吸。
2.高斯定理：高斯定理是电场的一个重要性质，它描述了电场通量通过任何闭合曲面的总和与该曲面内的电荷量之间的关系。
即电场通量等于包围在闭合曲面内的电荷的总和的1/ε0倍（ε0为真空介电常数）。
3.电势：电势是描述电场中电荷的位置所具有的属性，用来描述电荷在电场中的状态和能量。
电势的单位是伏特。
电势差是指电势的差异，表示两点之间移动单位正电荷所需的能量。
4.电场强度：电场强度描述了电场中的力的大小和方向，在电荷附近的任意一点，电场强度的方向是从正电荷向负电荷方向，大小与距离平方成反比。
5.电荷的分布：电荷在不同情况下的分布形式不同，可以是点电荷、线电荷、面电荷或体电荷。
6.静电场：静电场是指电荷分布不随时间变化的电场，可以通过库仑定律来描述。
库仑定律描述了两个点电荷之间的电场强度和电势能之间的关系。
7.电介质：电介质是一种介质，具有不良导电性，可以极大地改变电场的分布，如绝缘体和电容器中的介质。
8.安培定律：安培定律描述了通过一个闭合回路的电流与围绕该回路的磁场之间的关系。
根据安培定律，磁场的强度与电流成正比，与回路周长成反比。
9.磁感应强度：磁感应强度是描述磁场的一种性质，它表示单位面积内磁场通过的磁感线数量。
磁感应强度的单位是特斯拉。
10.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时感生电动势的大小和方向。
当磁感线与回路交替或相对运动时，感生电动势将产生。
11.楞次定律：楞次定律描述了电流和磁场之间的相互作用，它表明感生电动势的方向总是使产生感生电动势的磁场的变化减弱。
12.麦克斯韦方程组：麦克斯韦方程组是描述电磁场的四个基本方程，包括高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培定律和法拉第定律。
《大学物理》第三篇电磁学
找比较对象 类象
重要作用： (1) 是提出科学假说的重要途径； (2) 是科学阐述或理论证明的辅助手段； (3) 在解决问题的过程中起启发思路、触类旁通的作用。
注意：类比推理所得结论是或然的，需证实或证伪。
3-15-2
磁场
静电场 电
感生 场 电场
一般 电场
高斯定理
SB dS 0
S D0 dS
物质存在的两种基本形式：实物和场
共性：能量、动量、质量
•场能对其中的物体做功 ——表明场有能量
•引力红移与偏折、光压等实验 ——表明场有质量和动量
可相互转化（如正负电子对湮没、同步辐射）
1、电磁场的能量密度与能量
电场能量密度
1 we 2 E D
磁场能量密度
wm
1 2
BH
电磁场能量密度
w
we
S D0 dS
ρdV
V
L E0 dl 0
SB dS 0
D
LH dl S ( j t ) dS
SB dS 0
LH dl S j dS
静电场 基本方程
静电场 基本方程
麦克斯韦方程组是对电磁场宏观规律的 全面总结和概括！
是经典物理三大支柱之一。
再看积分形式的麦克斯韦方程组
jE
2 t
由矢量运算公式： a (b c ) (a b) c b (a c )
(H E) ( H ) E H ( E)
1
(D E
BH)
(H
E)
jE
2 t
(E H ) j E
dW 1
dt
2 V t (D E B H )dV
jD πr 2
2） r >R
大学物理易考知识点电磁场的基本规律
大学物理易考知识点电磁场的基本规律大学物理易考知识点：电磁场的基本规律电磁场是电荷和电流所产生的物理现象，在电磁学中起着至关重要的作用。
了解电磁场的基本规律不仅可以帮助我们解决实际问题，还可以为日常生活中的电器使用提供指导。
本文将介绍电磁场的基本规律，包括库仑定律、电场的叠加原理、高斯定律、法拉第电磁感应定律以及安培环路定理等。
一、库仑定律库仑定律是描述电荷之间相互作用的规律。
根据库仑定律，两个电荷之间的相互作用力与它们的电荷量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。
具体表达式为：\[F = k\frac{{|q_1q_2|}}{{r^2}}\]其中，\[F\]代表电荷之间的相互作用力，\[q_1\]和\[q_2\]分别代表两个电荷的电荷量，\[r\]代表两个电荷之间的距离，\[k\]为比例常数。
二、电场的叠加原理电场是由电荷产生的一种物理场。
电场可以用来描述在电荷存在的情况下，其他电荷所受到的力的情况。
如果有多个电荷同时存在，它们所产生的电场的叠加效应可以通过电场的叠加原理来描述。
根据电场的叠加原理，电场叠加后的总电场强度等于各个电场强度的矢量和。
这一原理可以用公式表示为：\[E = E_1 + E_2 + E_3 + ... + E_n\]其中，\[E_1\]，\[E_2\]，\[E_3\]等分别代表各个电荷所产生的电场强度，\[E\]代表叠加后的总电场强度。
三、高斯定律高斯定律是描述电场的分布与电荷之间的关系的定律。
根据高斯定律，电场通过一个闭合曲面的通量与该闭合曲面内的电荷量成正比，与电荷分布无关。
具体表达式为：\[Φ = \frac{Q}{{ε_0}}\]其中，\[Φ\]代表电场通过闭合曲面的通量，\[Q\]代表闭合曲面内的电荷量，\[ε_0\]为真空中的介电常数。
四、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律描述了磁场的变化所产生的感应电动势。
根据法拉第电磁感应定律，感应电动势的大小与磁场变化率成正比。
大学物理电磁学总结
引言概述：电磁学是物理学的重要分支，涉及到电荷和电场、磁体和磁场的相互作用以及电磁波等内容。
大学物理课程中的电磁学部分是学生们理解自然界电磁现象的重要基础。
本文将介绍大学物理电磁学的主要内容，包括电荷、电场、磁场、电磁波的特性等。
通过细致的分析和阐述，希望能够帮助读者更全面地理解电磁学的基本原理和概念。
正文内容：1.电荷与电场1.1原子结构和电荷1.2电场概念与电场强度1.3高斯定律1.4电势和电势差1.5电场中的电势能2.磁场与电磁感应2.1磁场概念与磁场强度2.2磁感应强度与磁通量2.3安培环路定理2.4法拉第电磁感应定律2.5洛伦兹力和电磁感应中的能量转换3.电磁波与光3.1电磁波的概念和性质3.2麦克斯韦方程组3.3光的干涉和衍射3.4光的偏振和光的折射3.5光的反射和全反射4.电磁场的辐射和传播4.1辐射和辐射场4.2真空中的电磁波传播4.3大气中的电磁波传播4.4地球表面的电磁波传播4.5电磁波与介质相互作用5.应用与发展5.1电磁学在通信技术中的应用5.2电磁学在医学影像中的应用5.3电磁学在材料科学中的应用5.4电磁学在能源领域中的应用5.5电磁学的新发展与研究方向总结：通过对大学物理电磁学的详细阐述，我们了解了电荷与电场、磁场与电磁感应、电磁波与光、电磁场的辐射和传播以及电磁学的应用与发展等主要内容。
电磁学是物理学中一个充满魅力的领域，它不仅深刻地揭示了自然界的规律，更为现代科技的发展做出了不可替代的贡献。
希望本文能够帮助读者对电磁学有更深入的认识，并能够进一步挖掘和应用电磁学的知识。
期望电磁学的研究能够在未来取得更多的突破，为人类社会的进步和发展做出更大的贡献。
大学物理中的电磁波电磁场的传播与性质
大学物理中的电磁波电磁场的传播与性质电磁波是大学物理中的重要概念，它在电磁场中传播，并具有多种性质。
本文将从电磁波的定义、传播特性、电磁波谱和应用等方面进行探讨。
一、电磁波的定义电磁波是由变化的电场和磁场相互耦合产生的一种波动现象，具有电磁振荡和传播性质。
它的本质是通过电磁场的相互作用而传播能量和动量。
二、电磁波的传播特性1. 电磁波的速度：电磁波在真空中的传播速度为光速，即299792458米/秒（约为3.0×10^8 m/s），在其他介质中传播速度会发生变化。
2. 电磁波的周期和频率：电磁波的周期是指波的一个完整振动所经历的时间，单位为秒；频率是指单位时间内波的振动次数，单位为赫兹（Hz）。
3. 电磁波的波长和波数：电磁波的波长是指波的一个完整周期所对应的长度，通常用λ表示，单位为米；波数是指在单位长度内波的振动次数，通常用k表示，单位为1/米。
4. 电磁波的能量和强度：电磁波传播时会携带能量，能量与波的振幅和频率有关；强度是指单位面积内电磁波的能量流密度，与波的振幅和传播方向有关。
三、电磁波谱电磁波谱是指电磁波按照频率或波长划分的不同区域。
根据频率的不同，电磁波谱可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等不同的频段。
不同频段的电磁波在应用上具有不同的特性和用途。
四、电磁波的应用1. 通信：无线电波和微波被广泛应用于通信领域，包括无线电广播、电视信号传输、移动通信等。
2. 显微镜和光学：可见光是光学仪器如显微镜的重要光源，通过光学设备的应用可以观察和研究物体的微观结构。
3. 医学诊断和治疗：X射线和γ射线在医学影像和肿瘤治疗中起到重要作用，可以帮助医生诊断和治疗疾病。
4. 遥感和雷达：微波和红外线被用于遥感技术和雷达系统，可以监测和探测地球表面的变化和异常情况。
5. 光电子学和半导体器件：光电子学和半导体器件利用电磁波与物质相互作用的特性，开发了各种光学传感器和光电子器件。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
d
电磁场方程
SD d S q
l E dl
S
B t
dS
SB d S 0
l H dl I
D
E B t
B 0
H J
D E
J E B H
2. 全电流定律
问题的提出
法拉第根据电磁之间的对偶关系，提出变化的磁场产生 电场，那么变化的电场是否会产生磁场呢？
麦克斯韦从安培环路定律与电荷守恒定律的矛盾出发提 出随时间变化的电通量与传导电流一样可以产生磁场。
② 产生电场的源不仅有电荷，变化的磁场也产生电场，电 场与磁场紧密相连。
③ 电磁感应定律表明：只要与回路交链的磁通发生变化，回 路中就有感应电势，感应电势与构成回路的材料性质无关， 回路的材料决定感应电流的大小。麦克斯韦将电磁感应定 律推广到一切假想的闭合回路。
④麦克斯韦假设，变化的磁场在其周围激发了
感应电场，对闭合回路有电流。 B
e E dl S t dS 0
讨论 楞次定律的作用
感应电场不 是守恒场
磁铁向下
感应电流产生的磁 场与磁铁相斥
外力做功转化为感应电流引 起的热损耗。
楞次定律实际是能量守恒定律在 电磁感应现象中的反映。
变化的磁场产生感应 电场
例： 已知 长直导线电流I
矩形线框 a b N匝
化产生感应电势
e d
dt
注意 负号表示感应电流产生的磁 场总是阻碍原磁场的变化。
由电磁感应的类型得感应电势产生的方法
1）回路不动，磁场随时间变化
e d
dt
S
B t
dS
称为感生电动势，为变压器工作原理，亦称变压器电势。
感生电动势
2）磁场不变，回路运动切割磁力线
f qv B
E f vB q
导电流加位移电流才是连续的，这就是麦克斯 韦位移电流假说；
Jd
当 i
q
D 0 t
当 i
q
D 0 t
传导电流中断处位移电流接上
② 不仅传导电流引起磁场，位移电流（变化的电场）也引起
奖学金，毕业留校任职两年。1856年在苏格兰阿伯丁的马里沙耳 任自然哲学教授。1860年到伦敦国王学院任自然哲学和天文学教 授。1861年选为伦敦皇家学会会员。1865年春辞去教职回到家乡 系统地总结他的关于电磁学的研究成果，完成了电磁场理论的经 典巨著《论电和磁》，并于1873年出版，1871年受聘为剑桥大学 新设立的卡文迪什试验物理学教授，负责筹建著名的卡文迪什实 验室1874年建成后担任这个实验室的第一任主任，直到 1879 年 11月5日在剑桥逝世。
4.0 引 言
恒定场与时变场的比较
1. 恒定场的特点
① 涉及的所有物理量仅是空间坐标的函数 E(x, y, z) B(x, y, z)
② 遵循的定理和定律是麦克斯韦以前的电磁学说，如
库仑定律
F
q1q2 4πεr2
er
电荷守恒原理Βιβλιοθήκη J t高斯定律
D dS q 电流连续性原理 J 0
D
D t
)
dS
0
(J D) 0 t
(J D ) 0 t
全电流连续
D Jd t
位移电流
② 位移电流与传导电流一样具有磁的效应；
H dl l
S (J Jd ) dS
E dS D dS
S
S t
H J D t
全电流定律
结论 ① 在时变场中，单纯的传导电流是不连续的，传
静态场：
l H dl I J dS
H J
J 0
电流连续
时变场： 电荷与电流连续性定律
I
J
dS
dq dt
J
t
安培环路定律
l H dl i
取S1面有
交变电路用安培环路 定律
H dl J dS i
l
S1
取S2面有
H dl J dS 0
l
S2
线积分结果不同！
麦克斯韦认为
4.1 麦克斯韦方程组
1.电磁感应定律 1831年法拉弟在实验中观测到电磁感应现象，发 现仅当与回路交链的磁通发生变化时产生磁的电效 应，如
I
B
i（t）
电磁感应现象的产生分为两类：
① 磁场不变，导体回路运动 ② 导体回路不动，磁场变化
两类现象的共同点
导体回路的磁感应通量发生了变
感生电动势的参考方向
① 安培环路定律和电荷与电流连续性定理只有在恒定情况 下是一致的，在时变情况下是矛盾的。
② 电荷与电流连续性定理符合电荷守恒定律是无可怀疑的， 而安培环路定律是在恒定情况下得出的需加以修正。
麦克斯韦的两个假设
① 静电场中的高斯定理在时变情况下仍然是正确的；
lJ
dS
dq dt
t
DdS
D t
dS
(J
例4-1-1：已知 长直导线电流 i(t) 2I0 cos(t)
矩形线框 a b N匝
a
距离d
求：线框中的感应电动势。
N
I
b
解：
M N 0b ln d a
d
2 d
dm d(Mi) 0Nb ln d a di
x
dt
dt
2 d dt
2 0NI0b ln d a sin(t)
2
e d
dt
l(ν B) dl
称动生电动势，是发电机工 作原理，亦称发电机电势。
若B均匀，且l、B、V三
者垂直，则
动生电动势
e vBl
3）磁场随时间变化，回路切割磁力线
e d
dt
l(ν
B)
dl
S
B t
dS
结论
① 两种电磁感应现象是两种物理性质不同的现象，但都服 从统一的法拉第电磁感应定律。
安培环路定律 磁通连续性原理
Hdl I
BdS 0 B 0
③ 电场和磁场可以共处于一个空间，但彼此独立，服 从各自的基本方程。
2. 时变场的特点
① 涉及的所有物理量不仅是空间坐标的函数，而且是 时间的函数；
E(x, y, z, t) B(x, y, z, t)
② 遵循麦克斯韦方程；
③ 电场和磁场相互联系成为不可分割的整体。
麦克思维是19世纪伟大的英国物理学家、 数学家。1831 年 11 月 13日生于苏格兰的爱丁 堡，10岁时进入爱丁堡中学学习14岁就在爱丁 堡皇家学会会刊上发表了一篇关于二次曲线作 图问题的论文。1847年进入爱丁堡大学学习数 学和物理。1850年转入剑桥大学三一学院数学 系学习，1854年以第二名的成绩获史密斯
距离d 以速度 v 运动
v
a
求：线框中的感应电动势。
解：
2m1 MI
N
I
b
d
M 2m1
N
m 21
N 0b ln d a
I
I
2 d
x
dm
d(MI)
0NIb
d
ln d a
dt
dt
2 dt d
0NIb [ 1 1 ] dx 0NIbv[ a ] 2 d d a dt 2d d a