麦克斯韦方程组和电磁辐射.ppt

第十一章 麦克斯韦方程组和电磁辐射,电磁学的基本规律：,库仑定律、,场强高斯定律、,场强环流定理、,毕奥萨伐尔定律、,磁场高斯定律、,安培环路定理、,法拉第电磁感应定律,电磁学最辉煌的时期,十八世纪末十九世纪上半页,发电机、,电动机、,变压器、,电灯、,电话、,电报、,各种电器,人类进入了电的世界,科学的发展无止境,社会的文明进步无止境,电磁学是否存在更加完整、更加统一的理论？,英国物理学家麦克斯韦,总结了电磁学的全部成就,加以发展和创新,提出了统一的电磁场理论,简洁、优美的数学语言,麦克斯韦方程组,力学中的牛顿定律,力学和电磁学的讨论方法不同！,（还不足以反映该方程组的重要性）,一.稳恒场的基本规律,有介质时：,二.麦克斯韦的基本假设,2.关于位移电流的假设：,1.关于感生电场的假设：,变化的磁场可以在周围空间激发感生电场.,如前所述：,(1)问题的提出：,安培环路定理：,对非恒定电流是否还成立？,以电容器充电过程为例：,显然不成立！,(2)位移电流的假说：,全电流,麦克斯韦大胆假设：,电容器中传导电流中断了，但随着电容器被充电，这里的电场是变化的;,变化的电场,对全电流，安培环路定理仍然成立。,(3)位移电流的大小和方向：,极板上电荷的增量：,取如图所示高斯面：,两板间取一截面：,令：,Ic与Id方向相同,则:,分析充放电时的电流方向：,3.比较传导电流 Ic 和位移电流 Id ：,在激发磁场的效果上完全相同。,相同：,电荷的定向移动形成、,产生焦耳热；,变化的电场产生、,不产生焦耳热。,不同：,传导电流 Ic：,存在于导体中、,位移电流 Id：,存在于电场变化波及的任何空间、,位移电流假设的实质：,变化的电场可以等效位移电流，激发磁场。,有了感生电场的假设：,或：,有了位移电流假设：,或：,三.麦克斯韦方程组的积分形式,适用于非恒定场,或,或,四.麦克斯韦电磁场理论的重要意义,1、全面概括了电磁学的规律；,2、预言了电磁波的存在；,3、揭示了光的电磁本质。,五.振荡偶极子的电磁辐射,解出：,电荷q、电流I周期变化，因而Wc、Wl也周期变化,频率：,辐射强度 4,为提高,(L N2),(C S/d),为向空间辐射：,放开电路。,振荡电偶极子的电磁辐射,六.电磁波的性质,1.电磁波是横波,、 、传播方向成右手螺旋关系；,2. 与 分别在各自的平面上振动；,3. 与 同相位变化；,4.任一时刻，任一点处的 与 的大小成正比,5、真空中电磁波波速,介质中：,七.电磁波的能量,坡印廷矢量:,能流密度：,再将,代入，得：,电磁波谱:,1.无线电波,2.红外线,3.可见光,4.紫外线,5.X射线,中波,短波,超短波,微波,长波,一. 质点运动学,期末复习指导,重点：,1. 由运动方程求速度、加速度；,（直角坐标系下；自然坐标系下的切向和法向加速度）,2. 利用初始条件由速度、加速度求运动方程。,次重点：,2.参照系变换（伽利略变换）。,（矢量性、瞬时性、叠加性、相对性）,书上和课上所有画星号的内容均不要求！,1. 对 、 、 、 、的正确理解；,二. 质点动力学,重点：,1. 对牛顿运动定律的进一步应用；,（适用于惯性系；变力、曲线运动、相对运动等情况下的应用）,（适用于惯性系；变力的冲量、矢量性、系统的选取、守恒的条件、参照系变换等）,2.对动量定理和动量守恒定律的掌握和应用；,3. 对质点动能定理的掌握和应用；,（适用于惯性系；变力的功、功与动能的相对性）,次重点：,4. 对机械能守恒定律的进一步应用；,（适用于惯性系；系统的选取、守恒的条件、参照系变换）,质点的角动量及其守恒定律的简单应用；,三. 刚体力学,重点：,1. 定轴转动定律及其应用；,2. 对定轴的角动量守恒定律及其应用；,3. 含刚体系统的机械能守恒定律；,记住典型刚体的转动惯量（细杆、圆盘、圆环).,四.相对论,重点：,一. 狭义相对论的基本假设,要求：,完整、准确表述。,1. 相对性原理：,2. 光速不变原理：,二. 洛仑兹变换式,要求：,记准确、简单应用.,三. 时空的相对性,1. 同时的相对性：,注意：静系中不同地点同时发生,2. 时间延缓：,注意：事件发生在静系中的同一地点,3. 长度收缩：,注意：动系中同时测,要求：,准确理解、简单应用,次重点：,一. 洛仑兹速度变换；,要求：,一维、课上例题水平。,二. 相对论质量；,三. 相对论能量；,四. 相对论动能公式：,要求：,准确理解、简单应用.,五. 静电场,1. 电场强度：灵活运用叠加 原理求场强；,2. 高斯定律：表述、物理含义、求无限长带电线、无限大带电面、均匀带电球体、均匀带电球面、柱面、柱体等带电体的场强；,3. 电势：由定义求电势；灵活 运用电势叠加原理求电势；求电势差；,注意：电势参考点的选取,4. 导体静电平衡条件、静电平衡时导体上电荷的分布规律（球、柱、板、接地的情况）及分布后场强、电势、电势差的计算；,重点：,1. 场强环流定理；表述、物理意义、简单证明题；,.有介质时的高斯定律 ；,. 电势能； . 电场力的功；,六.恒定电流,1. 欧姆定律的微分形式：物理意义,次重点：,次重点：,3. 一段含源电路的欧姆定律；,2. 电流强度与电流密度的概念 ；,无单独定量要求！,.电容器：电容的定义、计算、储能；,6. 静电场的能量，两种算法；,七. 磁场,1. 毕萨定律；表达式、物理含义、应用毕萨定律求磁感应强度,（记住：一段直电流、园电流的磁场表达式）,2. 安培环路定理：表达式、物理含义、灵活运用安培环路求磁感应强度,（记住：无限长直电流、螺线管、螺绕环、圆筒、圆柱状电流的磁感应强度 表达式）,3. 磁场对运动电荷、电流、载流线圈的作用力： 表达式、灵活运用；,1. 有介质时的安培环路定理；,重点：,次重点：,3.磁力的功；,六.电磁感应,1. 动生电动势： 起因、表达式、两种计算方法（平动、转动、均匀场、非均匀场、直线、弯线、闭合、不闭合）,2.感生电动势：起因、表达式、两种计算方法（柱对称变化磁场：闭合回路的、两点间的）,4. 霍尔效应；,重点：,2. 磁场高斯定律；,4.自感与互感：两个定义、灵活运用定义求各种给定回路的自感系数、互感系数并会求自感、互感电动势；,. 磁场能量：两种求法;,. 麦克斯韦的两条基本假设:准确表述、理解其实质;,. 麦克