电磁场的数学物理基础知识

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电磁场与电磁波期末复习知识点归纳

哈密顿算子：矢量微分算子（ Hamilton、nabla、del ）
ex
x
ey
y
ez
z
★ 标量场的梯度
gradu u u xˆ u yˆ u zˆ ( xˆ yˆ zˆ)u x y z x y z
★ 矢量场的散度计算公式：
divA＝ • A Ax Ay Az x y z
1
2=∞ nˆ • D1 s
nˆ E1 0 nˆ B1 0
nˆ H1 Js
2、理想介质表面上的边界条件
1=0
2=0
nˆ • (D1 D2) 0 nˆ (E1 E2 ) 0
nˆ B1 B2 0
nˆ H1 H2 0
第三章静态电磁场及其边值问题的解
静电场中: E 0
圆柱坐标和球坐标的公式了解:
Bx By Bz
圆柱坐标系中的体积微元: dV=(d)(d)(dz)= d d dz
分析的问题具有圆柱对称性时可表示为：dV=2ddz
球坐标系中的体积微元: dV=(rsind)(rd)(dr)
分析的问题具有球对称性时可表示为:
=r2sindrdd dV=4r2dr
★ 标量场的等值面方程 u x, y, z 常数C
程的解都是唯一的。这就是边值问题的唯一性定理
◇ 唯一性定理的意义：是间接求解边值问题的理论依据。
● 镜像法求解电位问题的理论依据是“唯一性定理”。
点电荷对无限大接地导体平面的镜像
z
r1
P
q h
r r2 介质
x
h
介质
q
点电荷对接地导体球面的镜像。
P
r
a
r2
o θ q
d
’d

物理电磁关系公式总结归纳

物理电磁关系公式总结归纳在物理学中，电磁学是一个重要的分支，研究电荷与电磁场之间的相互作用。

电磁关系公式是描述电荷与电磁场之间相互作用的数学表达式。

在本文中，我将对一些常见的物理电磁关系公式进行总结和归纳，以帮助读者更好地理解和应用这些公式。

1. 库仑定律库仑定律描述了两个点电荷之间的静电相互作用力。

表达式为：F = k * |q1 * q2| / r^2其中，F为电荷之间的相互作用力，k为库仑常数，q1和q2分别为两个电荷的电荷量，r为两个电荷之间的距离。

2. 电场强度公式电场强度表示在某一点处电荷对单位正电荷的作用力大小。

对于一个点电荷，其电场强度E的计算公式为：E = k * |q| / r^2其中，E为电场强度，k为库仑常数，q为电荷量，r为点电荷到该点的距离。

3. 电势能公式电势能是指电荷在电场中由于位置改变所具有的能量。

对于一个点电荷，其电势能V的计算公式为：V = k * |q| / r其中，V为电势能，k为库仑常数，q为电荷量，r为点电荷到该点的距离。

4. 电场与电势能的关系根据电场强度公式和电势能公式，可以推导出电场与电势能之间的关系：E = -dV/dr其中，E为电场强度，V为电势能，r为观察点到电荷的距离，dV/dr为电势能关于距离的导数。

5. 安培环路定理安培环路定理是描述电流与磁场之间相互作用的定理。

它指出通过一个闭合回路的电流的总和等于这条回路所围成的面积的磁通量变化率。

数学表达式为：∮B·dl = μ0 * I其中，∮B·dl为磁场的环路积分，μ0为真空中的磁导率，I为通过回路的电流。

6. 洛伦兹力公式洛伦兹力描述了电荷在磁场中受到的力的大小和方向。

对于一个点电荷在磁场中受到的洛伦兹力F的计算公式为：F = q * (v × B)其中，F为洛伦兹力，q为电荷量，v为电荷的速度，B为磁场的磁感应强度。

7. 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律描述了磁场和电路之间的相互作用。

电磁运动知识点总结

电磁运动知识点总结电磁运动是指物体在受到电场和磁场作用时所表现出来的运动状态。

电磁运动是电磁学与力学相结合的一种运动形式，对于理解和应用电磁场具有重要意义。

本文将从电磁场、洛伦兹力、电磁感应等方面对电磁运动进行总结。

电磁场电磁场是由电荷和电流所产生的一种物质场。

电荷和电流所产生的电磁场包括静电场和静磁场。

电荷所产生的电场是一种具有电荷分布的场，而电流所产生的磁场则是一种具有电流分布的场。

电磁场具有时间变化特性，即电磁波的传播就是电场和磁场的时间变化所产生的。

洛伦兹力当物体运动时，如果它同时受到了电场和磁场的作用，那么它将会受到洛伦兹力的影响。

洛伦兹力是指电荷在电场和磁场中所受到的合力，它的大小和方向取决于电荷的电量、电场的强度以及磁场的强度。

根据洛伦兹力的叠加原理，电荷在电场和磁场中所受到的合力等于电场力和磁场力的叠加和。

电磁感应电磁感应是指当电导体在磁场中运动或磁场的强度发生变化时，产生感应电流的现象。

根据法拉第电磁感应定律，当导体与磁场相对运动时，导体中将会产生感应电动势，从而产生感应电流。

根据楞次定律，感应电流的方向总是使得感应电流所产生的磁场方向和磁场方向相反。

电磁感应现象是电磁运动的重要表现形式，它在发电机、变压器和感应加热等领域都有着广泛的应用。

电磁波电磁波是由电场和磁场所组成的一种波动。

它的传播速度等于真空中的光速，它的频率、波长和波速都遵循电磁波的传播特性。

电磁波有着辐射的特性，它可以以波的形式在真空中传播，也可以以光的形式在介质中传播。

电磁波的频率范围非常广泛，包括射频、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。

电磁场的数学描述电磁场的数学描述是由麦克斯韦方程组来完成的。

麦克斯韦方程组包括了麦克斯韦方程和洛伦兹力的方程。

麦克斯韦方程组的形式包括了电场和磁场的分布以及它们和电荷、电流之间的关系，它描述了电磁场的发展和传播规律。

麦克斯韦方程组是电磁学的基础理论，它对整个电磁学体系具有着重要的意义。

电磁场中的基本物理量

上电荷密度的增加率；（3）在半径r=1mm的球体内总电荷的增加率。
解：（1）
I
J dS
S
2 0
10r r 1.5 2
0
sin d d
|r 1mm
40 r 0.5 |r1mm 3.97( A)
（2）在球面坐标系中
d
dt
J
1 r2
d dr
r 210r 1.5
5r 2.5 |r1mm 1.58 108 A / m3
由电流强度定义：
dq I dt S J (r ) ds dt
V
s J (r )
ds
dq dt
d dt
V
(r )dV
即
J(r)d S
d
(r )dV
S
dt V
电荷守恒定律积分形式
在等式的左端应用高斯散度定理，将闭合面上的面积分变为体
积分，得
V ( J )dV V t dV
J
eR
z dEz
dE
由对称性和电场的叠加性，合电场只有z
分量，则
E z ez
l dEz
ez l 4 0
l
cos
R2
dl
R
l
r0 O
dl
ez l
4 0
l
z R3
dl
ez l 4 0
z R3
l
dl
2 rl z 4 0 R3
ez
qz
40 R3
ez
结果分析
（1）当z→0，此时P点移到圆心，圆环上各点产生的电场抵消，
J v v v 0
面电流密度
当电流集中在一个厚度趋于零的薄层（如导体表面）中流动时，电流被认为是表面电流或面电流，其分布情况用面电流密度矢量

工程电磁场第1章电磁场的数学基础

《工程电磁场》
《工程电磁场》
第1章电磁场的数学基础
1
第1章电磁场的数学基础
1.1 场的概念及其分类
1.2 正交曲面坐标系
1.3 矢量代数
1.4 场的可视化描述
1.5 场的梯度、散度、旋度
1.6 场论分析常用定理
1.7 电磁场麦克斯韦方程组与场论
《工程电磁场》
1.1 场的概念及其分类
《工程电磁场》
《工程电磁场》
标量及其乘积运算
两个标量a与b相乘，标量参数之间可用
“

”号、“ • ” 号或什么符号也不加，
都代表二者之间的倍数关系，即

，
a b a b ab
《工程电磁场》
矢量及其表示方法
《工程电磁场》
一个由大小和方向共同确定的物理量叫做矢量。
=
，
= + + =

ex
ey
ez

A B Ax Ay Az
Bx B y Bz

9. A ( B C ) B (C A) C ( A B )

10. ( A B )C A( B C )

11. A ( B C ) ( A B ) C
Ԧ )
——不随空间变化的时变场 φ(t) , (t
第1章电磁场的数学基础
1.1 场的概念及其分类
1.2 正交曲面坐标系
1.3 矢量代数1.4 源自的可视化描述1.5 场的梯度、散度、旋度
1.6 场论分析常用定理
1.7 电磁场麦克斯韦方程组与场论

工程电磁场基础[整理版]

工程电磁场基础目录引言一、电磁学发展简史二、电磁场理论课程的特点第一章自由空间中的电磁场定律1.1基本定义1.1.1电荷密度一、体电荷密度ρ二、面电荷密度η三、线电荷密度λ四、点电荷q1.1.2电流密度一、体电流密度J二、面电流密度K三、线电流I1.1.3基本场量一、洛仑兹力公式二、电场强度E三、磁场强度H1.2自由空间中的电磁场定律1.2.1场定律中符号的意义1.2.2各电磁场定律的数学物理意义一、法拉第电磁感应定律的意义二、修正的安培环路定律的意义三、电场高斯定律的意义四、磁场高斯定律的意义五、电荷守恒定律的意义1.2.3电磁场定律整体的物理意义1.3积分形式场定律的应用习题第二章矢量分析2.1标量场的梯度2.1.1标量场的等值面2.1.2标量场的梯度一、位移的方向余弦和单位矢量二、方向导数三、标量场的梯度2.1.3梯度的性质2.1.4标量场梯度的物理意义2.1.5例题2.2矢量场的散度和高斯定理2.2.1矢量场的场流图2.2.2矢量场的散度一、散度的定义二、散度的数学计算式2.2.3矢量场散度的性质2.2.4矢量场散度的物理意义2.2.5高斯定理一、高斯定理二、高斯定理的证明2.2.6自由空间中微分形式场定律的散度关系式2.2.7拉普拉斯运算符2.2.8例题2.3矢量场的旋度和斯托克斯定理2.3.1保守场和非保守场2.3.2矢量场的旋度一、旋度的定义二、旋度的数学计算式2.3.3矢量场的旋度的性质2.3.4矢量场旋度的物理意义2.3.5斯托克斯定理一、斯托克斯定理二、定理证明三、保守场的判据2.3.6自由空间微分场定律中的旋度关系式2.3.7例题习题第三章自由空间的微分场定律3.1微分场定律3.1.1微分场定律的数学物理意义一、法拉第电磁感应定律的意义二、修正的安培定律的意义三、电场高斯定律的意义四、磁场高斯定律的意义五、电荷守恒定律的意义3.1.2微分场定律整体的意义3.1.3例题3.2边界条件3.2.1电磁场中的不连续界面3.2.2边界条件一、边界法线方向上的关系式（法向边界条件）二、边界切线方向上的关系式（切向边界条件）3.2.3边界条件的物理意义一、电场强度切向边界条件的意义二、磁场强度切向边界条件的意义三、电场法向边界条件的意义四、磁场法向边界条件的意义五、电场和磁场边界条件的物理解释六、电流边界条件的意义七、边界条件所含的方向关系3.2.4微分场定律与边界条件的形式对应关系3.3微分场定律（含边界条件）的应用3.3.1已知场分布求源分布3.3.2已知源分布求场分布习题第四章静电场的标量位4.1静电场的标量位4.1.1静电场标量位的引入一、在原点的点电荷电场的标量位二、在空间某点的点电荷电场的标量位三、点电荷系电场的标量位四、分布在有限区域的带电系统的标量位4.1.2标量位（电位）的物理意义4.1.3电偶极子的电场和电位一、直接计算电场二、使用标量位计算电场4.1.4标量位的微分方程和边界条件一、微分方程二、一般边界条件三、边界为偶极层时的条件四、导体表面的边界条件4.1.5泊松方程的解4.2标量位的性质4.2.1极值定理4.2.2平均值定理一、格林定理二、平均值定理的证明三、平均值定理的应用4.2.3唯一性定理一、定理内容二、唯一性定理的证明4.3唯一性定理的应用4.3.1静电镜象法一、在无限大接地导体平板上方放置一个点电荷的系统二、接地导体角域内放置点电荷的系统三、接地导体球外放置一个点电荷的系统四、不接地不带电的导体球外放置一个点电荷的系统五、不接地、带电量为Q的导体球外放置一个点电荷的系统六、在一个接地的无限大导电平面上方放置一个偶极子的系统4.3.2电轴法一、两根相互平行且带等量异号电荷的无限长直导线的场二、两个等截面导体圆柱系统三、两个截面不相等的导体圆柱系统4.4复变函数在静电场问题中的应用4.4.1复电位（复位函数）4.4.2保角变换（保角映射）4.4.3许瓦兹－克瑞斯托弗尔变换4.5静电场示意场图的画法4.5.1静电场示意场图的作用4.5.2绘制静电场示意场图的基本法则4.5.3静电场示意场图实例一、在球形接地导体空腔内有一个点电荷二、两个不等量的异号电荷三、接地导体上的矩形空气槽四、矩形空气域五、两个同轴圆柱面间的空气域习题第五章静电场的分离变量法求解5.1拉普拉斯方程的变量可分离解5.1.1在直角坐标系中一、平凡解（明显解）二、一般解5.1.2在柱坐标系中一、平凡解二、与z变量无关的二维一般解三、柱坐标中拉普拉斯方程解的物理意义5.1.3在球坐标系中一、平凡解二、一般解三、球坐标中拉普拉斯方程解的物理意义5.2静电场问题求解实例5.2.1边界电位值已知的静电系统例1（上下为导体板，左右为源的矩形二维空气域）例2（扇形域）例3（锥面间域）例4（导体块上的空气槽）例5（有导体角的矩形域，迭加原理）例6（立方域）5.2.2带有自然边界条件的静电系统例1（导体上的半无界缝）例2（已知电位分布的圆柱面）例3（已知电位分布的球面）5.2.3带有电位导数边界条件的静电系统例1（平板电容器）例2（长方体形电阻器）例3（矩形导体片）例4（内有面电荷的二维矩形空腔）例5（带面电荷的圆柱面）例6（带面电荷的球面）例7（两种导体构成的半圆形电阻）5.2.4带有趋势性边界条件的静电系统例1（中心放置电偶极子的导体球壳）例2（中心放置点电荷的导体球壳）例3（上下异号的线电荷）例4（均匀电流场中的导体球）例5（均匀电场中的导体圆柱）5.3柱坐标系中三维拉普拉斯方程的分离变量解习题第六章静磁场与位函数的远区多极子展开式6.1静磁场的矢量位6.1.1毕奥－沙瓦定律一、电流元产生的磁场二、闭合电流线产生的磁场三、分布电流产生的磁场6.1.2磁场的矢量位一、静磁场方程二、磁场的矢量位三、磁矢位的方程四、磁矢位方程的解五、磁矢位的物理意义六、边界条件6.1.3例题6.2静磁场的标量位6.2.1磁标位一、磁标位的定义二、一个电流环的磁标位三、磁标位的方程和方程解族四、边界条件6.2.2例题6.3位函数在远区的多极子展开式6.3.1静电标量位Φ（r）的多极子展开式一、1/RQP的级数展开式二、Φ（r）的展开式三、电位Φ（r）多极子展开式的物理意义四、多极子展开式的应用6.3.2磁矢位A（r）的远区多极子展开式习题第七章有物质存在时的宏观场定律7.1物质极化的宏观模型7.1.1极化的概念7.1.2极化强度P7.1.3极化电荷与电场高斯定律一、极化电荷二、宏观极化模型下的电场高斯定律7.1.4极化电流与修正的安培定律一、极化电流二、宏观极化模型下的修正安培定律7.2极化问题举例7.2.1永久极化物体一、永久极化板二、永久极化球7.2.2非永久极化物体一、均匀电场中的电介质球二、填充均匀∈材料的平行板电容器三、填充非均匀∈材料的电容器四、空心介质球心放置一个电偶极子7.3物质磁化的安培电流模型7.3.1物质磁化的机理7.3.2磁化强度M7.3.3磁化电流密度7.3.4安培电流模型下的场定律7.3.5永久磁化圆柱的磁场7.4物质磁化的磁荷模型7.4.1物质磁化的机理7.4.2磁荷模型下的磁化强度7.4.3物质中的磁场高斯定律7.4.4物质中的法拉第电磁感应定律7.4.5永久磁化圆柱的磁场7.4.6有均匀磁介质的磁场系统一、均匀磁场中的磁介质球二、空心磁介质球心放置一个磁偶极子7.5物质中的场量组成关系和场定律7.5.1物质中的场量组成关系一、单值关系二、多值关系三、各向同性和各向异性7.5.2物质中的电磁场定律一、B－D形式的场定律二、E－H形式的场定律三、对称形式的场定律习题第八章电磁场的能量和功率8.1静电场和静磁场的能量8.1.1静电场的能量8.1.2静电场能计算举例8.1.3静磁场能量8.1.4静磁场能计算举例8.2坡印廷定理8.2.1电磁场供给运动电磁荷的功率一、电磁场对运动电磁荷的电磁力二、电磁场供给运动电磁荷的功率8.2.2坡印廷定理一、微分形式的坡印廷定理二、积分形式的坡印廷定理8.2.3坡印廷定理的量纲单位分析8.2.4坡印廷定理的物理解释一、对微分形式坡印廷定理的物理解释二、对积分形式坡印廷定理的物理解释三、在解释坡印廷定理上的假说性8.2.5对S和w的补充规定8.2.6坡印廷定理在物质中的应用8.3静态功率流与损耗8.4物质中的极化能和磁化能8.4.1极化能和电能8.4.2磁化能和磁能8.4.3磁能计算举例8.4.4物质宏观模型与坡印廷定理的关系8.5小结习题第九章时变场的低频特性9.1平行板系统中的交变电磁场9.1.1交变电磁场的严格解9.1.2平行板系统的低频响应9.2时变场的幂级数解法9.3低频系统中的场9.3.1平行板系统一、参考点的选取二、零阶场三、一阶场四、高阶场五、场分布和等效电路9.3.2单匝电感器一、系统的参考点二、零级近似场三、一级近似场四、二级近似场五、高阶场9.3.3多匝线圈一、不考虑线圈存在时的一阶电场二、放入线圈后的一阶电场三、计算a、b两点间的端电压9.4电路理论与电磁场理论的关系习题第十章平面电磁波10.1自由空间中均匀平面波的时域解10.1.1均匀平面波的电场和磁场时域解10.1.2均匀平面波的传播特性10.2正弦律时变场10.2.1复矢量10.2.2复数形式的场定律10.2.3复矢量乘积的物理意义10.3正弦律均匀平面波10.3.1均匀平面波的频域解10.3.2复数形式的坡印廷定理10.3.3复数坡印廷定理与微波网络的关系10.4平面波在有耗媒质中的传播10.4.1有耗媒质中的均匀平面波解10.4.2半导电媒质中均匀平面波的传播10.4.3良导体的趋肤效应10.4.4相速、群速和色散10.5电磁波的极化状态10.5.1电场极化状态的概念10.5.2极化方向的工程判断法一、瞬时场极化方向的判断二、复数场极化方向的判断10.5.3波的分解与合成一、线极化波的分解二、椭圆极化波的分解三、圆极化波的分解10.6沿任意方向传播的均匀平面波10.6.1波的数学表达式一、一般形式二、在直角坐标系中的表达式三、在柱坐标系和球坐标系中的表达式10.6.2波的特性10.7无耗媒质中的非均匀平面波10.8频率极高时媒质中的波10.8.1电介质中的波10.8.2金属中的波10.8.3电离层和等离子体中的波习题第十一章平面波的反射与折射11.1在自由空间与理想导体分界面处的反射现象11.1.1正入射11.1.2斜入射一、垂直极化二、平行极化11.2在两种介质分界面处的反射和折射现象11.2.1垂直极化一、入射角θi＝0二、入射角θi＞011.2.2平行极化11.3导电媒质表面的反射和折射11.3.1导电媒质中的实数折射角一、媒质Ⅱ是良导体二、媒质Ⅱ是不良导体11.3.2良导体中的透射功率11.3.3导电表面的反射一、媒质Ⅱ是良导体二、媒质Ⅱ是不良导体11.4透波和吸波现象11.4.1透波现象一、电磁波正入射二、电磁波斜入射三、多层介质板的透波现象11.4.2吸波现象一、干涉型吸收材料二、宽带吸收材料习题第十二章电磁波的辐射12.1时变场的位函数12.1.1标量位和矢量位12.1.2赫兹电矢量Ⅱ12.2时变场位函数方程的解12.2.1克希荷夫积分12.2.2达朗贝尔公式12.3交变电偶极子的辐射12.3.1交变电偶极子的电磁场量一、矢量位二、磁场强度三、电场强度12.3.2交变电偶极子场的分析一、近区场二、远区场三、辐射场的方向性四、辐射功率五、辐射电阻12.4交变磁偶极子的辐射12.4.1通过复数矢量位求电磁场12.4.2使用电磁对偶原理求电磁场12.5缝隙元的辐射12.6半波天线12.7天线阵12.8线天线电磁场的精确计算12.9天线的输入功率和输入阻抗习题第十三章电磁场的基本定理13.1格林定理13.1.1标量格林定理13.1.2广义格林定理13.1.3矢量格林定理13.2亥姆霍尔兹定理13.3静态场的几个定理13.3.1标量位Φ的唯一性定理13.3.2平均值定理13.3.3无极值定理13.3.4汤姆生定理13.3.5恩绍定理13.3.6矢量位A的唯一性定理13.4坡印廷定理13.5电磁力的定理――麦克斯韦定理13.6时变场的唯一性定理13.7相似原理13.8二重性原理和电磁对偶原理13.9等效原理13.10感应定理13.11互易定理13.12天线远场定理13.13克希荷夫－惠更斯原理13.14费马原理附录A 矢量的代数运算附录B 坐标系的有关概念附录C 立体角的有关概念。

电磁场与电磁波知识点总结

电磁场与电磁波知识点总结电磁场知识点总结篇一电磁场知识点总结电磁场与电磁波在高考物理中属于非主干知识点，多以选择题的形式出现，题目难度较低，属于必得分题目，重点考察考生对基本概念的理解和掌握情况。

下面为大家简单总结一下高中阶段需要大家掌握的电磁场与电磁波相关知识点。

电磁场知识点总结一、电磁场麦克斯韦的电磁场理论：变化的电场产生磁场，变化的磁场产生电场。

理解：* 均匀变化的电场产生恒定磁场，非均匀变化的电场产生变化的磁场，振荡电场产生同频率振荡磁场* 均匀变化的磁场产生恒定电场，非均匀变化的磁场产生变化的电场，振荡磁场产生同频率振荡电场* 电与磁是一个统一的整体，统称为电磁场（麦克斯韦最杰出的贡献在于将物理学中电与磁两个相对独立的部分，有机的统一为一个整体，并成功预言了电磁波的存在）二、电磁波1、概念：电磁场由近及远的传播就形成了电磁波。

（赫兹用实验证实了电磁波的存在，并测出电磁波的波速）2、性质：* 电磁波的传播不需要介质，在真空中也可以传播* 电磁波是横波* 电磁波在真空中的传播速度为光速* 电磁波的波长=波速*周期3、电磁振荡LC振荡电路：由电感线圈与电容组成，在振荡过程中，q、I、E、B 均随时间周期性变化振荡周期：T = 2πsqrt[LC]4、电磁波的发射* 条件：足够高的振荡频率；电磁场必须分散到尽可能大的'空间* 调制：把要传送的低频信号加到高频电磁波上，使高频电磁波随信号而改变。

调制分两类：调幅与调频# 调幅：使高频电磁波的振幅随低频信号的改变而改变# 调频：使高频电磁波的频率随低频信号的改变而改变（电磁波发射时为什么需要调制？通常情况下我们需要传输的信号为低频信号，如声音，但低频信号没有足够高的频率，不利于电磁波发射，所以才将低频信号耦合到高频信号中去，便于电磁波发射，所以高频信号又称为“载波”）5、电磁波的接收* 电谐振：当接收电路的固有频率跟收到的电磁波频率相同时，接受电路中振荡电流最强（类似机械振动中的“共振”）。

数学物理中的电磁学与电磁场理论

数学物理中的电磁学与电磁场理论电磁学是物理学的重要分支，研究物质中电荷的运动以及与之相互作用的现象。

而电磁场理论则是电磁学的基础，描述了电荷和电流带来的电磁场的产生和传播规律。

本文将从数学物理的角度，探讨电磁学与电磁场理论的相关概念和数学模型。

1. 电磁学基础在电磁学中，电荷是核心概念之一。

电荷分为正电荷和负电荷，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引。

库伦定律描述了电荷之间的相互作用力的大小与距离的关系。

其数学表达式为：$$F = \frac{{k \cdot |q_1 \cdot q_2|}}{{r^2}}$$其中，$F$为电荷之间的相互作用力，$q_1, q_2$为电荷的电量，$r$为电荷之间的距离，$k$为比例常数。

2. 静电场与电势静电场是电磁场的一种特殊情况，不随时间变化。

静电场可以用电势来描述。

电势是描述某一点电场状态的物理量，其定义为单位正电荷在该点所受电势力所做的功。

电势可以通过静电势能来解释，即电荷在电场中由于位置变化所引起的能量变化。

电势的数学定义为：$$V = \frac{U}{q}$$其中，$V$为电势，$U$为电势能，$q$为电荷的电量。

3. 电场和电场强度电场是在空间中存在电荷时产生的物理现象，描述了电荷对其他电荷或者测试电荷产生的力的作用。

电场由电场强度来描述，电场强度是单位正电荷在某一点上受到的电场力。

电场强度的数学定义为：$$E = \frac{F}{q}$$其中，$E$为电场强度，$F$为电荷所受电场力，$q$为测试电荷的电量。

4. 感应电场与法拉第电磁感应定律当磁场的变化引起了电场的变化时，产生的电场称为感应电场。

感应电场可以通过法拉第电磁感应定律来描述，即导体回路中的感应电动势等于磁通量的变化率。

法拉第电磁感应定律的数学表达为：$$\varepsilon = -\frac{{d\Phi}}{dt}$$其中，$\varepsilon$为感应电动势，$\Phi$为磁通量，$t$为时间。

电磁场与电磁波复习重点

梯度: 高斯定理:A d S ，电磁场与电磁波知识点要求第一章矢量分析和场论基础1理解标量场与矢量场的概念；场是描述物理量在空间区域的分布和变化规律的函数。

2、理解矢量场的散度和旋度、标量场的梯度的概念，熟练掌握散度、旋度和梯度的计算公式和方法(限直角坐标系)。

:u；u；u e xe ye z ，-X；y: z物理意义：梯度的方向是标量u 随空间坐标变化最快的方向;梯度的大小：表示标量 u 的空间变化率的最大值。

散度：单位空间体积中的的通量源，有时也简称为源通量密度,旋度：其数值为某点的环流量面密度的最大值，其方向为取得环量密度最大值时面积元的法线方向。

斯托克斯定理：■ ■(S?AdS|L )A d l数学恒等式：' Cu )=o ,「c A )=o3、理解亥姆霍兹定理的重要意义：a时，n =3600/ a , n为整数，则需镜像电荷XY平面, r r r.S(—x,y ,z)-q ■严S(-x , -y ,z)S(x F q R 1qS(x；-y ,z )P(x,y,z)若矢量场A在无限空间中处处单值，且其导数连续有界，源分布在有限区域中，则矢量场由其散度和旋度唯一地确定，并且矢量场A可表示为一个标量函数的梯度和一个矢量函数的旋度之和。

A八F u第二、三、四章电磁场基本理论Q1、理解静电场与电位的关系，u= .E d l，E(r)=-V u(r)P2、理解静电场的通量和散度的意义，「s D d S「V "v dV \ D=，VE d l 二0 ' ' E= 0静电场是有散无旋场，电荷分布是静电场的散度源。

3、理解静电场边值问题的唯一性定理，能用平面镜像法解简单问题;唯一性定理表明：对任意的静电场，当电荷分布和求解区域边界上的边界条件确定时，空间区域的场分布就唯一地确定的镜像法：利用唯一性定理解静电场的间接方法。

关键在于在求解区域之外寻找虚拟电荷，使求解区域内的实际电荷与虚拟电荷共同产生的场满足实际边界上复杂的电荷分布或电位边界条件，又能满足求解区域内的微分方程。

(完整版)高二物理电场磁场总结(超全)

电磁场总结知识要点：1．电荷电荷守恒定律点电荷⑴自然界中只存在正、负两中电荷，电荷在它的同围空间形成电场，电荷间的相互作用力就是通过电场发生的。

电荷的多少叫电量。

基本电荷e =⨯-161019.C。

带电体电荷量等于元电荷的整数倍（Q=ne ）⑵使物体带电也叫起电。

使物体带电的方法有三种：①摩擦起电 ②接触带电 ③感应起电。

⑶电荷既不能创造，也不能被消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或从的体的这一部分转移到另一个部分，这叫做电荷守恒定律。

带电体的形状、大小及电荷分布状况对它们之间相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以看做带电的点，叫做点电荷。

2．库仑定律（1）公式 F K Q Q r=122 （真空中静止的两个点电荷）在真空中两个点电荷间的作用力跟它们的电量的乘积成正比，跟它们间的距离的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，数学表达式为F K Q Q r=122，其中比例常数K 叫静电力常量，K =⨯90109.N m C22·。

（F:点电荷间的作用力(N)， Q 1、Q 2:两点电荷的电量(C)，r:两点电荷间的距离(m)，方向在它们的连线上，作用力与反作用力，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引）（2）库仑定律的适用条件是(1)真空，(2)点电荷。

点电荷是物理中的理想模型。

当带电体间的距离远远大于带电体的线度时，可以使用库仑定律，否则不能使用。

3．静电场电场线为了直观形象地描述电场中各点的强弱及方向，在电场中画出一系列曲线，曲线上各点的切线方向表示该点的场强方向，曲线的疏密表示电场的弱度。

电场线的特点：(1)始于正电荷（或无穷远），终止负电荷（或无穷远）；(2)任意两条电场线都不相交。

电场线只能描述电场的方向及定性地描述电场的强弱，并不是带电粒子在电场中的运动轨迹。

带电粒子的运动轨迹是由带电粒子受到的合外力情况和初速度共同决定。

4．电场强度点电荷的电场⑴电场的最基本的性质之一，是对放入其中的电荷有电场力的作用。

电磁场与电磁波知识点整理

电磁场与电磁波知识点整理一、电磁场的基本概念电磁场是有内在联系、相互依存的电场和磁场的统一体的总称。

电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质，电场这种物质与通常的实物不同，它不是由分子原子所组成，但它是客观存在的。

电场的基本性质是对放入其中的电荷有作用力，这种力称为电场力。

电场强度是描述电场强弱和方向的物理量，用 E 表示，单位为伏特/米（V/m）。

磁场是一种看不见、摸不着的特殊物质。

磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的。

电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。

磁场的基本特性是对处于其中的磁体、电流和运动电荷有力的作用。

磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，用 B 表示，单位为特斯拉（T）。

二、库仑定律与电场强度库仑定律是描述真空中两个静止的点电荷之间相互作用力的定律。

其表达式为：＄F ＝ k\frac{q_1q_2}｛r^2}＄，其中 F 是两个点电荷之间的库仑力，k 是库仑常量，q1 和 q2 分别是两个点电荷的电荷量，r是两个点电荷之间的距离。

电场强度是用来描述电场力的性质的物理量。

点电荷 Q 产生的电场中，距离点电荷 r 处的电场强度为：＄E ＝ k\frac{Q}｛r^2}＄。

对于多个点电荷组成的系统，某点的电场强度等于各个点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。

三、高斯定理高斯定理是电场的一个重要定理。

通过一个闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的电荷的代数和除以真空中的介电常数。

在计算具有对称性的电场分布时，高斯定理非常有用。

例如，对于均匀带电的无限长直导线，利用高斯定理可以方便地求出其周围的电场强度分布。

四、安培环路定理安培环路定理反映了磁场的一个重要性质。

在稳恒磁场中，磁感应强度 B 沿任何闭合路径的线积分，等于这闭合路径所包围的各个电流的代数和乘以磁导率。

利用安培环路定理，可以方便地计算具有对称性的电流分布所产生的磁场。

五、法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律指出，闭合电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比。

数学和物理学在电磁场理论中的应用

数学和物理学在电磁场理论中的应用电磁场理论是物理学中重要的分支之一，其研究内容涉及到电场和磁场的相互作用以及它们对物质和能量的影响。

在电磁场理论的研究中，数学和物理学发挥了重要的作用，为理解和解释电磁现象提供了理论工具和实验验证。

一、数学在电磁场理论中的应用1.1 微积分微积分是数学中的一门重要学科，旨在研究函数的变化规律和求解积分。

在电磁场理论中，微积分被广泛应用于描述电场和磁场的变化过程。

例如，根据电场和磁场的源项分布，可以通过利用微积分的概念来推导出麦克斯韦方程组，进而描述电磁场在时空中的传播和相互作用规律。

微积分的概念还可以用来解决电场和磁场的边值问题，通过求解偏微分方程，确定电荷分布和电流对电磁场的影响。

1.2 线性代数线性代数是研究向量空间和线性映射的数学学科。

在电磁场理论中，线性代数的概念被广泛应用于描述电场和磁场的向量特性。

例如，电磁场的强度可以用向量形式表示，线性代数的矩阵运算可以用于描述电磁场的传播和变换。

线性代数还可以用来研究电磁场的叠加效应，即在多个电荷或电流同时存在的情况下，如何求解电场和磁场的合成效果。

1.3 数值计算数值计算是一种利用计算机进行数值近似计算的方法，广泛应用于解决电磁场理论中的复杂问题。

例如，在电磁场的数值模拟中，常常需要通过数值方法求解偏微分方程，并对电场和磁场的分布进行数值近似。

数值计算的方法可以通过离散化空间和时间，将连续的物理过程转化为离散的计算问题，从而得到电磁场的数值解。

二、物理学在电磁场理论中的应用2.1 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律是物理学中描述电磁感应现象的定律，为电磁场理论的基础之一。

根据法拉第电磁感应定律，当电磁场的磁通量变化时，会在导体中产生感应电动势。

这一物理定律被广泛应用于电磁感应现象的理解和应用。

例如，利用法拉第电磁感应定律，可以解释电磁感应现象和磁感应耦合现象，并应用于发电机、变压器等电磁设备的设计和应用。

2.2 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是电磁场理论的核心方程组，描述了电场和磁场的相互作用和传播规律。

电磁场与电磁波的教学内容概述

电磁场与电磁波是电磁学的重要内容，是进入现代物理的基础知识。

它是我们了解电子学、信息科学、电力工程、电磁兼容等领域的理论基础。

本文将从电磁场与电磁波的概念、数学表示及其应用等方面进行全面的阐述，共分为以下几个部分。

一、电磁场的概念与基本特性电磁场是指在电荷或电流存在的情况下，在空间中发生的电场和磁场的相互作用。

它是一个连续的场，具有能量、动量、角动量等物理量。

电磁场的基本特性有：1）超距作用；2）场的线性性；3）场的可加性；4）场的相互作用。

二、电磁场的数学表示电磁场的数学表示主要有两种方法：一是使用麦克斯韦方程式，它包括麦克斯韦电场定律、麦克斯韦磁场定律、法拉第电磁感应定律和安培电流定律。

二是利用应用数学中的向量分析，包括向量导数、散度和旋度等。

三、电磁波的概念与基本特性电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种波动现象。

它具有电场和磁场的可旋转、垂直并互相垂直、传播方向垂直于电场和磁场的特点。

电磁波分为许多不同的频率和波长，其中包括无线电波、光波、X射线、γ射线等。

四、电磁波的数学表示电磁波的数学表示主要有两种方法：一是通过电磁场的数学表示导出电磁波的运动方程，即麦克斯韦方程组。

二是通过电磁波本身的性质进行数学建模，如用傅里叶分析法，将电磁波表示为谐波和完整的谱等。

五、电磁场与电磁波的应用电磁场与电磁波在各个领域均有着广泛的应用。

在电子学领域，电磁场在电磁管、电子束匀器及微波电路等设备的设计与优化中发挥着重要的作用。

在信息科学领域，电磁波被广泛用于通信技术中的无线传输、卫星通讯等。

在电力工程领域，电磁场在电气设备的设计、制造、维护等方面起着至关重要的作用。

此外，在医学、地质、环境、天文学等领域，电磁场与电磁波也有着广泛的应用。

电磁场与电磁波是电磁学的基础，是现代科学技术的重要组成部分。

本文从电磁场与电磁波的概念、数学表示及其应用等角度进行了概述，希望能够对读者理解和应用电磁场与电磁波有所帮助。

电磁场的数学物理基础

( x, y, z )
( , , z)
• 球(global)坐标系
见P330附录一
(r , , )
• 1. 直角坐标系 x, y, z 坐标变量
坐标单位矢量 ex , e y , ez r ex x e y y ez z 位置矢量线元矢量 dl ex dx ey dy ez dz 面元矢量 dS x exdl y dlz exdydz
A B Ax Bx Ay By Az Bz
• 4、矢量积
ex A B C AB sin( AB )eC Ax Bx
ey Ay By
ez Az Bz
M rF
二、坐标系统
常用的正交(quadrature)坐标系统(coordinate
system)有： • 直角(rectangular)坐标系 • 圆柱(cylinder)坐标系
dS z ez dlxdl y ez dxdy
体积元
dS y ey dl x dl z ey dxdz
o
z z z0 （平面）
ez
ex
P
ey
点 P(x0,y0,z0)
y y y0（平面）
x
x x0 （平面）
直角坐标系
z
dz
dS z ez dxdy
图.1 三维高度场的梯度
指向地势升高的方向。
例 2 电位场的梯度电位场的梯度与过该点的等位线垂直；数值等于该点的最大方向导数；指向电位（potential）增加的方向。
图2 电位场的梯度
五、矢量场的通量与散度
（Flux and Divergence of Vector） 1 通量 ( Flux ) 矢量E 沿有向曲面 S 的面积分

电磁场理论中电磁场的数学描述与物理意义

电磁场理论中电磁场的数学描述与物理意义电磁场是物理学中非常重要的一个概念，它描述了电荷和电流之间的相互作用。

在电磁场理论中，电磁场的数学描述起着至关重要的作用，它能够帮助我们理解电磁场的物理意义以及与其他物理现象的关系。

在电磁场理论中，电磁场的数学描述主要通过麦克斯韦方程组来实现。

麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本方程，它由四个方程组成，分别是麦克斯韦方程的积分形式和微分形式。

其中，麦克斯韦方程的积分形式是通过对电磁场的积分得到的，而微分形式则是通过对电磁场的偏导数得到的。

在麦克斯韦方程组中，电磁场的数学描述主要包括电场和磁场的描述。

电场是由电荷产生的，它可以通过麦克斯韦方程组中的高斯定律来描述。

高斯定律表明，电场通过电荷的数量和分布来决定。

而磁场则是由电流产生的，它可以通过麦克斯韦方程组中的法拉第定律来描述。

法拉第定律表明，磁场通过电流的大小和方向来决定。

电磁场的数学描述不仅仅是一种工具，它还具有重要的物理意义。

首先，电磁场的数学描述可以帮助我们理解电磁场的传播特性。

根据麦克斯韦方程组的解析解，我们可以知道电磁波是如何在空间中传播的。

电磁波的传播速度是光速，这是由于电磁场的数学描述中包含了光速的信息。

其次，电磁场的数学描述还可以帮助我们理解电磁场与其他物理现象的关系。

例如，电磁场与电荷之间存在相互作用，这种相互作用可以通过电磁场的数学描述来解释。

当电荷在电磁场中运动时，它会受到电磁场的力的作用，这个力可以通过洛伦兹力定律来描述。

洛伦兹力定律表明，电磁场对电荷的作用力与电荷的速度和电磁场的强度有关。

此外，电磁场的数学描述还可以帮助我们理解电磁波的性质。

电磁波是一种具有振荡特性的波动现象，它可以通过电磁场的数学描述来解释。

根据麦克斯韦方程组的解析解，我们可以知道电磁波具有波长、频率和振幅等特征。

电磁波的波长和频率与其传播速度有关，而振幅则与电磁场的强度有关。

总之，电磁场的数学描述在电磁场理论中起着至关重要的作用。

电磁场与电磁波的基本理论和工程应用

电磁场与电磁波的基本理论和工程应用电磁场和电磁波是电磁学的基础概念，其理论和应用在现代科技社会中起着重要作用。

本文将详细介绍电磁场和电磁波的基本理论以及其在工程应用中的具体情况。

一、电磁场的基本理论1.1 电磁场的概念电磁场是一种存在于空间中的物理现象，描绘了电荷和电流的相互作用过程。

它由电场和磁场两部分组成，具有方向强度和传播速度等特性。

1.2 电磁场的数学表达电磁场的数学表达主要是通过麦克斯韦方程组来描述。

麦克斯韦方程组包括四个方程，分别是高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培环路定律和法拉第电磁感应第二定律。

1.3 电磁场的特性电磁场有许多特性，其中包括：- 有源性：电磁场的产生需要带电粒子或电流作为能量源。

- 传播性：电磁场可以在空间中传播，并以光速的速度传递信息。

- 叠加性：多个电磁场可以叠加形成新的电磁场。

- 势能性：电磁场可以与电荷相互转化，从而进行能量的传递。

二、电磁波的基本理论2.1 电磁波的概念电磁波是由电磁场在空间中传播形成的一种波动现象。

它由电场和磁场的相互作用引起，具有电磁场的传播速度和特性。

2.2 电磁波的产生和传播电磁波的产生主要是通过加速带电粒子或振荡电流来实现的。

一旦电磁波产生后，它会以电磁场的形式在空间中传播，直到被吸收或衰减。

2.3 电磁波的分类根据波长和频率的不同，电磁波可以分为不同的分类，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。

三、电磁场和电磁波的工程应用3.1 通信技术电磁场和电磁波在通信技术中起着关键作用。

无线电波和微波被广泛应用于无线通信和卫星通讯领域，可实现远距离的信息传输。

3.2 雷达技术雷达技术利用电磁波进行探测和测距，广泛应用于航空、军事等领域。

雷达可实现对目标的探测、定位和跟踪，具有重要意义。

3.3 高频加热技术高频加热技术是利用电磁场的能量将物体加热到所需温度。

它在工业生产中广泛应用于熔融金属、加热塑料等领域。

3.4 医学诊断技术电磁波在医学诊断技术中也有重要应用。

电磁场和电磁波基础

第一章电磁场和电磁波基础1 电磁学基本物理量 2 电磁场定律 3 边界条件 4 本构关系 5 波动方程 6 场和方程的复数形式 7 波数和波阻抗 8 均匀平面波 9 平面波的反射和折射 10 坡印亭定理1 电磁学基本物理量在电磁场基本方程中，所涉及到的基本物理量有：E ：称为电场强度（伏/米）H ：称为磁场强度（安/米）D ：称为电通密度（库/米 2） B ：称为磁通密度（韦/米 2）电位移矢量磁感应强度⎯真空→ ε 0 E ⎯ ⎯ ⎯真空→ μ 0 H ⎯ ⎯J ：电流密度（安/米 2）ρ ：电荷密度（库/米）3⎧ ⎪基本物理量：E , B ⎨ ⎪导出物理量：D, H ⎩瞬时值或时域表示一般情况下，各场量和源量既是空间坐标的函数，又是时间的函数，即2 电磁学场定律电磁学场定律描述场和源的关系，包括积分形式场定律和微分形式场定律。

微分场定律形式把某点的场与就在该点的源及该点的其它场量联系起来，适用于场、源量都是连续函数并有 S 连续的导数的良态域。

•⎧ E = E ( r , t ) = E ( x, y , z , t ) ⎪ ⎪ D = D ( r , t ) = D ( x, y , z , t ) ⎪ B = B ( r , t ) = B ( x, y , z , t ) ⎪ ⎨ ⎪ H = H ( r , t ) = H ( x, y , z , t ) ⎪ ρ = ρ (r , t ) = ρ ( x, y, z , t ) ⎪ ⎪ J = J (r , t ) = J ( x, y, z , t ) ⎩对应不同时刻，这些场量和源量的方向和数值会发生变化，对应着一般时变场，称为场量的时域表示，或者瞬时值。

P⎧ ⎪场：E , B ⎨ ⎪源：ρ，J ⎩2.1 自由空间场定律 2.2 物质中场定律V2.1 自由空间场定律∇× E = −B∂B （1a） ∂t∂ε 0 E （1b） ∂tVS自由空间指真空或同真空基本上具有同样特性的任何其它媒质（如空气）自由空间场定律描述纯粹的源 ρ 、。

电磁场基础

电磁场基础
电磁场基础概念是物理学的一个重要分支，也是工程中最常用的物理原理之一，它涉及到许多关于电磁能的相关理论、数学和应用。

电磁场基础的内容涉及到电磁波的传播、生成和控制，以及电路、电磁设备和电力系统的设计、实现和测试。

电磁场基础包括电磁学基础、电磁学方程、电磁波传播、电磁设备和电力系统等内容。

电磁学基础是指研究电磁场、电流和电荷的基本原理，电磁学方程是指电磁力学的基本方程，电磁波传播是指电磁波在物体之间的传播，电磁设备是指用于产生、控制和检测电磁场的设备，而电力系统是指利用电磁能进行电力传输和分配的系统。

在物理学中，电磁场基础主要涉及三个基本概念：电磁场、电磁辐射和电磁辐射器。

电磁场是一种由电荷或电流产生的物理场，电磁辐射是指电磁场沿着空间传播所形成的能量，而电磁辐射器是指用于产生、控制和检测电磁场的装置或设备。

电磁场基础中还涉及到其他一些概念，例如电磁感应、电磁耦合、电磁谐振、电磁干扰和电磁兼容性等。

电磁感应是指电磁场作用于电荷或电流时引起的力，电磁耦合是指两个或多个电磁设备之间的能量转移，电磁谐振是
指电磁场在特定频率下产生振动，电磁干扰是指电磁场干扰电路中信号的传输，而电磁兼容性则是指电磁设备能够抵御外部电磁干扰的能力。

电磁场基础是物理学和电子技术领域最重要的基础知识，它不仅仅是前进物理学和电子技术研究的基础，而且在工业生产、通信、电力系统和电子技术的应用中，也有着重要的作用。

因此，学习和掌握电磁场基础是每个物理学家和电子工程师都不可缺少的知识。