大学物理论文

大学物理论文之电磁学相关问题的论述摘要：电磁学是物理学的一个分支，由19世纪的许多物理学家发展起来，主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。本文主要讨论电磁学的发展、相互作用能和相互力、圆电流的磁场分布问题。关键词：电磁学、共轴带电圆环、相互作用能、相互作用力、椭圆积分、圆电流、磁场、级数解一、电磁学的发展史1早期的电磁学研究早期的电磁学研究比较零散，首先是1650年德国物理学家格里凯在对静电研究的基础上制造了第一台摩擦起电机，其次是1720年格雷发现了静电感应现象，1733年杜菲经过实验区分出正负两种电极，随后就是欧姆发现了欧姆定律。2安培和法拉第奠定了动力学基础1820年间，奥斯特在给学生讲课时，意外地发现了电流使小磁针偏转的现象同时还发现如果给两个螺旋线管通电流，它们会像两个磁铁一样相互吸引和排斥。到1822年安培在试验的基础上，以严密的数学形式表述了电流产生磁力的基本定律——安培定律。随后法拉第用实验证明了电不仅可以转化为磁，磁也可以转变为电，并于1831年用铁粉做实验，形象的证明了磁力线的存在。3麦克斯韦的动力学1873年麦克斯韦完成了电磁理论的经典著作《电磁学通论》，建立了著名的麦克斯韦方程组，以非常优美简洁的数学语言概括了全部电磁现象二、相互作用能和相互力1、静电场能量计算静电场能量的公式：W=1/2∫vE·DdV。此时的物理意义是：被积函数即静电场能量密度w=1/2E·D，能量公式就是某局部区域V内的静电场能量。当电荷分布在有限区域，总能量有限时，能量公式可转化为：W=1/2∫vρφdV。2相互作用能和相互作用力在独立静电系统中，各带电体系间的相互作用能在一般教材川中是这样定义的:“把每一个带电体看作一个不可分割的整体，将各带电体从无限远移到现在位置外力反抗静电力所作的功，等于它们之间的相互作用能.”在上述定义中各电荷被分布在有限空间内，将无限远处作为零电势位置.在点电荷系中，相互作用能是W互=1/2∑qiφi，其中φi是除qi外在位置处的电势。如果两个点电荷给成的静电系统，相互作用能为W互=1/2(q1φ21+q2φ12)=q1φ21=q2φ12若有两个电荷体系，分别称为“研究体系”和“外部体系”。“研究体系”的电荷分布为Pr，其产生的电势为碑;“外部体系”的电荷分布为Pe，其产生的电势为碑。由叠加原理，两个体系共同产生的电势为碑+碑，则静电场能量为：上式中前两项为自能，后两项为相互作用能。3圆电流中心轴线上的磁场©4圆电流远区的磁场三、圆电流磁场分布1电磁学中的结论大学物理的电磁学关于磁场强度的求法有:（1）是利用毕奥一萨伐尔定律进行求解，即：（2）是对于具有一定对称分布的磁场，可以利用安培环路定理求得磁场强度。2源电流的磁场如图6所示，考虑半径为R，载流为I的圆电流位于x勿平面内，且圆心选为坐标原点。由对称性可知，只要求得xoz平面内的磁场，就可以知道整个空间的磁场分布:设P点在图6所示的xOz平面内，选取柱坐标系，柱坐标系与直角坐标系的单位矢量间的变换关系为：经过相关的推算可得B在三个方向的分量分别为：三、总结论文仅就大学物理电磁学中的某些问题进行了研究，整篇论文对两共轴带电圆环，从能的角度出发求出其相互作用力;对于圆电流磁场，在柱坐标系得到了全空间的磁场分布，得到级数形式解，文中对大学物理电磁学的一些问题得到了明确而有用的结论，对大学物理的教学和研究都很有