《电动力学》课程多媒体课件

《电动力学》课程多媒体课件汇报人：2023-12-14课程简介与目标电磁场基本理论静电场与静磁场电磁波传播与辐射导体与介质中电磁场电磁场数值计算方法简介实验设计与操作演示目录课程简介与目标01

电动力学概述电动力学定义研究电荷和电流以及它们产生的电磁场的相互作用的一门学科。电动力学与电磁学的关系电磁学包含静电学、静磁学和电动力学，电动力学是电磁学的重要组成部分。电动力学的应用领域包括电磁波传播、电磁辐射、等离子体物理、光电子学等。掌握电动力学的基本概念、基本理论和基本方法，能运用电动力学知识解决实际问题。课程目标认真听课，做好笔记，完成作业，积极参与课堂讨论和实验。学习要求课程目标与要求《电动力学》（第四版），郭硕鸿著，高等教育出版社。推荐教材辅助教材参考资料《电磁学》（第二版），梁灿彬著，高等教育出版社。国内外相关期刊、会议论文等。030201教材与参考资料电磁场基本理论02麦克斯韦方程组的形式包括电场的高斯定律、电场的安培环路定律、磁场的高斯定律、磁场的法拉第电磁感应定律。麦克斯韦方程组的重要性揭示了电磁波的存在，奠定了现代物理学的基础。麦克斯韦方程组的含义描述电磁场的基本规律，由四个主要方程组成。麦克斯韦方程组123描述电磁场在不同介质之间传播时的行为规律。电磁场边界条件的含义包括电场的切向分量连续、法向分量跳跃，磁场的切向分量跳跃、法向分量连续等。电磁场边界条件的种类用于解决电磁波的反射、折射和散射等问题。电磁场边界条件的应用电磁场边界条件03电磁场能量与动量的关系二者之间存在密切关系，可以通过麦克斯韦方程组进行推导。01电磁场能量的含义描述电磁场所具有的能量，包括电场能量和磁场能量。02电磁场动量的含义描述电磁场所具有的动量，与电磁场的传播方向有关。电磁场能量与动量静电场与静磁场03真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量的乘积成正比，与它们之间的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。描述电场强弱的物理量，等于单位正电荷在该点所受的电场力。其大小与试探电荷无关，由电场本身决定。库仑定律与电场强度电场强度库仑定律电势描述电场中某点电势能的物理量，等于单位正电荷从该点移动到参考点（零电势点）时电场力所做的功。电势具有相对性，其大小与参考点的选择有关。电势差电场中两点间电势的差值，等于单位正电荷从一点移动到另一点时电场力所做的功。电势差具有绝对性，与参考点的选择无关。电势与电势差电流、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。其基本性质是对放入其中的磁体、运动电荷或电流有力的作用。磁场描述磁场强弱和方向的物理量，在磁场中垂直于磁场方向的通电直导线，所受到的磁场作用力与电流强度和导线长度的乘积的比值，叫做通电直导线在该处的磁感应强度。其大小与导线在磁场中的取向有关。磁感应强度磁场与磁感应强度电磁波传播与辐射04描述电磁场的基本方程，包括电场、磁场、电荷和电流之间的关系。麦克斯韦方程组从麦克斯韦方程组推导出的描述电磁波传播的方程，揭示电磁波的波动性质。波动方程针对特定边界条件和初始条件，求解波动方程，得到电磁波的解析解或数值解。电磁波的解电磁波方程及其解在无限大均匀媒质中传播的电磁波，其波阵面为一系列平行平面。平面波包括电磁波的相速度、群速度、波长、频率等参数，以及在不同媒质分界面上的反射、折射和透射现象。传播特性描述电磁波中电场矢量在传播过程中的取向和变化规律，包括线极化、圆极化和椭圆极化等。极化特性平面电磁波及其传播特性天线用于辐射和接收电磁波的装置，可将传输线中的导行波转换为自由空间中的电磁波，或将自由空间中的电磁波转换为传输线中的导行波。辐射原理基于电磁感应和电磁场理论，解释天线辐射电磁波的机制，包括电基本振子和磁基本振子的辐射特性，以及天线辐射方向图、增益、效率等参数的计算和分析。天线与辐射原理导体与介质中电磁场05导体表面电磁场研究导体表面电磁场分布特点，如感应电荷、镜像法等。导体内部电磁场分析导体内部电磁场分布规律，讨论趋肤效应、邻近效应等现象。传输线理论介绍传输线方程及其解，分析传输线上电磁波传播特性。导体中电磁场分布与传输特性研究电磁波在不同介质中的传播特性，如折射、反射、散射等。介质中电磁波传播分析介质在电磁场作用下的极化与磁化现象，及其对电磁场分布的影响。介质极化与磁化讨论介质损耗、色散等特性对电磁波传播的影响及其机制。介质损耗与色散介质中电磁场分布与传输特性等离子体中电磁波传播研究电磁波在等离子体中的传播特性，如截止频率、吸收等。等离子体应用探讨等离子体在通信、材料加工、能源等领域的应用前景。等离子体基本性质介绍等离子体基本概念、性质及其分类。等离子体中电磁现象简介电磁场数值计算方法简介06有限差分法基本原理及应用实例基本原理将电磁场连续问题离散化，利用差分格式替代微分格式，通过求解差分方程得到电磁场分布。应用实例分析电磁波在导体、介质等复杂结构中的传播和散射问题，如天线辐射、电磁兼容等。将连续电磁场分割为有限个小区域，对每个小区域进行近似处理，通过求解整个系统的代数方程组得到电磁场分布。基本原理分析电磁设备（如电机、变压器等）的性能及优化设计，计算电磁场对生物体的影响等。应用实例有限元法基本原理及应用实例边界元法将问题的边界离散化，通过求解边界上的积分方程得到电磁场分布，适用于处理开域问题和无限域问题。谱方法利用正交函数或基函数展开电磁场，将连续问题转化为代数方程求解，适用于处理规则形状的区域和周期性问题。其他数值计算方法简介实验设计与操作演示07实验目的实验原理操作步骤注意事项实验一：静电场描绘实验设计与操作演示01020304通过描绘静电场，帮助学生理解电势、电场强度等概念。利用静电场中的等势线和电场线，通过描绘法获得静电场的分布。准备实验器材，设置电极，调整电场，描绘等势线和电场线，记录并分析实验结果。保持实验环境干燥，避免电磁干扰，确保测量精度。通过实验测量电磁波在不同介质中的传播特性，帮助学生理解电磁波传播原理。实验目的利用发射天线和接收天线，测量电磁波在不同介质中的传播速度、衰减等特性。实验原理准备实验器材，设置发射和接收天线，选择不同介质进行测量，记录并分析实验结果。操作步骤确保天线性能良好，选择合适的测量距离和频率，避免干扰。注意事项实验二实验三通过实验测量天线的辐射性能，帮助学生理解