教案案例之三：Maxwell电磁场理论的建立
电磁场maxwell课程设计
电磁场maxwell课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解并掌握麦克斯韦方程组的基本概念和数学表达；2. 学生能解释电磁波的产生、传播和接收的基本原理；3. 学生能运用麦克斯韦方程组分析简单的电磁现象。
技能目标：1. 学生能够运用数学工具，如微积分和向量代数，解决电磁场问题；2. 学生能够运用物理原理，设计和进行简单的电磁场实验；3. 学生能够通过案例分析和问题解决，提高科学探究和逻辑思维能力。
情感态度价值观目标：1. 学生通过学习电磁场理论，培养对物理科学的兴趣和好奇心；2. 学生在学习过程中，培养批判性思维和创新精神；3. 学生通过小组合作，培养团队协作精神和沟通能力；4. 学生能够认识到物理学在科技发展和现代社会中的重要作用，增强社会责任感和使命感。
课程性质：本课程为高中物理选修课，旨在帮助学生深入理解电磁场理论，提高科学素养。
学生特点：高中年级学生，具备一定的物理基础和数学技能，对电磁现象有一定了解，求知欲强。
教学要求：结合学生特点，通过案例教学、实验操作和问题讨论等多种教学方法，使学生在掌握知识的同时，提高实践能力和科学素养。
将目标分解为具体的学习成果，以便于后续的教学设计和评估。
二、教学内容1. 麦克斯韦方程组的推导与解释- 引导学生从法拉第电磁感应定律、安培环路定律等基本定律出发，推导出麦克斯韦方程组；- 通过实例分析，让学生理解麦克斯韦方程组在描述电磁场中的重要作用。
2. 电磁波的产生与传播- 讲解电磁波的产生原理，如变化的电场产生磁场、变化的磁场产生电场；- 介绍电磁波的传播特性，包括传播速度、波长、频率等概念。
3. 电磁波的发射、传播与接收- 分析无线电波发射、传播和接收的基本原理；- 引导学生了解天线的工作原理及其在电磁波传播中的作用。
4. 电磁场应用案例分析- 结合实际案例，如无线电通信、雷达、电磁兼容等，让学生了解电磁场在科技领域的应用；- 组织学生讨论电磁场应用中的优点和潜在问题。
《电磁学Maxwell》课件
学的重要性。
5
安培定律
了解安培定律和它在Maxwell方程组中的 作用。
电磁波
1 什么是电磁波
学习电磁波的基本定义、特性，以及电磁波 的传播方式。
2 电磁波的传播规律
探索电磁波如何在空间中传播，以及传播速 度的特点。
3 电磁波的性质
研究电磁波的频率、波长和能量等性质。
4 电磁波的应用
了解电磁波在通信、医学和科学研究等领域 的广泛应用。
《电磁学Maxwell》PPT课 件
让我们一起探索电磁学！本课程将介绍电学基础、磁学基础、Maxwell方程组、 电磁波以及电磁学的实际应用。
电学基础
什么是电学
学习电的基本原理，电荷与 电场的关系，以及静电场的 特性。
电荷与电场
了解电荷的性质，并学习电 荷如何产生电场以及电场的 作用。
电场叠加原理
展望电磁学在未来的科学、技术和社会发展中的潜 力。
探索不同电荷在空间中产生 的电场如何相互叠加。
磁学基础
1 什么是磁学
揭示磁学的基本概念，包括磁场的定义、性 质和作用。
2 磁场
了解磁场是如何由磁物体产生并对其他物体 产生作用的。
3 静磁场
探索静止磁场的特性和行为，以及磁场与电 荷的相互作用。
4 磁场叠加原理
了解多个磁场如何叠加，并研究叠加后磁场 的性质。
应用实例
电动机的工作原理
研究电磁学在电动机中的应用， 以及电动机的工作原理和效率。
带电粒子在磁场中的 运动
探索带电粒子在磁场中的受力 情况和运动轨迹。
电磁辐射的防护技术
了解电磁辐射对人体健康的影 响及相关防护技术。
结束语
总结
总结本课的重点内容，并强调电磁学的重要性和应 用前景。
第二章-电气工程发展简史电子教案
电气工程导论
23
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
• 1885年意大利科学家法拉里提出的旋转磁场原理，对交流电 机的发展有重要的意义。
• 美 国 发 明 家 、 工 业 家 威 斯 汀 豪 （ George Wistinghouse ， 1846~1914）生于纽约州的一个农业机械制造商家庭。在龙 宁学院学习后，参加南北战争的北军，在陆军和海军服役。 1865年发明旋转式蒸汽机而首次获专利。
3.2.2 电网络理论的建立
• 20世纪初，由于通讯技术的兴起，促进了电网络理论的研 究。1920年，坎贝尔与瓦格纳研究了梯形结构的滤波电 路。1923年，坎贝尔还提出了滤波器的设计方法。
• 1924年，福斯特提出了电感、电容二端网络的电抗定理。 此后便建立了由给定频率特性而设计电路的电网络综合理 论。
7
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
电气科学与工程的发展简史
伏特与伏打电池
8
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
电气科学与工程的发展简史 安培定律
安培与他的实验装置
9
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
电气科学与工程的发展简史
时间
典型事件及意义 代表人物
进入科学行列
Coulom
(库仑 法国)
5
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
电气科学与工程的发展简史 库仑定律
库仑和他发明的扭力天平
6
NORTH UNIVERSITY OF CHINA
麦克斯韦电磁场理论
创新微课
麦克斯韦的电磁场理论
小结
电场和磁场的变化关系
非均匀 变化磁 场
激发
变 化 电 场
均 匀
稳 激发 定
变
磁
化
场
激发
若非 均匀 变化
变 化 磁 场
不 在 激 发
均匀变化
激发
稳 定 电
场
非均匀变化
创新微课
同学，下节再见
2、变化的电场产生磁场
麦克斯韦的理论依据
静止的电荷
静电场
电荷运动
电场变化
产生磁场
创新微课
麦克斯韦的电磁场理论
麦克斯韦电磁场理论的理解: ① 恒定的电场不产生磁场 ② 恒定的磁场不产生电场 ③ 均匀变化的电场在周围空间产生恒定的磁场 ④ 均匀变化的磁场在周围空间产生恒定的电场 ⑤ 周期性变化的电场产生同周期的磁场 ⑥ 周期性变化的磁场产生同周期的电场
（2）如果用不导电的塑料线绕制线圈， 线圈中还会有电流、电场吗？·有电场、无电流。
（3）想象线圈不存在时线圈所在处的空间还有电场吗？ 有！
创新微课
麦克斯韦的电磁场理论
1、变化的磁场产生电场
创新微课
麦克斯韦认为线圈只不过用来显示电场的存在，线圈不存在时，变 化的磁场同样在周围空间产生电场，即这是一种普遍存在的现象， 跟闭合电路是否存在无关。
创新微课 现在开始
麦克斯韦的电磁场理论
麦克斯韦的电磁场理论
创新微课
奥斯特 电流的磁效应
法拉第 电磁感应现象
麦克斯韦的电磁场理论
创新微课
麦克斯韦 （J.C.Maxwell,1831—
1879) 英国物理学家。
建立了第一个完整的电磁理论体系，不 仅科学地预言了电磁波的存在，而且揭 示了光、电、磁现象的本质的统一性， 完成了物理学的又一次大综合。
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。
MAXWELL使用说明教学课件(2024)
36
多物理场耦合仿真实现方法探讨
多物理场耦合概述
01
介绍多物理场耦合仿真的基本概念、原理和实现方法
。
MAXWELL多物理场耦合功能
02 详细阐述MAXWELL在多物理场耦合仿真方面的功能
和特点，包括电磁、热、力等多物理场的耦合分析。
实现方法与案例
03
探讨多物理场耦合仿真的实现方法，并结合具体案例
进行分析和讨论。
2024/1/29
优化计算过程
根据计算结果和监控情况， 对计算过程进行优化，如调 整参数设置、改进算法等， 以提高计算效率和精度。
32
结果数据可视化展示方式探讨
01
选择合适的数据可 视化工具
根据数据特点和展示需求，选择 适合的数据可视化工具，如 MATLAB、Python等。
绘制图表
02
03
添加标注和说明
03
来查看和修改编辑历史记录。
28
保存和导出模型文件操作指南
2024/1/29
01
在MAXWELL中，可以通过“文件”菜单中的“保存”或“ 另存为”选项来保存模型文件。
02
保存时可以选择不同的文件格式，如MAXWELL原生格式（ .mxw）、STL、STEP等。
03
导出模型文件时，需要注意选择合适的导出选项和参数，以 确保导出的文件与原始模型保持一致并满足后续应用的需求 。
调整功能区域布局
通过拖动功能区域的标题栏，可以将其停靠到主界面的不同位置 或浮动显示，以适应不同的工作习惯。
19
03 电磁场仿真基础 知识
2024/1/29
20
电磁场理论简介
麦克斯韦方程组
描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的基 本方程。
《麦克斯韦电磁理论》课件
电流的磁效应
安培环路定律
描述了电流在其周围空间产生的磁场的闭合回路定律，即电 流在其周围空间产生的磁感应线总是形成一个闭合回路，且 回路上的磁感应线数与穿过回路的电流数相等。
互感现象
当两个线圈中有一个线圈中的电流发生变化时，另一个线圈 中产生感应电动势的现象，互感现象是电磁感应的一种表现 形式。
电磁感应定律
《麦克斯韦电磁理论》ppt课 件
CONTENTS
• 麦克斯韦生平简介 • 电磁理论的发展历程 • 麦克斯韦电磁理论的主要内容 • 麦克斯韦电磁理论的实验验证 • 麦克斯韦电磁理论的意义和影
响
01
麦克斯韦生平简介
麦克斯韦的成长经历
童年时期
展现出对科学的浓厚兴趣 ，经常进行简单实验。
学生时期
进入爱丁堡大学学习，后 转入剑桥大学，受到数学 家巴洛的影响，开始深入
对未来科技发展的启示
深入探索电磁波的应用
随着科技的发展，可以进一步探索麦克斯韦电磁波在信息传输、 能源利用等领域的应用。
创新实验验证手段
未来可以通过更先进的实验手段验证麦克斯韦的理论预言，推动物 理学实验技术的发展。
启发新理论
麦克斯韦的电磁理论仍有许多未解之谜，可以启发未来的新理论探 索和创新。
谢谢您的聆听
电磁波的预言
总结词
麦克斯韦预言了电磁波的存在，并给 出了电磁波在真空中传播的速度等于 光速的结论。
详细描述
这一预言是基于麦克斯韦方程组的推 导，揭示了光的本质是电磁波，为后 来光学的进一步发展奠定了基础。
光的电磁理论
总结词
光的电磁理论是麦克斯韦提出的一种理论，将光解释为电磁波的一种表现形式 。
详细描述
该理论认为光是由电磁场中的振荡波产生的，解释了光的反射、折射、干涉和 衍射等现象，成为现代光学的基础。
《电磁学Maxwell》PPT课件
小结
Maxwell生在电磁学已经打好基础的年代； 及 时 总 结 了 已 有 的 成 就 〔Faraday 、 Thomson>,
提出问题； 深刻洞察超距作用学派理论的困难和不协调因素,
看穿那种力图把电磁现象归结于力学体系的超距 作用理论的根本弱点； 从类比研究入手,借助于数学工具,在理想思维的基 础上建立模型,甩掉一切机械论点,径直把位移电流 和电磁场作为客体摆在电磁理论的核心地位,开创 了物理学的又一个新起点.
动2好006.像12 是介质中分子的旋转运动
Maxwell的分子涡旋模型
小球——电以太, 受电力的作用会移 动 ——电流
六角形－磁以太, 绕磁力线旋转成右 手螺旋关系
两者象齿轮一样互 相啮合
2006.12
当电流从A—B流动时
当电流从A—B流动时,电 以太沿AB移动〔滚动前 进〕
电以太移动使与之啮合 的上下两排磁以太分别 按逆时针和顺时针方向 旋转,并依次带动上下各 排——形成与电流成右 手螺旋关系的空间磁力 线
2V4
1839年,Gauss定理
AndS AdV
1854年Stoxes定理Adl( A )ndS
2006.12
建立电磁现象的统一理论
这一切成果标志：建立电磁场理论的 时机成熟
摆在物理学家面前的课题是把已发现 的各个规律囊括起来,建立电磁现象的 统一理论.
Maxwell总结前人的工作,为电磁理论 的建立作出了卓越的贡献
2006.12
Weber的结论
首先由电流元相互作用的安培公式导出了 运动电荷相互作用力的具体公式
然后写出了两运动电荷之间的相互作用能 从而得到两载流线圈的相互作用能U 由此得到运动载流线圈 l 中的感应电动势
Mawell教学讲解课件.
Mawell教学讲解课件.一、教学内容本课件基于《电磁学》教材第四章“麦克斯韦方程组及其应用”，详细内容涵盖：麦克斯韦方程组的数学表达形式及其物理意义，边界条件的应用，以及静态电磁场和时变电磁场的分析和计算。
二、教学目标1. 理解并掌握麦克斯韦方程组的四个基本方程及其衍生形式。
2. 能够运用麦克斯韦方程组分析和解决实际电磁问题。
3. 掌握电磁波的产生与传播，理解电磁波在现代科技中的应用。
三、教学难点与重点教学难点：麦克斯韦方程组的理解与应用，特别是时变电磁场问题的分析。
教学重点：麦克斯韦方程组的推导，以及各个方程的物理意义。
四、教具与学具准备1. 电磁学实验器材：电流表、电压表、导线、电容和电感元件。
2. 多媒体教学设备，用于展示电磁场模拟动画。
3. 学生用计算器、笔记本、教材。
五、教学过程1. 实践情景引入：通过简单的电磁感应实验，引导学生思考电磁场的变化规律。
2. 理论讲解：详细讲解麦克斯韦方程组的四个方程，每个方程通过例题进行讲解。
例题1：计算一个简单闭合回路的磁通量变化。
例题2：分析一个平面电磁波的传播特性。
3. 随堂练习：布置与例题难度相近的练习题，学生现场解答，教师及时反馈。
4. 互动讨论：针对麦克斯韦方程组的应用，组织学生讨论其在现实生活中的应用案例。
六、板书设计1. 麦克斯韦方程组的四个基本方程。
2. 例题的详细解题步骤。
3. 随堂练习的关键步骤提示。
七、作业设计1. 作业题目：计算给定线圈中的感应电动势，并分析其与线圈半径、线速度的关系。
描述一个均匀磁场中平面电磁波的传播特点。
2. 答案：作业答案将提供详细的计算步骤和最终结果。
八、课后反思及拓展延伸1. 反思：通过学生作业和随堂练习的反馈，调整教学方法，加强学生对难点的理解。
2. 拓展延伸：鼓励学生探索麦克斯韦方程组在现代通信技术中的应用，例如无线充电技术、光纤通信等。
组织课外阅读和小组讨论，拓宽学生视野。
重点和难点解析：1. 麦克斯韦方程组的理解与应用。
麦克斯韦电磁场理论教案
【课 题】 §3.1 麦克斯韦的电磁场理论 【教学目标】（一）知识与技能1．了解法拉第的对物理学贡献。
2．知道麦克斯韦电磁场理论的主要内容。
3．麦克斯韦关于电磁波的预言，了解麦克斯韦电磁场理论在物理学发展史上的意义。
（二）过程与方法 （1） 通过对麦克斯韦电磁场理论基本思想形成过程的学习，体会在科学探究中如何充分利用已有的实验基础和理论，展开大胆的猜想与假设，进行强有力的逻辑理论思维，建立新理论，预言新现象。
（2） 通过麦克斯韦电磁场理论的成功，感受运用数学工具进行推理论证对物理学发展的意义。
（3） 通过“磁生电与电生磁的相似之处”的讨论与交流，进一步掌握类比法，初步形成“对称”的思想方法。
（三）情感、态度与价值观 （4） 感悟科学家的创造性思维，体验科学家献身科学的精神；体验物理学的研究方法以及数学在物理学中的特殊地位。
（5） 通过对麦克斯韦电磁场理论基本思想形成过程的学习，感受物理学的和谐之美、对称之美、有序之美。
（6） 通过对电磁场理论建立过程的学习，体会物理学发展经历了“实践――理论――实践”的艰辛过程。
【学情分析】这部分知识是选修3-1、3-2中电场、磁场、电磁感应等基本电场学知识的延伸和发展。
在学习了选修3-1、3-2后学习这部分知识，可以说学生有一定的基础，但是这部分知识介绍的麦克斯韦关于电磁场理论提出的思路，以及他独特的创造性思维，学生理解起来确有一定的难度，教学中应重视思维过程以及思维方法的介绍，不可急于求成。
【教学思路】注意介绍科学家的思维起点以及独特的创造性思维方法，同时要遵循学生的思维规律，从学生已知的电磁现象推理、归纳出相关结论。
【教学重点、难点】理解：1、变化的磁场产生电场。
2、变化的电场产生磁场。
【教学方法、学习方法】1教法：理论分析、逻辑推理和类比推理。
2学法：阅读、思考、讨论交流。
【教学流程】【教学过程及知识要点】一、法拉第的贡献学生阅读：P.561、法拉第创造性地引入“场”的概念，并用“力线”用来描述抽象的“场”（电场和磁场）。
《电磁场理论的建立及验证》 导学案
《电磁场理论的建立及验证》导学案一、学习目标1、了解电磁场理论建立的历史背景和重要人物。
2、理解电磁场理论的基本概念和主要内容。
3、掌握电磁场理论的验证方法和实验证据。
4、培养运用电磁场理论解决实际问题的能力。
二、学习重难点1、重点（1）麦克斯韦方程组的理解和应用。
（2）电磁波的产生、传播和特性。
2、难点（1）位移电流概念的理解。
（2）电磁场的物质性和统一性的认识。
三、知识回顾1、静电场和静磁场的基本规律（1）库仑定律：描述真空中两个静止点电荷之间的作用力。
（2）高斯定律：反映静电场的通量与电荷量的关系。
（3）安培环路定律：用于计算稳恒磁场的磁感应强度。
2、法拉第电磁感应定律指出闭合回路中感应电动势的大小与穿过回路的磁通量的变化率成正比。
四、新课导入在 19 世纪中叶以前，人们对电和磁的认识是分别进行的。
静电场和静磁场的规律已经被较为完善地建立起来，但对于电和磁之间的联系，还缺乏系统的理论。
直到麦克斯韦的出现，他在前人的基础上，建立了统一的电磁场理论，这是物理学发展史上的一个重要里程碑。
五、电磁场理论的建立1、麦克斯韦的贡献麦克斯韦在前人的研究基础上，通过深入的思考和数学推导，提出了位移电流的概念，并将安培环路定律进行了修正和推广。
他认为变化的电场也能产生磁场，与传导电流产生的磁场一样。
2、麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组由四个方程组成，分别是高斯定律、高斯磁定律、法拉第电磁感应定律和安培麦克斯韦定律。
（1）高斯定律：描述了电场的散度与电荷量的关系。
（2）高斯磁定律：表明磁场的散度总是为零，即磁力线总是闭合的。
（3）法拉第电磁感应定律：解释了时变磁场如何产生电场。
（4）安培麦克斯韦定律：反映了时变电场如何产生磁场。
这四个方程完整地描述了电磁场的基本规律，揭示了电场和磁场相互联系、相互激发的性质，预言了电磁波的存在。
六、电磁场理论的验证1、赫兹实验赫兹通过实验成功地验证了电磁波的存在。
他设计了一个简单的实验装置，包括一个火花发生器和一个带有缝隙的金属圆环。
《电磁场理论的建立及验证》 导学案
《电磁场理论的建立及验证》导学案一、学习目标1、了解电磁场理论建立的背景和过程。
2、掌握电磁场理论的基本概念和主要内容。
3、理解电磁场理论的验证方法和实验依据。
4、能够运用电磁场理论解决简单的实际问题。
二、学习重点1、电磁场理论的核心概念，如电场、磁场、电磁波等。
2、麦克斯韦方程组的含义和应用。
3、电磁场理论的实验验证，如赫兹实验。
三、学习难点1、对电场和磁场相互关系的深刻理解。
2、麦克斯韦方程组的推导和数学表达。
3、电磁波的产生、传播和特性。
四、知识回顾在学习电磁场理论之前，我们先来回顾一下之前所学的相关知识：1、库仑定律：描述了真空中两个静止点电荷之间的作用力与它们电荷量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比。
2、安培定则：用于判断直线电流和环形电流产生的磁场方向。
3、法拉第电磁感应定律：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。
这些知识为我们进一步学习电磁场理论奠定了基础。
五、电磁场理论的建立（一）早期的电磁学研究在19 世纪之前，人们对电和磁的认识还比较零散。
库仑、奥斯特、安培等科学家分别在静电学、电流的磁效应和安培定律等方面做出了重要的贡献。
库仑通过实验发现了库仑定律，为静电学的研究奠定了基础。
奥斯特在一次偶然的实验中发现了电流的磁效应，揭示了电和磁之间的联系。
安培在研究电流之间的相互作用时，提出了安培定律，进一步深化了对磁现象的认识。
（二）法拉第的电磁感应定律法拉第经过多年的实验研究，于 1831 年发现了电磁感应定律。
该定律指出，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。
法拉第的发现为电磁场理论的建立提供了重要的实验基础。
（三）麦克斯韦的贡献詹姆斯·克拉克·麦克斯韦在前人研究的基础上，对电磁现象进行了深入的理论分析和数学推导，建立了完整的电磁场理论。
麦克斯韦提出了位移电流的概念，修正了安培定律，使安培定律在非稳恒电流的情况下也能适用。
《电磁场理论的建立及验证》知识清单
《电磁场理论的建立及验证》知识清单一、故事引入咱先讲个有趣的事儿。
我有个朋友，他特别喜欢捣鼓收音机。
有一次他把收音机拆了又装，装了又拆，结果发现一个很神奇的现象。
在某些地方，收音机的信号特别好，能收到好多台，声音还很清晰；但在有些地方呢，信号就特别差，杂音还特别大。
他就很纳闷儿，这到底是为啥呢？其实啊，这就和咱们今天要讲的麦克斯韦电磁场理论有很大的关系呢。
二、麦克斯韦电磁场理论建立的背景1、早期电磁研究基础在麦克斯韦之前，已经有很多科学家对电磁现象进行了研究。
比如说奥斯特，他发现了电流能产生磁场，就像你打开一个小的电磁铁，周围的小磁针就会转动，这就说明有磁场产生了。
还有法拉第，他的贡献也超级大。
他发现了电磁感应现象，就是当一个导体在磁场中运动或者磁场发生变化的时候，导体中就会产生感应电动势，就像咱们的发电机，就是利用这个原理。
但是呢，当时这些现象都是分散的，没有一个统一的理论来解释。
2、当时面临的问题那时候的电磁学就像是一堆零散的拼图碎片，虽然每一块都很有趣，但是没有拼成一幅完整的图画。
科学家们知道电流能产生磁场，磁场变化能产生电流，可是不知道怎么把这些现象联系起来，也不知道电磁场到底是怎么传播的。
就好比我朋友知道收音机需要信号才能工作，但是不知道信号是怎么在空间中传播的一样。
三、麦克斯韦电磁场理论的建立1、基本假设与概念涡旋电场假设麦克斯韦提出了一个很新奇的想法。
他说变化的磁场会产生涡旋电场。
这是什么意思呢？咱们可以想象一个水池，当你在水池中心搅动水的时候，就会形成漩涡，这个漩涡就有点像涡旋电场。
比如说，一个不断变化的磁场就像在空间中搅动的“手”，它会在周围产生涡旋电场。
这种电场和我们之前知道的静电场不太一样，静电场是由电荷产生的，而涡旋电场是由变化的磁场产生的。
位移电流假设麦克斯韦还提出了位移电流的概念。
这个概念有点抽象哦。
我们知道电流是电荷的定向移动，但是麦克斯韦发现，在电容器充电或者放电的时候，虽然没有真正的电荷在极板之间移动，但是却有类似于电流的效应。
电磁场理论的建立PPT教学课件
第二节 定量研究的开始
——库仑定律的发现
一、反平方定律的提出
1750年前后，彼得堡科学院院士埃皮努斯在 实验中发现；当发生相互作用的电荷之间的距 离缩短时，两者之间的吸引力和排斥力便增加。 1766年富兰克林写信给他在德国的一位朋友 普利斯特利（公元1733一1804），介绍了他 在实验中发现在金属杯中的软木球完全不受金 属杯电性的影响的现象。他请普利斯特利给予 验证。
四、力线与杨的概念
法拉第关于场的概念和力线的图象，为以后麦 克斯韦从数学上建立电磁场理论奠定了基础。 J．J．汤姆逊对法拉第的力线评价很高，他说： “在法拉第的许多贡献中，最伟大的一个就是 力线概念了。我想电场和磁场的许多性质，借 助它就可以最简单而且富有暗示性地表示出 来”。自从法拉第建立了场的概念和力线的图 象以后，超距作用的观点逐渐衰败，而新型的 近距作用的观点日益强化和完善。
第一节 电现象与磁现象的早和磁的实验，其中最有名的是所 谓“小地球”实验。
他发现不仅摩擦过的琥珀有吸引轻小物体的性 质，而且一系列其他物体如金刚石、水晶、硫 磺、明矾等也有这种性质，他把这种性质称为 电性，他是第一个用“电力”、“电吸引”、 “磁极”等术语的人。
二、安培定律与分子电流假说
法国物理学家安培（公元1775－1836）出生于里昂 附近一个商人家庭。少年时代就表现出惊人的记忆 力和非凡的数学才能，完全靠自学而获得自然科学、 哲学、历史和文学等方面的丰富知识。1799年开始 一边担任教学工作一边对数学进行系统的研究， 1808年担任法国帝国大学总督学，1809年成为巴黎 工艺大学数学教授，1814年成为法国科学院院土， 1824年担任法兰西学院实验物理学教授，1827年被 选为英国皇家学会会员。由于他在电学上的杰出成 就，人们用他的名字来命名电流强度的单位。
麦克斯韦电磁场理论的建立及意义
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。
- 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)。
Maxwell方程组的现代形式
经Hertz、Heaviside等人的改造，归 纳整理后，形成了现代的形式的方程
DdS=q0 BdS=0
Edl=B t dS H dl=I0 D tdS
精品课件
小结
Maxwell生在电磁学已经打好基础的年代； 及 时 总 结 了 已 有 的 成 就 （ Faraday 、 Thomson),
如Coulumb、 Ampere、Neumann、Weber 等
精品课件
Neumann的工作 （1845年）
讨论两平面载流线圈的相互作用
根据Biot- Savart定律，施感线
圈对于距离为r的单位磁极的作
用力为
B
ki'
l'
dl'r r3
两线圈相互作用能为
UiBdS
U
ki
i'dl
ll'
dl' r
精品课件
Maxwell的三篇论文
1855年
“论法拉第力线”
1861年
“论物理力线”
1865年
“电磁场的动力学理论”
历时十年
每篇文章好几十页，甚至上百页
精品课件
第一篇文章
第一部分阐述力线和不可压缩流体之 间的类比，这一类比将Thomson的处 理作了重要的发展。把电、磁学中的 物理量从数学角度加以分类 提出源 和旋的概念，把流体中的通量和环流 移植到电磁学。
精品课件
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
精品课件
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
精品课件
精品课件
电弹性方程
精品课件
精品课件
精品课件
Maxwell对超距作用观点的分析
Maxwell吸取了他们理论中的合理部分，同时继 承了Faraday的力线思想，抛弃了他们的超距作 用观点
Maxwell说：“然而，依赖于粒子速度的力超距 作用于粒子的假设中包含着机制上的困难，阻 止我认为这一理论是最终的理论,……”。“所 以，我宁愿从另一方面寻找对事实的解释，假 设它们是被周围媒质以及激发物体中发生的作 用所产生，而无须假定可能存在直接作用，尽 力解释远距离物体的作用……。”
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；
精品课件
区别感生和动生意义
把含混的感应电动力明确改称为“涡旋电 场”——发现了一种新的与静电场不同的电场； 矢量场、电荷在其中受力、无源有旋；
场是在一定空间连续分布的,涡旋电场作为一种 矢量场并不局限于某个规定的曲面周界上。把 电动力改称为涡旋电场可以避免可能的误会；
精品课件
两件事情使他重新考虑研究方法
法拉第力线与流体两者不宜简单类比
法拉第的力线有纵向收缩、横向扩张的趋势，力 线越密，应力越大
流体力学中流线越密的地方压力越小，流速越快
电的运动与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的 从偏振光在透明晶体中旋转动现象看，磁的运动
好像是介质中分子的旋转运动
精品课件
Maxwell的分子涡旋模型
小球——电以太， 受电力的作用会移 动 ——电流
六角形－磁以太， 绕磁力线旋转成右 手螺旋关系
两者象齿轮一样互 相啮合
精品课件
当电流从A—B流动时
当电流从A—B流动时， 电以太沿AB移动（滚动 前进）
电以太移动使与之啮合 的上下两排磁以太分别 按逆时针和顺时针方向 旋转，并依次带动上下 各排——形成与电流成 右手螺旋关系的空间磁 力线
精品课件
Thomson、Helmholtz的类比研究
1841年Thomson 将静电现象与热现象类比
包含带电导体 的区域内的静 电力分布
类比
无限固体中 的热流分布
电力线
热流线
等势面 电荷
等温面 热源
1846年又研究了电现象和弹性现象的类似性
静电力分布
弹性位移分布
暗示非稳恒情形下电磁作用的传播图象
精品课件
法拉第与麦克斯韦
法拉第
是一个没有受过多少教育，但具有深刻直觉能 力的实验物理学家
不用一个公式，凭直觉的可靠性创造出“力线” 和“场”的概念
麦克斯韦
从小喜欢数学，对法拉第的贡献非常佩服 20几岁就下决心要把法拉第的物理思想用数学
公式定量地表达出来
精品课件
1875年法拉第给麦克斯韦的信
我亲爱的先生，我接到你的论文，为此深 为感谢。我并不是说我要感谢你是因为你 谈论“力线”，因为我知道你已经在哲学 真理的意义上处理了它；但你必然以为这 项工作使我感到愉快，并给予我很大的鼓 励去进一步思考。起初当我看到你用这样 的数学威力来针对这样的主题，我几乎吓 坏了。后来我才惊讶地看到这个主题居然 处理得如此之好。
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
并
推广到静电学
1839年，Gauss定理AndS AdV
Adl( A )ndS
1854年Stoxes定理
精品课件
建立电磁现象的统一理论
这一切成果标志：建立电磁场理论的 时机成熟
摆在物理学家面前的课题是把已发现 的各个规律囊括起来，建立电磁现象 的统一理论。
Maxwell总结前人的工作，为电磁理论 的建立作出了卓越的贡献
提出问题； 深刻洞察超距作用学派理论的困难和不协调因素，
看穿那种力图把电磁现象归结于力学体系的超距 作用理论的根本弱点； 从类比研究入手，借助于数学工具，在理想思维 的基础上建立模型，甩掉一切机械论点，径直把 位移电流和电磁场作为客体摆在电磁理论的核心 地位，开创了物理学的又一个新起点。
精品课件
如果
E
间变化
t
力线
使电以太受到作用力 —— 偏 离 平 衡 位 置 的 位 移 将 随 时
则象电流一样也能使磁以太旋转产生磁
精品课件
提出“位移电流”的概念
利用上述模型领悟到 E
t
与
B
的关系
Maxwell把电以太的位移叫做电位移
把 E 叫位移电流
t
还讨论了电以太与磁以太的弹性模量
且与 0 , 0 联系得到 c3180m/s
精品课件
Helmholtz的类比
1856年Helmholtz将磁现象与不可压缩的流 体类比
B分布
v 分布
电流
流体的涡旋线
这一类比可将流体力学的许多定理与电学 的定理对应起来
精品课件
静电势理论、数学理论已趋成熟
1789年，Laplace引力势方程 2V0
1831年，Poisson方程
2V4
精品课件
Weber的工作
Weber提出：运动电荷之间除了库仑力外， 还存在着由于电荷运动而产生的另一类相 互作用力——Weber力
同号电荷沿同方向平行运动时，为吸引力 异号电荷沿同方向平行运动时，为排斥力； 安培力——全部运动电荷之间的力的结果；
雄心勃勃想建立统一的电磁力—weber力
精品课件
Maxwell建立电磁场理论的 三篇论文
北大物理学院 王稼军
精品课件
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
精品课件
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。
爱因斯坦高度评价他的工作
他在纪念Maxwell 诞辰100周年的文集中 写道：
“自从牛顿奠定理论物理学的基础以来，物 理学的公理基础的最伟大的变革是由法拉第 和麦克斯韦在电磁现象方面的工作所引起 的”。“这样一次伟大的变革是同法拉第、 麦克斯韦和赫兹的名字永远联在一起的。这 次变革的最大部分出自麦克斯韦。”
精品课件
AB中的电流突然中止
沿AB移动的电以太随即 停止
图中gh排的磁以太不再
旋转
但kl排以及其他各排仍 然旋转，于是pq层以及 其他层中的电力资将从p 向q运动——感应电流
精品课件
静电和电场变化引起的后果
电以太受力后
电以太偏离平衡位置——磁以太 形变——弹性势能
电力撤消后
电以太回复——磁以太形变消除
精品课件
第二部分 主要讨论电磁感应现象
Faraday提出电紧张状态的概念，但对电磁感应
没有定量表述，没有区分动生和感 生 “电紧张状态”的强弱——引入a
l
a t
dl
Maxwell证明了磁感应强度与
a的关系
B a
把电紧张函数 a 的变化率的负值定义为
“感应电动力”
精品课件
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：
精品课件
Neumann认为
被感线圈中 考虑楞次定律
ddt
i'
ll '
d
l
d r
l
'
kddti'll'dlrdl'
引入一个矢量函数a，称之为电动力学势，定义为