麦克斯韦电磁场理论的建立及意义
麦克斯韦电磁场理论
麦克斯韦电磁场理论麦克斯韦电磁场理论是19世纪中期经典物理学家麦克斯韦开创的一个领域的理论。
该理论表明电场、磁场、重力场都是由电磁场组成的，这个理论开辟了物理学的新大陆，为后世物理学的发展奠定了基础。
麦克斯韦的电磁场理论是他发明电动机以及最重要的“动能定律”的基础。
此前，物理学家一直认为电磁场和物体有一种相互独立的关系，即电磁场不会对物体产生影响，而物体也不会影响电磁场，相互之间没有关系。
但是，麦克斯韦提出，电磁场和物体之间不是相互独立的，而是相互联系的，电磁场的发生及其变化由物体的运动来决定。
首先，麦克斯韦将物体的运动分为两种，即静止和运动。
他指出，只要有物体的运动，就会产生一个特殊的电磁场，并且这个场的强度会受到物体的运动的影响而发生变化。
其中，静止时，场强是零；而当物体运动时，电磁场强度就会变得非常强大。
其次，麦克斯韦提出了“动能定律”，即电荷在电磁场中所受的动能等于电磁场能的大小，这个定律最终成为20世纪物理学研究的重要基础，并被作为其他新的物理定理的基础发展出来。
此外，麦克斯韦还提出了电磁场中的磁场，即电磁场的变化会产生磁场，磁场一直存在于电磁场中，这种相互关系有助于我们理解地球磁场的变化和形成。
最后，麦克斯韦还指出，电磁场是物体与物体之间的重力场，实际上，电磁场和重力场是存在一种相互关系的，电磁场可以引起重力场的变化，而重力场也可以引起电磁场的变化。
而这个理论后来又被称为“引力波理论”，也就是我们今天所熟悉的引力波宇宙模型。
总之，麦克斯韦的电磁场理论是一个重要的物理学成果，它开辟了物理学的新的领域，为20世纪后物理学的发展奠定了重要的基础，在物理学史上堪称一页金碧。
麦克斯韦的电磁场理论
电作用或磁作用正是通过电场或磁场传递的！
麦克斯韦（1831-1879）英国物理学家
经典电磁理论的奠基 人 , 气体动理论创始人之 一。提出了有旋场和位移 电流的概念 , 建立了经典 电磁理论 (1864) , 并预言 了以光速传播的电磁波的 存在。在气体动理论方面 , 提出了气体分子按速率分 布的统计规律。
❖ 超距说——物体间的相互吸引力的传递，是 不需要通过任何介质、不需要时间的。
❖ 场——磁体和电荷周围并不是空无一物，而 是存在着一种由电荷和磁体本身产生的连续 的介质，通过这种介质传递着电磁相互作用。
法拉第——1837年，提出了“场” 和“力线”的概念。
法拉第
在对电、磁现象作出物理解释 的过程中，法拉第有着深邃的物理 思想，没有用数学形式表达，而是 凭着他丰富的想象力和科学的抽象 思维能力，创造了“力线”这种形 象化的图示方法。
其特点是：电场、磁场各自独立存在。
麦克斯韦的发展
变化的电场和变化的磁场相互联系,形成一个 不可分割的统一体——电磁场.电场和磁场只是电 磁场这个统一体的两种具体表现形式。
变化的磁场产生电场
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❖ 当用磁棒接近或远离闭合电路时，电路中就产生 感应电动势，它推动着电路各处的自由电荷形成 电流，仿佛沿着电路有一个电场一样。
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据散度定理,有:
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麦克斯韦方程式的物理意义：
❖ １）时变电场是有旋有散的，电力线可闭合也可不闭合；
❖ ２）时变磁场是有旋无散的，磁力线总是闭合的；
❖ ３）不闭合的电力线从正电荷到负电荷； 闭合的电力线与磁力线相交链； 闭合的磁力线要么与电力线交链，要么与电流相交链。
浅谈麦克斯韦方程组的建立及启示
浅谈麦克斯韦方程组的建立及启示学号：1006020426 班级：通信四班姓名：王绥进摘要：麦克斯韦是继法拉第之后，集电磁学大成的伟大物理学家。
在前人工作的基础上，他对电磁学的研究进行了全面的总结，并提出了感生电场和位移电流的假设，建立了完整的电磁理论体系，为科学史的发展添上了浓墨重彩的一笔，他的物理研究方法及自身人格魅力也对后世产生了深远影响。
关键词：麦克斯韦方程组科学意义电磁理论特点正文：（一）麦克斯韦方程组简述1.积分形式这是1873年前后，麦克斯韦提出的表述电磁场普遍规律的四个方程.其中：（1）描述了电场的性质。
在一般情况下，电场可以是库仑电场也可以是变化磁场激发的感应电场，而感应电场是涡旋场，它的电位移线是闭合的，对封闭曲面的通量无贡献。
（2）描述了磁场的性质。
磁场可以由传导电流激发，也可以由变化电场的位移电流所激发，它们的磁场都是涡旋场，磁感应线都是闭合线，对封闭曲面的通量无贡献。
（3）描述了变化的磁场激发电场的规律。
（4）描述了变化的电场激发磁场的规律。
2.微分形式在电磁场的实际应用中，经常要知道空间逐点的电磁场量和电荷、电流之间的关系。
从数学形式上，就是将麦克斯韦方程组的积分形式化为微分形式。
（二）建立过程1845年，关于电磁现象的三个最基本的实验定律：库仑定律（1785年），安培—毕奥—萨伐尔定律（1820年），法拉第定律（1831-1845年）已被总结出来，法拉第的“电力线”和“磁力线”概念已发展成“电磁场概念”。
场概念的产生，也有麦克斯韦的一份功劳，这是当时物理学中一个伟大的创举，因为正是场概念的出现，使当时许多物理学家得以从牛顿“超距观念”的束缚中摆脱出来，普遍地接受了电磁作用和引力作用都是“近距作用”的思想。
1855年至1865年，麦克斯韦在全面地审视了库仑定律、安培—毕奥—萨伐尔定律和法拉第定律的基础上，把数学分析方法带进了电磁学的研究领域，由此导致麦克斯韦电磁理论的诞生.（三）麦克斯韦方程组建立的意义麦克斯韦将当时已发现的电磁场基本规律归纳为4个方程，分别以微分形式描述电场性质、磁场性质，揭示了变化的电场与磁场的关系、变化的磁场与电场的关系。
【科学】自然科学史（38）麦克斯韦与电磁学理论
【科学】⾃然科学史（38）麦克斯韦与电磁学理论麦克斯韦与电磁学理论到1850年前后，电磁学的实验研究发展迅速，已经确⽴了库仑定律、⾼斯定律、安培定律、法拉第定律，提出了场和⼒线的概念，打破了电与磁是孤⽴现象的传统观念。
但到⽬前为⽌，电磁学实验和理论研究成果丰富却不全⾯，尚未建⽴起电学和磁学相统⼀的理论体系，迫切需要在更加普遍的观点下加以概括和总结。
⽽承担这⼀历史重任的⼈就是麦克斯韦。
2.1 麦克斯韦构建电磁学体系麦克斯韦于1831年6⽉13⽇出⽣在苏格兰爱丁堡的⼀个律师之家，从⼩便显露出数学天才，15岁时就在爱丁堡皇家学会刊物上发表了⼀篇数学论⽂。
1847年中学毕业后进⼊爱丁堡⼤学学习数学、物理学和哲学。
1850年转⼊剑桥⼤学三⼀学院，主攻数学和物理学。
1854年以优异成绩毕业，并留校任教。
麦克斯韦受到开尔⽂电学研究的启发，认真研究了法拉第的著作《电学实验研究》，领悟到了法拉第⼒线思想的价值，也看出其定性表述的不⾜。
1855年，他发表了第⼀篇电磁学论⽂《论法拉第的⼒线》。
在这篇论⽂中，使法拉第的⼒线概念获得了精确的数学形式，并且由此导出了库仑定律和⾼斯定律。
这篇⽂章还只是限于把法拉第的思想翻译成数学语⾔，还没有获得新的结论。
法拉第读过这篇论⽂后，⼤为赞赏，⿎励他进⼀步探究数学解释背后的本质。
1862年他发表了第⼆篇论⽂《论物理⼒线》，进⼀步发展了法拉第的思想，其中具有决定意义的⼀步，是引进了“位移电流”的概念，这是电磁学史上继法拉第揭⽰电磁感应的⼜⼀重⼤突破。
⽂中给出了著名的麦克斯韦电磁场⽅程组，从⽽引申出更为深刻的结论：磁场变化产⽣电场，电场变化产⽣磁场，由此预⾔了电磁波的存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭⽰了光的电磁本质。
电磁现象的规律终于被他⽤不可动摇的数学形式揭⽰出来，电磁学到这时才开始成为⼀种科学的理论。
这⼀年，麦克斯韦才31岁，取得了他⼀⽣中最辉煌的成就。
1864年他的第三篇论⽂《电磁场的动⼒学理论》，从⼏个基本实验事实出发，运⽤场论的观点，以数学演绎⽅法进⼀步完善了麦克斯韦⽅程组，建⽴了完整系统的电磁理论。
阐述麦克斯韦方程组的建立及其物理意义
阐述麦克斯韦方程组的建立及其物理意义
麦克斯韦方程组是一组被詹姆斯·克拉克·麦克斯韦提出的方程，用于描述电磁场的运动规律。
麦克斯韦方程组由四个方程组成，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修正定律。
麦克斯韦方程组的建立经历了一系列的实验和理论推导过程。
最早的实验是库仑对电荷间作用力的研究，他发现电荷之间的相互作用遵循库仑定律。
接着，奥斯特对磁感应强度与电流的关系进行了研究，提出了奥斯特定律。
法拉第进一步研究了电磁感应现象，发现了法拉第电磁感应定律和法拉第电磁感应修正定律。
麦克斯韦根据这些实验结果，结合电场和磁场的相互关系，推导出了麦克斯韦方程组。
其中，高斯定律描述了电场和电荷之间的关系，法拉第电磁感应定律描述了磁场和电场的变化之间的关系，安培环路定律描述了电流和磁场之间的关系，法拉第电磁感应修正定律修正了安培环路定律中的不足。
麦克斯韦方程组的物理意义十分重大。
它揭示了电磁场的运动规律，对于电磁波、电磁感应等现象的解释起到了关键作用。
麦克斯韦方程组统一了电场和磁场的描述，揭示了它们之间的密切联系，提出了电磁场的概念。
根据麦克斯韦方程组，我们可以推导出电磁波的存在和传播，解释了光的本质和性质。
此外，麦克斯韦方程组也为电磁感应的研究提供了理论基础，解释了电磁感应现象的产生和变化规律。
总之，麦克斯韦方程组的建立及其物理意义使我们更深入地理解
了电磁场的本质和运动规律，对于电磁学的发展起到了重要的推动作用。
麦克斯韦电磁场理论
麦克斯韦
他认为：磁场变化时 必然产生电场
同种电荷相互电排现斥象与磁同现名象磁极相互排斥 异种电荷相互吸存引在对称异性名磁极相互吸引
电流周围存在 着磁场
变化的磁场可 以产生电流
电磁场理论的建立及验证
变化的磁场能够在空间产生电场，那么， 变化的电场能不能产生磁场？
麦克斯韦假设：变化的电场也相当于一种 电流，也在空间产生磁场。
2、(多选)关于电磁场和电磁波的认识正确的是(
A．任何电场在它周围空间都会产生磁场 B．均匀变化的磁场能够在空间产生电场 C．振荡电场周围产生的磁场也是振荡的 D．只要有电场和磁场，就能产生电磁波
解析：静电场周围不会产生磁场，故选项 A 错误；非均匀 变化的电场或磁场才能产生电磁波，故选项 D 错误．
解析：均匀变化的电场，产生的是稳定的磁场，故选项 A、 B 错误，稳定的电场不能产生磁场，故选项 C 错误．
答案：D
1．(多选)下列说法中正确的是( CD A．变化的电场周围空间产生的磁场一定是变化的 B．变化的磁场周围空间产生的电场一定是变化的 C．均匀变化的磁场周围空间产生恒定的电场 D．振荡电场周围空间产生的磁场也是振荡的
答ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ：BC
43．根据麦克斯韦电磁场理论，以下说法正确的是( ) A．磁场周围一定产生电场，电场周围一定产生磁场 B．均匀变化的电场产生均匀变化的磁场，均匀变化的 磁场产生均匀变化的电场 C．周期性变化的磁场产生同频率周期性变化的电场， 周期性变化的电场产生同频率周期性变化的磁场 D．磁场和电场共同存在的空间一定是电磁场
（4）静电场不产生磁场，静磁场也不产生电场，变化的电场和变化 的磁场互相联系形成不可分割的统一体——电磁场．周期性变化的电场 (或磁场)产生周期性变化的磁场(或电场)．
第3章 3.1 麦克斯韦的电磁场理论+3.2 电磁波的发现
第3章 3.1 麦克斯韦的电磁场理论+3.2 电磁波的发现3.1 麦克斯韦的电磁场理论3.2 电磁波的发现学习目标知识脉络1.理解麦克斯韦电磁理论的两个要点，了解电磁场与电磁波的联系与区别，以及电磁波的特点.(重点)2.了解麦克斯韦理论在物理发展史上的意义.3.了解LC振荡电路中电磁振荡的产生过程.(难点)4.了解电磁振荡的周期和频率，会求LC电路的周期和频率.(重点)麦克斯韦电磁场理论[先填空]1.英国物理学家麦克斯韦创立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在.2.变化的磁场产生电场不均匀变化的磁场产生变化的电场；均匀变化的磁场产生稳定的电场.3.变化的电场产生磁场不均匀变化的电场产生变化的磁场；均匀变化的电场产生稳定的磁场.4.电磁场理论——伟大的丰碑(1)不均匀变化的磁场和电场相互耦连，形成不可分离的统一的电磁场.(2)变化的电场与变化的磁场相互激发，由近及远地向周围空间传播，就形成了电磁波.麦克斯韦在理论上预言了电磁波的存在.(3)在电磁波的传播过程中，电场和磁场方向相互垂直并都垂直于传播的方向，即电磁波是横波.(4)电磁波在真空中的传播速度等于光速.[再判断]1.变化的电场一定产生变化的磁场.(×)2.恒定电流周围产生磁场，磁场又产生电场.(×)1.关于电磁场理论的叙述，正确的是()A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场C.变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场D.电场周围一定存在磁场E.磁场周围一定存在电场【解析】【答案】ABC2.根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是()A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场B.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场C.稳定的电场产生稳定的磁场，稳定的磁场产生稳定的电场D.电磁波在传播过程中，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直E.均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场【解析】教室中亮着的日光灯、工作时的电磁打点计时器用的振荡电流，在其周围产生振荡磁场和电场，故选项A、B正确；稳定的电场不会产生磁场，故选项C错误；电磁波是横波，电场方向、磁场方向和传播方向相互垂直，故选项D正确.均匀变化的电场周围会产生恒定不变的磁场，E错误.【答案】ABD3.如图3-1-1所示，在变化的磁场中放置一个闭合线圈.图3-1-1(1)你能观察到什么现象？(2)这种现象说明了什么？【解析】(1)灵敏电流计的指针发生偏转，有电流产生.(2)变化的磁场产生了电场，使闭合线圈的自由电荷发生了定向运动而形成了电流.【答案】见解析判断是否产生电场或磁场的技巧1.变化的电场或磁场能够产生磁场或电场.2.均匀变化的场产生稳定的场.3.非均匀变化的场产生变化的场.4.周期性变化的场产生同频率的周期性变化的场.5.稳定不变的场不能产生新的场.赫兹实验与电磁振荡[先填空]1.赫兹实验(1)实验分析和高压感应线圈相连的抛光金属球间产生电火花时，空间出现了迅速变化的电磁场，这种变化的电磁场以电磁波的形式传到了导线环，导线环中激发出感应电动势，使与导线环相连的金属球间也产生了电火花.这个导线环实际上是电磁波的检测器.(2)实验结论赫兹实验证实了电磁波的存在，检验了麦克斯韦电磁场理论的正确性.2.电磁振荡(1)振荡电流：大小和方向都随时间做周期性迅速变化的电流.(2)振荡电路：能够产生振荡电流的电路.最基本的振荡电路为LC振荡电路.(3)电磁振荡：在LC振荡电路中，电容器极板上的电荷量，电路中的电流，电场和磁场周期性相互转变的过程也就是电场能和磁场能周期性相互转化的过程.(4)电磁振荡的周期与频率①周期：电磁振荡完成一次周期性变化需要的时间.②频率：1 s内完成周期性变化的次数.振荡电路里发生无阻尼振荡时的周期和频率分别叫做固有周期、固有频率.③周期和频率公式：T＝2πLC，f＝12πLC.[再判断]1.在振荡电路中，电容器充电完毕磁场能全部转化为电场能.(√)2.电容器放电完毕，电流最大.(√)3.L和C越大，电磁振荡的频率越高.(×)[后思考]1.在LC振荡电路一次全振动的过程中，电容器充电几次？它们的充电电流方向相同吗？【提示】充电两次，充电电流方向不相同.2.在电磁振荡的过程中，电场能与磁场能相互转化，什么时候磁场能最大？【提示】放电刚结束时，电场能全部转化成了磁场能.[核心点击]1.各物理量变化情况一览表时刻(时间)工作过程q E i B 能量0→T4放电过程q m→0E m→00→i m0→B mE电→E磁T 4→T2充电过程0→q m0→E m i m→0B m→0E磁→E电T 2→3T4放电过程q m→0E m→00→i m0→B mE电→E磁3T4→T 充电过程0→q m0→E m i m→0B m→0E磁→E电2.(如图3-1-2所示)图3-1-23.板间电压u、电场能E E、磁场能E B随时间变化的图像(如图3-1-3所示)图3-1-3u、E E规律与q-t图像相对应；E B规律与i-t图像相对应.4.分类分析(1)同步关系在LC振荡回路发生电磁振荡的过程中，电容器上的物理量：电量q、电场强度E、电场能E E是同步变化的，即：q↓→E↓→E E↓(或q↑→E↑→E E↑)振荡线圈上的物理量：振荡电流i、磁感应强度B、磁场能E B也是同步变化的，即：i↓→B↓→E B↓(或i↑→B↑→E B↑)(2)同步异变关系在LC振荡过程中，电容器上的三个物理量q、E、E E与线圈中的三个物理量i、B、E B是同步异向变化的，即q、E、E E同时减小时，i、B、E B同时增大，且它们的变化是同步的，也即：q、E、E E↑同步异向变化,i、B、E B↓.注意：自感电动势E的变化规律与q-t图像相对应.4.LC振荡电路中，某时刻磁场方向如图3-1-4所示，则下列说法正确的是()图3-1-4A.若磁场正在减弱，则电容器上极板带正电B.若电容器正在充电，则电容器下极板带正电C.若电容器上极板带正电，则线圈中电流正在增大D.若电容器正在放电，则自感电动势正在阻碍电流增大E.若电容器正在充电，则自感电动势正在阻碍电流增大【解析】本题考查各物理量发生变化的判断方法.由电流的磁场方向和安培定则可判断振荡电流方向，由于题目中未标明电容器两极板的带电情况，可分两种情况讨论：(1)若该时刻电容器上极板带正电，则可知电容器处于放电阶段，电流增大，则C对，A错；(2)若该时刻电容器下极板带正电，可知电容器处于充电状态，电流在减小，则B对，由楞次定律可判定D对，E错.故正确答案为B、C、D.【答案】BCD5.如图3-1-5所示，LC电路的L不变，C可调，要使振荡的频率从700 Hz 变为1 400 Hz，则把电容________到原来的________.图3-1-5【解析】由题意，频率变为原来的2倍，则周期就变为原来的12，由T＝2πLC，L不变，当C＝14C0时符合要求.【答案】减小1 46.如图3-1-6所示，L为一电阻可忽略的线圈，D为一灯泡，C为电容器，开关S处于闭合状态，灯D正常发光，现突然断开S，并开始计时，画出反映电容器a极板上电荷量q随时间变化的图像(q为正值表示a极板带正电).图3-1-6【解析】开关S处于闭合状态时，电流稳定，又因L电阻可忽略，因此电容器C两极板间电压为0，所带电荷量为0，S断开的瞬间，D灯立即熄灭，L、C组成的振荡电路开始振荡，由于线圈的自感作用，此后的T4时间内，线圈给电容器充电，电流方向与线圈中原电流方向相同，电流从最大逐渐减为0，而电容器极板上电荷量则由0增为最大，根据电流流向，此T4时间里，电容器下极板b带正电，所以此T4时间内，a极板带负电，由0增为最大.【答案】LC振荡电路充、放电过程的判断方法1.根据电流流向判断：当电流流向带正电的极板时，电容器的电荷量增加，磁场能向电场能转化，处于充电过程；反之，当电流流出带正电的极板时，电荷量减少，电场能向磁场能转化，处于放电过程.2.根据物理量的变化趋势判断：当电容器的带电量q(电压U、场强E)增大或电流i(磁场B)减小时，处于充电过程；反之，处于放电过程.3.根据能量判断：电场能增加时充电，磁场能增加时放电.电磁波的发射和电磁波的特点[先填空]1.发射条件有效地发射电磁波，振荡电路必须具有两个特点：第一，要有足够高的振荡频率，频率越高，发射电磁波的本领越大；第二，应采用开放电路，振荡电路的电场和磁场必须分散到足够大的空间.2.电磁波的特点(1)电磁波中的电场E与磁场B相互垂直，而且二者均与波的传播方向垂直.因此电磁波是横波.(2)电磁波在真空中的传播速度等于光速c，光的本质是电磁波.(3)电磁波具有波的一般特征，波长(λ)、周期(T)或频率(f)与波速(v)间关系为v＝λT＝λf.(4)电磁波和其他波一样也具有能量，电磁波的发射过程就是辐射能量的过程.[再判断]1.振荡频率足够高的开放电路才能发射电磁波.(√)2.电磁波的传播速度等于光速c.(×)3.电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播.(√)[后思考]1.怎样才能形成开放电路?【提示】在振荡电路中，使电容器变成两条长的直导线，一条深入高空成为天线，另一条接入地下成为地线，形成开放电路.2.雷雨天气，从调至中波段的收音机中，会不断地传出很响的“咔嚓”声，这是为什么？【提示】雷雨天形成闪电时会发出很强的电磁波，收音机接收到后会感应出电流，引起扬声器发出声响，形成很响的“咔嚓”声.[核心点击]1.机械波与电磁波的共性机械波与电磁波是本质上不同的两种波，但它们有共同的性质：①都具有波的特性，能发生反射、折射、干涉和衍射等物理现象；②都满足v＝λT＝λf；③波从一种介质传播到另一种介质，频率都不变.2.电磁波与机械波的区别电磁波机械波不同点本质电磁现象力学现象产生机理由电磁振荡产生由机械振动产生周期性变化的量场强E与磁感应强度B随时间和空间作周期性变化质点的位移x、加速度a随时间和空间作周期性变化波的性质横波即有横波，又有纵波传播介质不需要介质，可在真空中传播只能在弹性介质中传播速度特点由介质和频率决定仅由介质决定A.机械波的频率、波长和波速三者满足的关系，对电磁波也适用B.机械波和电磁波都能产生干涉和衍射现象C.机械波的传播依赖于介质，而电磁波可以在真空中传播D.机械波只有横波E.电磁波只有纵波【解析】机械波和电磁波有相同之处，也有本质区别，但v＝λf都适用，A说法对；机械波和电磁波都具有干涉和衍射现象，B说法对；机械波的传播依赖于介质，电磁波可以在真空中传播，C说法对；机械波有横波和纵波，而电磁波是横波，D、E说法错.【答案】ABC8.下列关于电磁波的叙述中，正确的是()A.电磁波是电磁场由发生区域向远处的传播B.电磁波在任何介质中的传播速度均为3×108 m/sC.电磁波由真空进入介质传播时，波长变短D.电磁波不能产生干涉、衍射现象E.电磁波具有波的一切特征【解析】电磁波是交替产生呈周期性变化的电磁场由发生区域向远处传播而产生，故A项正确；电磁波只有在真空中传播时，其速度为3×108m/s，故B项不正确；电磁波在传播过程中其频率f不变，由波速公式v＝λf知，由于电磁波在介质中的传播速度比在真空中的传播速度小，所以可得此时波长变短，故C正确；电磁波是一种波，具有波的一切特性，能产生干涉、衍射等现象，故E项正确，D项不正确.【答案】ACE电磁波的特点1.电磁波有波的一切特点：能发生反射、折射现象；能产生干涉、衍射等现象.2.电磁波是横波.在电磁波中，每处的电场强度和磁感应强度方向总是互相垂直的，并且都跟那里的电磁波的传播方向垂直.3.电磁波可以在真空中传播，向外传播的是电磁能.第 11 页。
麦克斯韦与电磁场理论的创立
麦克斯韦与电磁场理论的创立摘要：麦克斯韦是科学史上最伟大的物理学家之一，他的电磁场理论被誉为19世纪的电磁学史上的一座丰碑，他不但将全部电磁现象所服从的规律概括为我们所熟知的麦克斯韦方程组，而且还预言了电磁波的存在。
他所完成的不朽著作《电磁场通论》，对当代物理学家甚至对以后几代物理学家来说都是一个伟大而又不易达到的丰碑。
同时，麦克斯韦对科学之外的远见卓识和物理学领域一样令人惊叹。
关键词：麦克斯韦麦克斯韦方程组电磁波《电磁场通论》Maxwell and The Creation of ElectromagneticField TheoryAbstract:The history of science Maxwell is one of the greatest physicist of his electromagnetic theory of electromagnetism known asthe 19th-century history of a monument, not only he will obey all thelaws of electromagnetic phenomena summarized as Maxwell's equationswe know group, but also predicted the existence of electromagnetic waves. Completed his monumental book "General Theory of Electromagnetic Fields", and even after several generations of contemporary physicists for physicists, is a great and easy to reach the monument. Meanwhile, Maxwell on the science of physics beyond thefield of vision and the same is amazing.Keywords: Maxwell Maxwell's equations Electromagnetic waves "General Theory of Electromagnetic Fields"目录1 引言 (3)2 麦克斯韦的初期经历 (3)3 划时代的三篇论文 (6)3.1论文的前期准备 (6)3.2《论法拉第的力线》的发表 (7)3.3《论物理力线》的发表——位移电流 (8)3.4《电磁场的动力学理论》 (9)4 格伦莱尔的悠闲与《电磁场通论》的出版 (10)4.1格伦莱尔的悠闲 (10)4.2 《电磁场通论》的创作 (11)5 麦克斯韦电磁理论对后世的影响 (12)结论 (13)致谢 (14)参考文献 (15)麦克斯韦与电磁场理论的创立一、引言:1820年4月，丹麦物理学家奥斯特发现了电流的磁效应，这标志着电磁学的开始；随后法国物理学家安培在奥斯特实验的基础上于1820年至1827年创立了超距论的电动力学；1831年，英国物理学家法拉第）发现电磁感应定律；1845年至1846年，德国物理学家纽曼和韦伯发展了安培的电动力学，创立了德国电动力学体系，在欧洲大陆风靡一时。
麦克斯韦电磁场理论
F ( x, y, z ) lim
称为矢量场的散度。
S
F ( x, y, z ) dS V
V 0
散度是矢量通过包含该点的任意闭合小曲面的通量与曲面元
体积之比的极限。
•F = 0
•F = >0
•F = - <0
• 矢量的散度是空间坐标点的函数,描述空间各点的源分布。
二、矢量分析
1 、矢量场的通量与散度
1. 矢量线 概念：矢量线是这样的曲线，其上每一 点的切线方向代表了该点矢量场
M
F
的方向。 意义：形象直观地描述了矢量场的空间分
布状态。 矢量线方程：源自dr r r drO
矢量线
F ex Fx ey Fy ez Fz
dx dy dz Fx ( x, y, z ) Fy ( x, y, z ) Fz ( x, y, z )
4 赫兹的成功封顶
如果把电磁理论比作一座雄伟的高 楼，法拉第给它打下了坚实的地基，麦 克斯韦在上面建成了大厦。最后，是赫 兹让这座大厦住满了人。当然，实际上 不止 他们三人的功绩，然而，他们的工作的确具有划时代的意义， 他们的名字，永远和电磁理论一起，光照史册。
5 电磁理论结出累累硕果
自1888年赫兹用实验验证了电磁波的存 在之后六年，即 1894 年— 1896 年间， 意大利物理学家马可尼和俄国的波波夫 分别实现了无线电的传播和接收，这使 英国人惠斯通、德国人韦伯和美国人莫 尔所根 据电流的磁效应发明的电磁式电报机和有线电报，进一步发 展成为无线电通讯。除了无线电报，其它无线电通讯技术， 如雨后春笋般地接连涌现出来。 1906 年出现了无线电广播， 1911 年有了无线电导航， 1916 年有了无线电话， 1921 年 出现了短波通讯， 1923 年有了无线电传真。
麦克斯韦电磁场理论的提出
麦克斯韦电磁场理论的提出背景在论文《论法拉弟力线》发表后不久，麦克斯韦就认识到对各种力线的类比，只能对各种物理现象的共性作出几何学的抽象，它很容易掩盖电磁场的特殊性质。
例如，根据伯努利方程，流线最密的地方压力最小；而根据法拉第的假设，磁力线有纵向收缩和横向扩张的趋势，因而磁力线最密的地方场强最大。
麦克斯韦还从电解质的运动认识到电的运动是平移运动，而从光偏振面的磁致旋转现象认识到磁的运动好像是介质中分子的旋转运动。
因此，电磁现象有别于流体力学现象，电与磁也各有其特殊的性质。
工作过程在1861－1862年发表的第二篇电磁学论文《论物理力线》中，麦克斯韦开始从物理的角度去研究法拉第力线，并取得了对电磁现象认识的决定性突破，为最终创立电磁场理论奠定了基础。
麦克斯韦希望从某种介质的结构以及它所产生的张力和运动，来说明观察到的电磁现象。
麦克斯韦从1856年W.汤姆孙关于磁具有旋转的性质的思想中受到启发，借用了“分子涡旋”（molecular vortices）概念，将磁旋转假设从普通的介质引伸到以太，构筑了一个场的机械性质的模型——“电磁以太模型”：充满空间的介质在磁作用下具有旋转的性质，即规则地排列着许多分子涡旋（在真空中则是涡旋以太）；它们以磁力线为轴形成涡旋管，涡旋管转动的角速度正比于磁场的强度H，涡旋介质的密度正比于介质的磁导率μ。
在论文的第一部分“应用于磁现象的分子涡旋理论”中，法拉第关于力线的应力性质得到了很好的说明：涡旋管旋转的离心效应，使管在横向扩张，同时产生纵向收缩。
因此磁力线在纵向表现为张力，即异性磁极的吸引；在横向表现为压力，即同性磁极的排斥。
在论文的第二部分“应用于电流的分子涡旋理论”中，揭示了电场变化与磁场变化之间的关系。
首先要解决的是模型的一个缺陷：相互紧密邻接的涡旋管的表面是沿相反方向运动的，因而必然会互相妨碍对方的运动。
所以麦克斯韦设想相邻涡旋管之间充填着一层起惰轮（idle wheels）或滚珠轴承作用的微小粒子。
麦克斯韦建立电磁场理论的三篇论文
北大物理学院 王稼军
历史回顾
十九世纪四十年代 电磁学的一些在特殊条件下的基本定律已 经相继发现 早期的电磁理论 Thomson、Helmholtz的类比研究 数学理论已趋成熟
建立电磁场理论的时机成熟
早期的电磁理论
18——19世纪的大部分时间内，超距作用 观点在物理学中占踞着统治地位。一些持 超距作用观点的物理学家对物理学的发展 作出过许多重要的贡献。 如Coulumb、 Ampere、Neumann、 Weber 等
讨论
Neumann在安培的电流相互作用思想的基础上，
考虑电流的相互作用势能得出电磁感应定律 把感应电动势用电动力学势a表示出来 a 只是运算中代替一积分的辅助量，没有明确的 物理意义 理论中，无须考虑线圈周围的情况，把感应电动 势归结为两个电流相互作用时电动力学势变化率 的积分，这样他就把电磁感应定律纳入了超距作 用的电动力学体系。 引入电动力学势是一个重要的贡献，在电磁学理 论中起着重要的作用
且与
0 , 0
联系得到
c 3 108 m / s
模型的作用
有人说Maxwell的工作离奇、荒诞 但他通过这样的模型作为手段找到
了自己还觉得可信的物理量之间的 联系，找到后，他再也不提这个模 型了
第三篇文章
明确宣告他提出的理论可以称为
“电磁场的理论” 给出了20个方程，20个变量
“感应电动力”
1861年，他对磁场变化产生感应电动
势的现象作深入分析，认识到： 即使不存在导体回路，变化的磁场也 会在周围激发一种场——感应电场或 涡旋电场，区别感生和动生；
高二物理麦克思韦电磁场理论
1-75
6
第四节 麦克斯韦电磁场理论的建立 二.电磁场也是物质 电磁场物质性的表现：
1.电磁场可以给处于场中的电荷以力的作用； 2.电磁场可以对外做功，说明电磁场具有能； 3.电磁感应等现象说明电磁场有与其他物质相互作用的
属性。
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4
；宁波象山出海捕鱼 宁波象山出海捕鱼 ；
不影响其存在和意义。 地址是死的，地点是活的。地址仅仅被用以指示与寻找，地点则用来生活和体验。 安东尼·奥罗姆是美国社会学家，他有个重大发现：现代城市太偏爱“空间”却漠视“地点”。在他看来，地点是个正在消失的概念，但它担负着“定义我们生存状态”的使命。 “地点是人类活动最重要、最基本的发生地。没有地点，人类就不存在。” 其实，“故乡”的全部含义，都将落实在“地点”和它养育的内容上。简言之，“故乡”的文化任务，即演示“一方水土一方人”之逻辑，即探究一个人的身世和成长，即追溯他那些重要的生命特征和精神基因 之来源、之出处。若抛开此任务，“故乡”将虚脱成一记空词、一朵谎花。 当一位长辈说自个儿是人时，脑海里浮动的一定是由老胡同、四合院、五月槐花、前门吆喝、六必居酱菜、月盛斋羊肉、小肠陈卤煮、王致和臭豆腐组合成的整套记忆。或者说，是京城喂养出的那套热气腾腾的 生活体系和价值观。而今天，当一个青年自称人时，他指的一定是户籍和身份，联想的也不外乎“房屋”“产权”“住址”等信息。 前者在深情地表白故乡和生壤，把身世和生涯融化在了“”这一地点里。后者声称的乃制度身份、法定资格和书持有权，不含感情元素和精神成分。 3 让 奥罗姆生气的是他的祖国，其实，“注重空间、漠视地点”的生存路线，在当下中国演绎得更赤裸露骨、如火如荼。 “空间”的本能是膨胀和扩张，它有喜新厌旧的倾向；“地点”的秉性是沉静和忠诚，无形中它支持保守与稳定。二者的遭遇折现在城市变迁中，即城区以大为能、建筑 以新为尚，而熟悉的地点和传统街区，正承受垃圾的命运。其实，任何更新太快和丧失边界的事物，都是可怕的，都有失去本位的危险，都是对“地点”的伤害。像今天的、、，一个人再把它唤作“故乡”，恐怕已有启齿之羞 一方面，大城欲望制造的无边无际，使得任何人都只能消费 其极小一部，没人能再从整体上把握和介入它，没人再能如数家珍地描叙和盘点它，没人再能成为名副其实的“老人”。 另一方面，由于它极不稳定，容颜时时变幻，布局任意涂改，无相对牢固和永久的元素供人体味，一切皆暂时、偶然，沉淀不下故事于是你记不住它，产生不了依赖 和深厚情怀。总之，它不再承载光阴的纪念性，不再对你的成长记忆负责，不再有记录你身世的 功能。 面对无限放大和变奏、一刻也不消停的城市，谁还敢自称其主？ 所有人皆为过客，皆为陌生人，你的印象跟不上它的整容。而它的“旧主”们，更成了易迷路的“新人”，在，许多 生于斯、长于斯的长者，如今很少远离自己的那条街，为什么？怕回不了家！如此无常的城市里，人和地点间已失去了最基本的约定，同一位置，每年、每月、每周看到的事物都闪烁不定，偶尔，你甚至不如一个刚进入它的人了解某一部位的现状，有一回，我说广内大街有家馆子不错， 那个在京开会的朋友摇摇头，甭去了，拆了。我说怎么会呢？上月我还去过啊。朋友笑道，昨天刚好从那儿过，整条街都拆了。我叹息，那可是条古意十足的老街啊。 吹灯拔蜡的扫荡芟除，无边无际的大城宏图，千篇一律的整容模板 无数“地点”在失守，被更弦易帜。 无数“故乡” 在沦陷，被连根拔起。 何止城池，中国的乡村也在沦陷，且以更惊人 的速度坠落。因为它更弱，更没有重心和屏障，更乏自持力和防护性。我甚至怀疑：中国还有真正的乡村和乡村精神吗？ 央视所谓“魅力小镇”的评选，不过是一台走秀，是在给遗墟颁奖。那些古村名镇，只是没来 得及脱旗袍马褂，里头早已是现代内衣或空空荡荡。在它们身上，我似乎没觉出“小镇”该有的灵魂、脚步和炊烟那种与城市截然不同的生活美学和心灵秩序。 天下小镇，都在演出，都在伪装。 真正的乡村精神 那种骨子里的安详和宁静，是装不出来的。 4 “我回到故乡即胜利。” 自然之子叶赛宁如是说。 沈从文也说：“一个士兵要么战死沙场，要么回到故乡。” 他们算是幸运，那个时代，故乡是不死的。至少尚无征兆和迹象，让游子担心故乡会死。 是的，丧钟响了。是告别的时候了。 每个人都应赶紧回故乡看看，赶在它整容、毁容或下葬之前。 当然还有 个选择：永远不回故乡，不去目睹它的死。 我后悔了。我去晚了。我不该去。 由于没在祖籍生活过，多年来，我一直把70年代随父母流落的小村子视为故乡。那天梳理旧物，竟翻出一本自己的初中作文，开篇为《回忆我的童年》。 “我的童年是在乡下度过的。那是一个群山环抱、山 清水秀的村庄，有哗哗的小溪、神秘的山洞、漫山遍野的金银花傍晚时分，往芦苇荡里扔一块石头，扑棱棱，会惊起几百只大雁和野鸭盛夏降临，那是我最快乐的季节。踩着火辣辣的沙地，顶着荷叶跑向水的乐园。村北有一道宽宽的水坡，像一张床，长满了碧绿的青苔，坡下是一汪深潭， 水中趴着圆圆巨石，滑滑的，像一只只大乌龟露出的背，是天然的游泳池 ” 坦率说，这些描写一点没掺假。多年后，我遇到一位美术系教授，他告诉我，30年前，他多次带学生去胶东半岛和沂蒙山区写生，还路过这个村子。真的美啊，他一口咬定。其实不仅它，按美学标准，那个年代 的村子皆可入画，皆配得上陶渊明的那首“暧暧远人村，依依墟里烟。狗吠深巷中，鸡鸣桑树颠”。 几年前，金银花开的仲夏，我带夫人去看它，亦是我30年来首次踏上它。 一路上，我不停地描绘她将要看到的一切，讲得她目眩神迷，我也沉浸在“儿童相见不相识，笑问客从何处来” 的想象与感动中。可随着刹车声，我大惊失色，全不见了，全不见了，找不到那条河、那片苇塘，找不到虾戏鱼溅的水坡，找不到那一群群龟背代之的是采石场，是冒烟的砖窑，还有路边歪斜的广告：欢迎来到大理石之乡。 和于坚一样，我成了说谎者、吹嘘者、幻觉症病人。 5 没有故 乡，没有身世，人何以确认自己是谁、属于谁？ 没有地点，没有路标，人如何称从哪里来、到哪里去？ 这个时代，不变的东西太少了，慢的东西太少了，我们头也不回地疾行，而身后的脚印、村庄、影子，早已无踪。 我们唱了一路的歌，却发现无词无曲。 我们走了很远很远，却忘了 为何出发。 古典之殇 1 “今人不见古时月，今月曾照古时人。” 然而，多少古人有过的，今天的视野中却杳无了。 比如古诗词中的盛大雪况：“隔牖风惊竹，开门雪满山”“夜深知雪重，时闻折竹声” 吾等之辈，虽未历沧海桑田，但一夜忽至的“千树万树梨花开”，还是亲历过的。 满嘴冰激凌的现代孩子，谁堆过雪人？谁滚过雪球？令之捧着课本吟诵“燕山雪花大如席”，会不会牙疼呢？ 没有雪的冬天，还配得上叫“冬”吗？ 流逝者又何止雪？在新辈人眼里，不知所云的“古典”比比皆是 立于黄河枯床上，除了唇干舌燥，除了满目的干涸与皴裂，你纵有天才 想象，又如何模拟出“黄河之水天上来”的磅礴？谁还能托起李太白心中的汪洋与豪迈？除了疑心古人夸饰矫伪、信口开河，还会作何想呢？ 今天的少年真够不幸的。父辈把祖先的文学遗产交其手上，却没法把诞生那些佳句的空间和现场一并予之，当孩子动情地吟哦时，还能找到多少 相配的物境和诗意？如果说，今日中年人，还能使出吃奶的劲去想象一把“落霞与孤鹜齐飞，秋水共长天一色”（毕竟其孩提时，大自然尚存一点原汁，他还有残剩的经验可依），那其儿女们，连这点怀旧的资本都没了，连遐想的云梯都搭不起，连残羮都讨不上了。 或许不久后，这般 猜测古文课的尴尬亦不为过 一边是秃山童岭、雀兽绝迹，一边是“两个黄鹂鸣翠柳，一行白鹭上青天”的书声朗朗；一边是泉涸池干、枯禾赤野，一边是“西塞山前白鹭飞，桃花流水鳜鱼肥”的遍遍抄写；一边是霾尘浊日、黄沙漫天，一边是“山光悦鸟性，潭影空人心”的诗情画意这 是何等遥远之追想、何等费力之翘望啊。明明“现场”荡然无存，现实空间中全无对应物，却要少年人硬硬地抒情和陶醉，这岂非无中生有、画饼充饥？这不荒唐、不悲怆么？ 古典场景的缺席，不仅意味着风物之夭折，更意味着众多美学信息与精神资源的流逝。不久，对原版大自然丧 失想象力的孩子，将对古籍中那些伟大的美学华章和人文体验彻底不明就里，如坠雾中。 2 温习一下这随手撷来的句子吧：“水光潋滟晴方好，山色空蒙雨亦奇”“谢公宿处今尚在，渌水荡漾清猿啼” 那样的户外，那样的四季若荷尔德林之“诗意栖息”成立的话，至少这天地洁净乃必 需罢。可它们今天在哪儿呢？那“人行明镜中，鸟度屏风里”的天光明澈、那“长安一片月，万户捣衣声”的皎夜寂静今安在？ 从审美资源上讲，古代要比当今富饶得多、朴素而优雅得多。地球自35亿年前诞现生命以来，约有5亿种生物栖居过，今多已绝迹。在地质时代，物种的自然消 亡极缓鸟类平均300年一种，兽类平均8000年一种。如今呢？联合国环境规划署推测说：上世纪末，每分钟至少一种植物灭绝，每天至少一种动物灭绝。这是高于自然速率上千倍的“工业速度”，屠杀速度！ 多少珍贵的动植物永远地沦为了标本？多少生态活页从视野中被硬硬撕掉？多少 诗词风光如《广陵散》般成了遥远的绝唱？ “蒹葭苍苍，白露为霜”“呦呦鹿鸣，食野之苹”“关关雎鸠，在河之洲”“河水清且涟漪” 每每抚摸这些《诗经》句子，除了对美的隐隐动容，内心总有一股冰凉的颤栗和疼痛。因为这份荡人心魄的上古风情，已无法再走出纸张永远！人类 生活史上最纯真的童年风景、人与自然最相爱的蜜月时光，已挥兹远去。或者说，她已遇难。 由于丧失“现场”，人类正在丧失经典，丧失重温和体验她的能力。我们只能像眺望“月桂娥影”一样待之，却不再真的拥有。 阅读竟成了挽歌，竟成了永诀和追悼，难道不该放声痛哭吗？ 3 语文课本中的诸多游记，无论赏三峡、登黄山，还是临赤壁、游褒禅及徐霞客的足迹除了传递水墨画般的自然意绪，更有着“遗址”的凭吊含义，更有“黄鹤杳去”的祭奠意味。我们在对之阐释时，难 道只会停留在汉语字解上？（比如“蒹葭”“雎鸠”，除了“某植物”“某水鸟”， 再也领略不出别的了？）除了挖掘莫须有的政治伦理，就不为大自然的鬼斧神工而油生敬畏和感激？除了匆匆草草的娱情悦性，就涤荡不出“挥别”的忧愤来？ 我想建议老师：为何不问问孩子，那些美丽的“雎鸠”“鹿鸣”哪儿去了？何以再不见它们的身影？甚至促之去想：假若诗人 来到当代，他又会有何遇？作何感？发何吟？难道，这不会在孩子
经典电磁场理论的建立和发展及其重要意义
经典电磁场理论的建立和发展及其重要意义电子13班肖青秀2110501112电磁场理论的产生是物理学史上划时代的里程碑之一，电磁场理论体系的核心是麦克斯韦方程组，麦克斯韦全面总结电磁学研究的全部成果，建立完整的电磁场理论体系，完成物理学的又一次大综合，他的理论成果为现代无线电电子工业奠定理论基础。
1 经典电磁场理论体系完整的电磁场理论包括：1）麦克斯韦方程组：它是在库仑定律、毕奥-萨法尔定律、法拉第电磁感应定律以及麦克斯韦提出位移电流假说的基础上建立起来的。
它反映了电磁场的运动规律。
变化的电场和磁场可以互相激发而在空间独立存在。
由此，麦克斯韦预言了电磁波的存在，并预言了光是一种电磁波。
不随时间变化，则为静态场。
若电磁场的若电磁场很慢，则为拟稳场，说明市电在小尺度上可以用直流电路的计算方法。
麦克斯韦方程组的建立是物理系史上的第三次大综合。
2）洛伦兹力密度公式：它反映了电荷、电流受到的电磁场的作用力。
3）电荷守恒定律：它反映了自然界中关于电荷守恒的一个基本规律。
4）介质的电磁性质方程：它反映了物质在电磁场的作用下的性质，还反映了介质的结构。
以上四点构成了完整的电磁场理论。
经典电磁场理论体系的核心是麦克斯韦方程组。
在方程组中，电场和磁场相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。
麦克斯韦方程组的积分形式：其中：1）式描述了电场的性质，即电场的高斯定理。
2）式描述了磁场的性质，即磁场的高斯定理。
3）式描述了变化的磁场激发感生电场的规律。
4）式描述了变化的电场激发磁场的规律。
此外，还要加上电磁场量和表征介质电磁特性的量之间的关系：麦克斯韦方程组概括了电磁场的基本性质和规律，构成完整的经典电磁场理论体系，它不仅是整个宏观电磁理论的基础，而且也是许多现代电磁技术的理论基础。
麦克斯韦的电磁理论充分体现了物理概念创新、逻辑体系严密、数学形式简单优美、电场与磁场以及时间与空间的明显对称等明显的特点。
2 经典电磁场理论建立的过程以麦克斯韦方程组为核心的经典电磁理论，是由伟大的英国科学家麦克斯韦提出的，但在该理论建立的过程中凝结着无数各国科学工作者的科研成果，探究经典电磁场理论建立的过程及指导思想对科学探索研究仍然具有重要作用。
高三物理电磁场与电磁波
结论：
变化的磁场产生电场，变化的电场产 生磁场，这是麦克斯韦理论的两大支 柱．按照这个理论，变化的电场和磁场总 是相互联系的，形成一个不可分离的统一 的场，这就是电磁场．电场和磁场只是这 个统一的电磁场的两种具体表现． 思考：均匀变化呢？周期性变化呢？
三、电磁波的产生 及特点
从麦克斯韦的电磁场理论可以知道：如 果在空间某处发生了变化的电场，就会在空 间引起变化的磁场，这个变化的电场和磁场 又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁 场．这样成相互联系的不可分割的统一体， 变化的电场和磁场并不局限于空间某个区域， 而要由近及远向周围空间传播开去．电磁场 这样由近及远地传播，就形成电磁波．
电磁波与机械波的比较
电磁波 机械波
都是波，都会发生干涉、衍射等现象 都满足关系：v=λf 本身不是物质， 是一种客观存在的物质 是运动形式的传播 是横波 不需介质 传播电磁能及信息 真空中：恒定 介质：取决于介质与频率 有横波也有纵波 需要介质 传播机械能及信息 取决于介质
联系
本质
种类
传播
速度
两 个，一个是 横 波，在垂直传播方向上的振动有_____ 1、是_____ _____ 磁 场，一同学们阅读教材并总结）
E E E B E
B
B、 E、 v 三 者 两 两 垂 直
根据麦克斯韦的电磁场理论，电磁波中的电场和磁 场互相垂直，电磁波在与二者均垂直的方向传播．图中 表示做正弦变化的电场或磁场所引起的电磁波在某一时 刻的波的图象．波峰表示在该点的电场强度 E或磁感应 强度B在正方向具有最大值，波谷表示在该点的电场强 度E或磁感应强度B在反方向具有最大值．两个相邻的波 峰（或波谷）之间的距离等于电磁波的波长．在传播方 向上的任一点，E和B都随时间作正弦变化，E的方向平 行于x轴，B的方向平行于y轴，它们彼此垂直，而且都 跟波的传播方向垂直，因此电磁波是横波．
麦克斯韦的电磁场理论
麦克斯韦方程组还揭示了电磁波在介 质中的传播速度与介质本身的性质有 关，如介电常数和磁导率。
电磁场的能量守恒
麦克斯韦方程组揭示了电磁场的能量守恒规律，即电磁场的能量在空间中不会凭空产生也不 会消失，只会从一个地方传递到另一个地方。
电子科技
麦克斯韦的理论为电子科技的发展 提供了指导，推动了电子设备、集 成电路等的进步。
电磁波应用
麦克斯韦的理论为电磁波的应用提 供了依据，如雷达、微波炉、电磁 炉等现代科技产品的出现和发展。
对未来科技发展的启示
01
02
03
深入研究电磁波
麦克斯韦的理论启示我们 深入研究电磁波的性质和 应用，探索更多未知领域。
无线电波的应用
总结词
基于麦克斯韦方程组，人们开发出了无线电波的应用，实现了远距离通信和信 息传输。
详细描述
无线电波的发现和应用是麦克斯韦电磁场理论的重要应用之一。通过调制和解 调技术，人们可以利用无线电波进行远距离通信和广播，极大地促进了信息时 代的到来。
现代科技中的应用
总结词
麦克斯韦的电磁场理论在现代科技中有着广泛的应用，如雷达、卫星通信、电磁炉等。
02
安培、法拉第等科学家通过实验研究，逐渐揭 示了电和磁之间的联系。
04
这个发现为后来麦克斯韦的电磁场理论奠定了基础。
02
麦克斯韦的电磁场理论概述
电磁场的组成
1 2
3
电场
由电荷产生，对电荷施加作用力。
磁场
由电流产生，对电流和磁体施加作用力。
电磁场
电场和磁场的统一体，它们相互依存、相互转化。
麦克斯韦方程组的推导
12.5 麦克斯韦电磁场理论简介
12.5 麦克斯韦电磁场理论简介 麦克斯韦（1831－1879）英国物理学家 经典电磁理论的奠 基人， 气体动理论创始 人之一。 提出涡旋电场 和位移电流概念， 建立 了经典电磁理论，并预 言了以光速传播的电磁 波的存在。
大学物理 第三次修订本
1
第12章 电磁感应与电磁场
大学物理 第三次修订本
2
第12章 电磁感应与电磁场
问题的提出 在由电容器构成的放电回路中 由安培环路定理 S1
L
S2
R
H dl I
l
j dS
s
I
对曲面S1 对曲面S2
H dl I
l
H dl 0
l
矛 盾
在非稳恒电流的磁场中, 对同一环路积 分选取不同的曲面时，环流的值不同。
B
dΦe dt
A I
Φ e SD
S
d dt
4
大学物理 第三次修订本
第12章 电磁感应与电磁场
比较
jc
Ic S
d dt
d dt
dD dt
d dt
d D -
dΦe dt
S
d dt
I
+ + +j jc + D + c - dt
麦克斯韦引入位移电流 位移电流密度 位移电流强度
大学物理 第三次修订本
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第12章 电磁感应与电磁场
一、 位移电流 设电容器的面积为S, 传导电流为 d d dq Ic
S
dt
dt
jc
dD
dt
在电容器放电时, 极板 上的 面电荷密度 与电位移 矢量相等, 并随时间变化。
麦克斯韦为什么能够提出电磁场理论
麦克斯韦为什么能够提出电磁场理论？
英国物理学家麦克斯韦（1831～1879年）完成了19世纪最美妙的科学发现——电磁场理论，并预言了电磁波的存在，他的理论预言得到了后人的实验证实。
人类的无线电技术，就是在电磁场理论的基础上发展起来的。
在总结了前人近百年的电磁学研究成果之后，麦克斯韦对法拉第的电磁感应理论加以发展，他提出：变化的磁场能产生电场，变化的电场也能产生磁场，这种交替变化的电磁场会以波的形式在空间传播，他经过多年的努力，用完美的数学形式——麦克斯韦方程组全面概括了电磁学的经典理论。
麦克斯韦的电磁场理论，把光学和电磁学统一了起来，是19世纪科学史上最伟大的科学理论之一。
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麦克斯韦电磁场理论的建立及意义班级：物理系09本三班姓名：范日耀摘要：文章通过对法拉第力线思想和W.汤姆孙的类比研究的阐述来引出麦克斯韦的电磁场理论。
麦克斯韦经过三个艰难的过程建立了电磁场理论，为壮伟的物理大厦添砖加瓦，做出了巨大贡献。
关键字：法拉第力线思想W.汤姆孙类比研究麦克斯韦电磁场理论一、引言二、内容1、前人的研究（1）法拉第的力线思想法拉第从广泛的实验研究中构想出描绘电磁作用的“力线”图像。
他认为电荷和磁极周围的空间充满了力线，靠力线（包括电力线和磁力线）将电荷（或磁极）联系在一起。
力线就像是从电荷（或磁极）发出、又落到电荷（或磁极）的一根根皮筋一样，具有在长度方向力图收缩，在侧向力图扩张的趋势。
他以丰富的想象力阐述电磁作用的本质。
法拉第研究了电介质对电力作用的影响，认识到这一影响表明电力不可能是超距作用，而是通过电介质状态的变化；即使没有电介质，空间也会产生某种变化，布满了力线。
后来，法拉第又进一步研究了磁介质，解释了顺磁性和反磁性。
电磁感应现象则解释为磁铁周围存在某种“电应力状态”，当导线在其附近运动时，收到应力作用而有电荷做定向运动；回路中产生电动势则是由于穿过回路的磁力线数目发生了变化。
法拉第的力线思想实际上就是场的观念，这是近距理论的核心内容。
（2）W.汤姆孙的类比研究在法拉第力线思想的激励下，W.汤姆孙对电磁作用的规律也进行过有益的研究。
他从法国科学家傅里叶的热传导理论得到启示。
傅里叶在1824年发表《热的分析理论》一书，详细的研究了在介质中热流的传播问题，建立了热传导方程。
这本书W.汤姆孙对有很深的影响。
1842年，W.汤姆孙发表了第一篇关于热和电的数学论文，题为：《论热在均匀固体中的均匀运动及其与电的数学理论的联系》，他论述了热在均匀固体中的传导和法拉第电应力在均匀介质中传递这两种现象之间的相似性。
他指出电的等势面对应于热的等温面，而电荷对应与热源。
利用傅里叶的热分析法，他把法拉第的力线思想和拉普拉斯、泊松等人已经建立的完整的静电理论结合在一起，初步形成了电磁作用的统一理论。
1847年，W.汤姆孙进一步研究了电磁现象与弹性现象的相似性，在题为《论电力、磁力和伽伐尼力的力学表征》一文中，以不可压缩流体的流线连续性为基础，论述了电磁现象和流体力学现象的共性。
1851年，他给除了磁场的定义，1856年，根据磁致旋光效应提出了磁具有旋转的特性，这样就为进一步借用流体力学中关于涡旋运动的理论，做好了准备。
W.汤姆孙运用类比方法，把法拉第的力线思想转变为定量的表述，为麦克斯韦的工作提供了十分有益的经验。
2、麦克斯韦建立电磁场理论（1）电磁场理论建立的第一步麦克斯韦在电磁理论方面的工作可以和牛顿在力学理论方面的工作相媲美。
他和牛顿一样，是“站在巨人的肩上”，看得更深更远，作出了伟大的历史综合；他和牛顿一样，其丰硕的成果是一步一步提炼出来的。
对于麦克斯韦来说，他是站在法拉第和W.汤姆孙这两位巨人的肩上。
他面对众说纷纭的电磁理论，以深邃的洞察力开创了物理学的新领域。
然而，他也不是一蹴而就的。
他在创建电磁理论的奋斗中作了三次飞跃，前后里程达十余年。
麦克斯韦是英国人，1831年生于爱丁堡，自幼聪慧过人，得到了精心培养。
10岁进爱丁堡书院学习。
15岁就有几何论文发表。
1850年入剑桥大学，这时W.汤姆孙已是那里的研究员。
W.汤姆孙比麦克斯韦大7岁，他们先后荣获数学竞赛优胜者称号。
W.汤姆孙对电磁理论的看法，麦克斯韦早有了解。
在W.汤姆孙的影响下，麦克斯韦特别注意斯托克斯的工作，这为以后的研究做了准备。
从1855年起，麦克斯韦学习电学，认真阅读了法拉第的著作，特别是《电学实验研究》一书。
他大学刚毕业，就着手把法拉第的力线思想用数学分析方法进行表述。
W.汤姆孙那两篇关于电磁现象与力、热现象相似性的论文对他很有影响。
不但使他认识到类比方法的重要性，而且体验到法拉第的思想与传统的静电理论是协调的，有可能进一步建立统一的电磁理论。
1856年，麦克斯韦发表了第一篇关于电磁理论的论文，题为：《论法拉第力线》。
在这篇论文中，他发展了W.汤姆孙的类比方法，用不可压缩流体的流线类比于法拉第的力线，把流线的数学表达式用到静电理论中。
流线不会中断，力线也不会中断，只能发源于电荷或磁极，或者形成闭合曲线。
麦克斯韦通过类比，明确了两类不同的概念，一类相当于流体中的力，E和H就是；另一类相当于流体的流量，D和B属于这一类。
麦克斯韦进一步讨论了这两类量的性质。
流量遵从连续性方程，可以沿曲面积分，而力则应沿线段积分。
关于类比方法，麦克斯韦写到：“为了采用某种物理理论而获得物理思想，我们应当了解物理相似性的存在。
所谓物理相似性，我指的是在一门科学的定律和另一门科学的定律之间的局部类似。
利用这种局部类似可以用其中之一说明其中之二。
”麦克斯韦还特别注意到数学公式的类比。
“精确科学的宗旨就是要把自然界的问题归结为通过数学计算来确定各个量。
”这篇论文的第二部分专门讨论法拉第的“电应力状态”，对电磁感应作了理论解释。
麦克斯韦指出，纽曼的失势A正是表示“电应力状态”的一个函数，两者是一致的。
不过，纽曼的失势是建立在超距作用上的数学函数，缺乏实际含义，而法拉第的“电应力状态”则是根据大量实验发现并认真作出的精湛假设。
麦克斯韦写到：“也许有人会认为，多种现象的定量观测还未严密到足以形成数学理论的基础，但是法拉第并不满足于简单的叙述其试验的数学结果，也不希望考计算来发现定律。
当他掌握住一个定律时他立即像对纯粹数学的定律一样，毫不含糊地讲出来；如果数学家把这个定律当作物理真理接收下来，从它推出其他可以用实验检验的定律，这位数学家只不过起了帮助物理学家整理自己思想的作用。
当然，也要承认这是科学推理的必要步骤。
”接着，麦克斯韦退出了6个定律：“定律Ⅰ沿面积元边界电应力强度的总和等于穿过该面积的磁感应或等于穿过该面积的磁力线总数，”用现代的符号表示，就是∮A·d l=Φ“定律Ⅱ任一点的磁（场）强度经一组叫做传导方程的线性方程与磁感应相联系，”即B=μH“定律Ⅲ沿任一面积边界的磁（场）强度等于穿过该面积的电流”，即∮H·d l=∑I“定律Ⅳ电流的量与强度由一系列传导方程联系”，即j=σE“定律Ⅴ闭合电流的总电磁势等于电流之量与沿同一方向围绕电路的电应力强度的乘积”，即：电磁能等于电路中电流与感应所生磁通的乘积，W=∮j·Adl“定律Ⅵ任一导体元中的电动势等于该导体元上电应力强度的瞬时变化率”，即dAE=－dt（2）麦克斯韦建立电磁场理论的第二步隔了五年之后，麦克斯韦又回过来研究电磁场理论，写了第二篇论文，题为《论物理力线》。
其中分四个部分，分别载于1861年和1862年的《哲学杂志》上。
他的“目的是研究介质中的应力和运动的某种状态的力学效果，并将它们与观察到的电磁现象加以比较，从而为了解力线的实质做准备。
”两件事使麦克斯韦重现考虑他的研究方法：一件是根据伯努利的流体力学，流线越密的地方压力越小，流速越快，而根据法拉第的力线思想，力线有纵向收缩、横向扩张的趋势，力线越密，应力越大，两者不宜类比。
另一件是电的运动和磁的运动也无法简单类比。
从电解质现象中知道电的运动是平移运动，而从偏振光在透明晶体中旋转的现象看，磁的运动好像是介质中分子的旋转运动。
可见，电磁现象与流体力学现象有很大差别，电现象与磁现象不尽相同，靠几何上的类比无法洞察事物的本质。
于是麦克斯韦转向运用模型来建立假说。
他借用兰金的“分子涡流”假设，提出自己的模型。
他假设在磁场作用下的介质中，有规律的排列着许多分子涡旋，绕磁力线旋转，旋转角速度与磁场强度成正比，涡旋物质的密度正比于介质的磁导率。
这个模型很容易解释电荷间或磁场间的相互作用，并清晰地体现了近距作用。
但是在进一步解释变化电场或变化磁场之间的关系时又遇到了困难。
分子涡旋在旋转中相邻的边界沿相反的方向运动，这怎么可能呢？麦克斯韦从一种惰轮机构想出了解决方案。
他假设在涡旋之间有一层细微的带电粒子，将各涡旋隔开。
带电粒子非常小，可在原地滚动，电流就相当于带电粒子的移动。
就在讨论“应用于静电的分子涡旋理论”这个问题时，麦克斯韦抓住了要害。
他假设分子涡旋具有弹性。
当分子涡旋之间的粒子受电力作用产生位移时，给涡旋以切向力，使涡旋发生形变，反过来涡旋又给粒子以弹性力。
当激发粒子的力撤去后，涡旋恢复原来的形状，粒子也返回原位。
这样，带电体之间的力就归结为弹性形变在介质中储存的势能，而磁力则归结为储存的转动能。
位移的变化形成了电流。
麦克斯韦称之为“位移电流”，他写道：“只要导体上有电动势作用，就会产生电流，电流遇到电阻，就会将电能转化为热。
这一过程的逆向却不可能将热重新储存为电能。
“电动势作用于电介质，会使电介质的一部分产生一种极化状态，有如铁的颗粒在磁体的影响下极化一样分布，并且和磁极化一样，可以看成是每个粒子以对立状态产生（电）极。
“在一个受到感应的电介质中，我们可以想象每个分子中的电都发生这样的位移，一端为正电，另一端为负电，而这些电仍然完全同分子联系在一起，不会从一个分子转移到另一个分子。
“这种作用对于整个电介质是沿某一方面产生了总的位移。
这一位移并不形成电流，因为它达到一定值时就保持不变了。
但当电流开始时，和当位移时增时减因而形成不断变化时，就会根据位移的增加或减少，形成沿正方向或负方向的电流。
”以r表示由于位移产生的电流值，h表示位移值，麦克斯韦得出r=dh/dt, 即i位移=dD/dt麦克斯韦提出的“位移电流”的假设在电磁场理论中具有非常重要的地位。
这是一个重大的突破，在这以前，甚至在麦克斯韦去世时还没有人做出过可靠的实验，证明位移电流的存在。
这说明麦克斯韦具有何等的理论胆略！还有一件事情表明了麦克斯韦的理论威力，就是他预见到光是起源于电磁现象的一种横波。
既然电介质中的粒子位移可以看成是电流，就可以把电流与磁力线的相互作用推广到绝缘体，甚至是填充于真空的以太。
在这些介质中任一点产生的点粒子的振动，就可以通过相互作用在介质中扩展开去。
设弹性介质密度为ρ，切变模量为m，这种介质可以传播速度为v=ρm的横波。
根/据分子涡旋假设，麦克斯韦得到E/μ，其中E是取决于介质性质的一个特殊系数，μ为磁导率，对于真空或空气，μ=1。
柯尔劳胥和韦伯在1857年从莱顿瓶上测量电荷，根据静电单位和绝对单位的比值求出E的值为：310740千米/秒。
麦克斯韦以之与斐索1849年用齿轮法测到的光速c=315000千米/秒比较，认为相符甚好。
于是，麦克斯韦在论文中用斜体字写道：“我们难以排出如下的推论：光是由引起电现象和磁现象的同一介质中的横波组成的。
”（3）麦克斯韦建立电磁场理论的第三步1865年麦克斯韦发表了关于电磁场理论的第三篇论文：《电磁场的动力学理论》，全面论述了电磁场理论。