第1-0章 绪论

1、一、课程的性质一、课程的性质二、电磁场理论的发展二、电磁场理论的发展三电磁场理论的应用三电磁场理论的应用 四、内容安排四、内容安排五、学习的目的、方法及其要求五、学习的目的、方法及其要求 研究对象研究对象: :电磁场的基本属性电磁场的基本属性, ,它的运动规律及它和带电物它的运动规律及它和带电物质之间的相互作用质之间的相互作用 电磁波电磁波作为信息传输的载体，成为当今人类社会发布和获作为信息传输的载体，成为当今人类社会发布和获取信息、探测未知世界的重要手段取信息、探测未知世界的重要手段一、课程的性质一、课程的性质 是物理学专业是物理学专业四大力学四大力学之一之一 是电磁理论的重要组成部分是电磁

2、理论的重要组成部分 在电磁学的基础上系统阐述电磁场的基本理论在电磁学的基础上系统阐述电磁场的基本理论1电磁场理论的早期研究电磁场理论的早期研究 电、磁现象是大自然最重要的往来现象，也是最早被科电、磁现象是大自然最重要的往来现象，也是最早被科学家们关心和研究的物理现象，其中贡献最大的有学家们关心和研究的物理现象，其中贡献最大的有来顿、富来顿、富兰克林、伏打兰克林、伏打等科学家。等科学家。 19世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现象，没世纪以前，电、磁现象作为两个独立的物理现象，没有发现它们之间的相互联系。但是由于这些研究特别是伏打有发现它们之间的相互联系。但是由于这些研究特别是伏打1799年

3、发明了电池），为电磁学理论的建立奠定了基础。年发明了电池），为电磁学理论的建立奠定了基础。二、电磁场理论的发展二、电磁场理论的发展2电磁场理论的建立电磁场理论的建立 18世纪末期，德国哲学家世纪末期，德国哲学家谢林谢林认为，宇宙是有活力的，认为，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他认为电就是宇宙的活力，是宇宙的灵魂；而不是僵死的。他认为电就是宇宙的活力，是宇宙的灵魂；电、磁、光、热是相互联系的。电、磁、光、热是相互联系的。 奥斯特奥斯特 是谢林的信徒，他从是谢林的信徒，他从1807年开始研究电磁之间的年开始研究电磁之间的关系。关系。1820年，他发现电流以力作用于磁针。年，他发现电流以力作用于磁针

4、。 安培安培 发现作用力的方向、电流的方向、磁针到通电导发现作用力的方向、电流的方向、磁针到通电导线的垂直方向是相互垂直的，并定量建立了若干数学公式。线的垂直方向是相互垂直的，并定量建立了若干数学公式。 法拉第法拉第 在谢林的影响下，相信电、磁、光、热是相互联在谢林的影响下，相信电、磁、光、热是相互联系的。奥斯特系的。奥斯特1820年发现电流以力作用于磁针后，法拉第敏锐年发现电流以力作用于磁针后，法拉第敏锐地意识到，电可以对磁产生作用，磁也一定能够对电产生影响。地意识到，电可以对磁产生作用，磁也一定能够对电产生影响。1821年他开始探索磁生电的实验。年他开始探索磁生电的实验。1831年他发现，

5、当磁捧插入年他发现，当磁捧插入导体线圈时；线圈中就产生电流。这表明，电与磁之间存在着导体线圈时；线圈中就产生电流。这表明，电与磁之间存在着密切的联系。密切的联系。 麦克斯韦麦克斯韦 深入研究并探讨了电与磁之间发生作用的问题，深入研究并探讨了电与磁之间发生作用的问题，发展了场的概念。在法拉第实验的基础上，总结了宏观电磁现发展了场的概念。在法拉第实验的基础上，总结了宏观电磁现象的规律，引进位移电流的概念。这个概念的核心思想是：变象的规律，引进位移电流的概念。这个概念的核心思想是：变化着的电场能产生磁场；与变化着的磁场产生电场相对应。在化着的电场能产生磁场；与变化着的磁场产生电场相对应。在此基础上提

6、出了一套偏微分方程来表达电磁现象的基本规律，此基础上提出了一套偏微分方程来表达电磁现象的基本规律，称为麦克斯韦方程组，是经典电磁学的基本方程。称为麦克斯韦方程组，是经典电磁学的基本方程。3电磁场理论的发展电磁场理论的发展 在麦克斯韦方程建立后的一百多年里在麦克斯韦方程建立后的一百多年里,随着科学技术的发随着科学技术的发展，电磁理论得到了广泛的应用和发展，尤其近三十年来，展，电磁理论得到了广泛的应用和发展，尤其近三十年来，无线电电子学、计算机和网络技术无线电电子学、计算机和网络技术的飞速发展，的飞速发展，生物电磁学、生物电磁学、环境电磁学环境电磁学和和电磁兼容电磁兼容等学科的建立，向电磁理论提出

7、了许等学科的建立，向电磁理论提出了许多新的研究课题，使现代电磁理论得到了迅速的发展。多新的研究课题，使现代电磁理论得到了迅速的发展。 1887年，德国科学家年，德国科学家赫兹赫兹用火花隙激励一个环状天线，用火花隙激励一个环状天线，用另一个带隙的环状天线接收，证实了麦克斯韦关于电磁波用另一个带隙的环状天线接收，证实了麦克斯韦关于电磁波存在的预言，这一重要的实验导致了后来无线电报的发明。存在的预言，这一重要的实验导致了后来无线电报的发明。从此开始了电磁场理论应用与发展时代，并且发展成为当代从此开始了电磁场理论应用与发展时代，并且发展成为当代最引人注目的学科之一。最引人注目的学科之一。三电磁场理论的

8、应用三电磁场理论的应用 无线电报无线电报: 1895年，意大利年，意大利马可尼马可尼成功地进行了成功地进行了2.5公里距离的无公里距离的无线电报传送实验。线电报传送实验。1896年，年，波波夫波波夫进行了约进行了约250米距离的类米距离的类似试验似试验, 1899年年, 无线电报跨越英吉利海峡的试验成功；无线电报跨越英吉利海峡的试验成功；1901年，跨越大西洋的年，跨越大西洋的3200公里距离的试验成功。马可尼以其在公里距离的试验成功。马可尼以其在无线电报等领域的成就，获得了无线电报等领域的成就，获得了1909年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。无线电报的发明，开始了利用电磁波时期。无线电

9、报的发明，开始了利用电磁波时期。有线电话有线电话: 1876年，美国年，美国A.G. 贝尔贝尔在美国建国在美国建国100周年博览会上展示周年博览会上展示了他所发明的有线电话。了他所发明的有线电话。 此后，有线电话便迅速普及开来。此后，有线电话便迅速普及开来。电视电视: : 1884年，德国年，德国尼普科夫尼普科夫提出机械扫描电视的设想，提出机械扫描电视的设想，1927年，英国贝尔德成功地用电话线路把图像从伦敦传至大西洋年，英国贝尔德成功地用电话线路把图像从伦敦传至大西洋中的船上。中的船上。兹沃霄金兹沃霄金在在1923和和1924 年相继发明了摄像管和显年相继发明了摄像管和显像管。像管。1931

10、年，他组装成世界上第一个全电子电视系统。年，他组装成世界上第一个全电子电视系统。广播广播: : 1906年，美国年，美国费森登费森登用用50千赫频率发电机作发射机，用微千赫频率发电机作发射机，用微音器接入天线实现调制，使大西洋航船上的报务员听到了他从音器接入天线实现调制，使大西洋航船上的报务员听到了他从波士顿播出的音乐。波士顿播出的音乐。1919年，第一个定时播发语言和音乐的无年，第一个定时播发语言和音乐的无线电广播电台在英国建成。次年，在美国的匹兹堡城又建成一线电广播电台在英国建成。次年，在美国的匹兹堡城又建成一座无线电广播电台。座无线电广播电台。雷达雷达: : 二次世界大战前夕，飞机成为主

11、要进攻武器。英、美、二次世界大战前夕，飞机成为主要进攻武器。英、美、德、法等国竞相研制一类能够早期警戒飞机的装置。德、法等国竞相研制一类能够早期警戒飞机的装置。1936年，年，英国的瓦特设计的警戒雷达最先投入了运行。有效地警戒了英国的瓦特设计的警戒雷达最先投入了运行。有效地警戒了来自德国的轰炸机。来自德国的轰炸机。1938年，美国研制成第一部能指挥火炮年，美国研制成第一部能指挥火炮射击的火炮控制雷达。射击的火炮控制雷达。1940年，多腔磁控管的发明，微波雷年，多腔磁控管的发明，微波雷达的研制成为可能。达的研制成为可能。1944年，能够自动跟踪飞机的雷达研制年，能够自动跟踪飞机的雷达研制成功。成

12、功。1945年，能消除背景干扰显示运动目标的显示技术的年，能消除背景干扰显示运动目标的显示技术的发明发明,使雷达更加完善。在整个第二次世界大战期间使雷达更加完善。在整个第二次世界大战期间,雷达成了雷达成了电磁场理论最活跃的部分。电磁场理论最活跃的部分。卫星通信技术卫星通信技术: 1958年年, 美国发射低轨的美国发射低轨的“斯科尔斯科尔”卫星成功卫星成功,这是第一颗这是第一颗用于通信的试验卫星。用于通信的试验卫星。1964年年,借助定点同步通信卫星首次实借助定点同步通信卫星首次实现了美、现了美、 欧、非三大洲的通信和电视转播。欧、非三大洲的通信和电视转播。1965年年,第一颗商用第一颗商用定点

13、同步卫星投入运行。定点同步卫星投入运行。1969年年, 大西洋、太平洋和印度洋上空大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定点同步通信卫星均已有定点同步通信卫星,卫星地球站已遍布世界各国，这些卫卫星地球站已遍布世界各国，这些卫星地球站又和本国或本地区的通信网接通。卫星通信经历星地球站又和本国或本地区的通信网接通。卫星通信经历10年年的发展，终趋于成熟。的发展，终趋于成熟。卫星定位技术卫星定位技术: : 1957年卫星发射成功后，人们试图将雷达引入卫星，实现以卫星为基年卫星发射成功后，人们试图将雷达引入卫星，实现以卫星为基地对地球表面及近地空间目标的定位和导航。地对地球表面及近地空间目标的定位和导航。1

14、958年底，美国开始研究实年底，美国开始研究实施这一计划，于施这一计划，于1964年研究成功子午仪卫星导航系统。年研究成功子午仪卫星导航系统。1973年美国提出了年美国提出了由由24颗卫星组成的实用系统新方案，即颗卫星组成的实用系统新方案，即GPS计划。计划。1990年最终的年最终的GPS方案方案是由是由21颗工作卫星和颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成。颗在轨备用卫星组成。其它应用其它应用： 阴极射线示波器，变压器，喷墨打印机，阴极射线示波器，变压器，喷墨打印机， 微波炉，电磁炉，微波炉，电磁炉， x x射线透射，射线透射，CTCT扫描磁分离器，心电图，扫描磁分离器，心电图， 回旋加速器，矿物的分选，回旋加速器，矿物的分选， 电磁式生物芯片，隐形飞机，电磁高速公路等等电磁式生物芯片，隐形飞机，电磁高速公路等等 拍摄的一张拍摄的一张X X射线照片，射线照片，伦琴夫人的手骨与戒指伦琴夫人的手骨与戒指 四、内容安排四、内容安排根据教材，本教