位移電流和麥克斯韋方程組

1、關于位移電流與麥克斯韋方程組第一張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月10.3 位移電流麥克斯韋提出又一重要假設：位移電流一.問題的提出穩(wěn)恒磁場的安培環(huán)路定理：穿過以 為邊界的任意曲面的傳導電流非穩(wěn)恒情況如何？隨時間變化的磁場 感生電場(渦旋電場)隨時間變化的電場 磁場對稱性第二張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月非穩(wěn)恒情況舉例：電容器充放電矛盾！說明將安培環(huán)路定理推廣到一般情況時需要進行補充和修正。對S1 :對S2 :出現(xiàn)矛盾的原因：非穩(wěn)恒情況下傳導電流不連續(xù)( I 流入S1，不流出S2 )導線穿過S1 導線不穿過S2 取回路L，作以L為邊界的曲面+第三張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于

2、2022年6月傳導電流不連續(xù)的后果：電荷在極板上堆積。 電荷密度隨時間變化（充電 ，放電 ） 極板間出現(xiàn)變化電場 .大?。簜鲗щ娏靼彘g電場結論尋找傳導電流與極板間變化電場之間的關系解決問題思路：第四張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月與 同向與 同向充電與 反向與 同向放電第五張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月板間電場的電位移矢量 對時間的變化率 等于極板上的傳導電流密度 。穿過極板的電位移通量 對時間變化率 等于極板上的傳導電流 。解決了非穩(wěn)恒情況電流的連續(xù)性問題傳導電流 I 在極板上中斷，可由 接替?？捎?接替。傳導電流密度 在極板上中斷， 將 視為一種電流， 為其電流密度。

3、問題的解決辦法：充電放電第六張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月二. 位移電流1. 就電流的磁效應而言，變化的電場與電流等效。 稱為位移電流2. 物理意義真空中：揭示變化電場與電流的等效關系空間電場變化電介質分子中電荷微觀運動第七張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 傳導電流與位移電流的比較自由電荷宏觀定向運動變化電場和極化電荷的微觀運動產生焦耳熱只在導體中存在無焦耳熱，在導體、電介質、真空 中均存在都能激發(fā)磁場 問題：比較導體、介質中 數(shù)量級起源特點共同點傳導電流I0位移電流ID第八張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月三. 安培環(huán)路定理的推廣1.全電流2. 推廣的安培環(huán)

4、路定理對對不矛盾！對任何電路，全電流總是連續(xù)的第九張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月解： (1) 練習：已知：對平行板電容器充電, 已知 求：(2) 第十張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月解：(1)練習： 已知一平行板電容器內交變電場強度為： 求:1) 電容器內位移電流密度的大小；2) 電容器內到兩板中心連線距離 0.01米處磁場強度的峰值 (不計傳導電流的磁場)。(2) 由安培環(huán)路定理：第十一張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月10.4 麥克斯韋方程組的積分形式一.麥克斯韋方程組的積分形式 高斯定理環(huán)路定理磁場電場靜電場感生電場一般電場第十二張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于

5、2022年6月麥克斯韋方程組的積分形式 第十三張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月二.麥克斯韋方程組的意義1. 是對電磁場宏觀實驗規(guī)律的全面總結和概括， 是經典物理三大支柱之一。方程中各量關系：定義：未發(fā)現(xiàn)磁單極法拉第電磁感應定律安培定律位移電流假設庫侖定律感生電場假設電場性質變化磁場產生電場變化電場產生磁場磁場性質方 程實 驗 基 礎意 義第十四張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 揭示了電磁場的統(tǒng)一性和相對性電磁場是統(tǒng)一的整體電荷與觀察者相對運動狀態(tài)不同時，電磁場可以表現(xiàn)為不同形態(tài)?？臻g帶電體對相對其靜止的觀察者 靜電場對相對其運動的觀察者電場磁場3. 預言了電磁波的存在（

6、自由空間 ）第十五張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月變化電場 變化磁場變化電場 磁場變化磁場 電場可脫離電荷、電流在空間傳播電磁波如振蕩偶極子第十六張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4. 預言了光的電磁本性電磁波的傳播速率麥克斯韋對兩個預言堅信不疑。火花實驗證實：赫茲（1888 年完成）用電磁波重復了所有光學反射、折射、衍射、干涉、偏振實驗。感應圈第十七張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月法拉第 麥克斯韋 赫茲實驗 理論 實驗 藍圖（基礎）建設大廈使其中住滿人互補法拉第：來自社會底層、實驗巨匠。善于 通過直覺把握物理本質。麥克斯韋：出身名門望族、數(shù)學高手、善于 建立模型、

7、綜合、提高。大40歲二者結合：理想類型的物理學家第十八張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 是經典物理 近代物理橋梁麥氏方程不滿足伽利略變換 相對論建立“我曾確信，在磁場中作用于一個運動電荷 的力不過是一種電場力罷了，正是這種確信或多或少直接地促使我去研究狹義相對論?！?愛因斯坦創(chuàng)新物理概念（渦旋電場、位移電流）嚴密邏輯體系簡潔數(shù)學形式(P. 279 微分形式)正確科學推論(兩個預言)第十九張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月6. 局限性(1) 是在承認電荷連續(xù)分布基礎上建立的宏觀 經典理論，未和物質微觀結構聯(lián)系起來。(2) 不完全對稱？不存在磁單極。1895年： 湯姆生發(fā)現(xiàn)電

8、子。20 世紀初： 洛侖茲建立電磁現(xiàn)象微觀理論經典電子論量子電磁理論第二十張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月思考：如果存在磁單極，麥克斯韋方程如何修正？引入磁荷 、磁流由對稱性：第二十一張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月上冊復習要點 緒論（12章） 基本粒子的三大家族，四種基本相互作用 經典力學（36章）1. 以守恒量 為中心， 守恒條件， 守恒定律與時空對稱性的聯(lián)系， 應用守恒定律解題。第二十二張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月2. 注意在中學基礎上的加深和擴展，例如 運動學的兩類基本問題 變力作用下物體的運動規(guī)律， 如變力的沖量、 變力的功的計算等。 保守力 角動量

9、、力矩、轉動慣量、轉動動能 剛體定軸轉動問題第二十三張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 相對論（8章）1. 狹義相對論 兩條相對原理（準確敘述）； 洛侖茲坐標變換， 鐘慢尺縮效應； 質速關系，質能關系，能量與動量關系；2. 廣義相對論 （兩條基本原理）3. 相對論的理性基礎 物理規(guī)律的對稱和統(tǒng)一力學相對性原理狹義相對性原理廣義相對性原理比較第二十四張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月 電磁學（9 11章）1. 基本實驗定律庫侖定律、畢 沙定律、安培定律、法拉弟電磁感應定律2. 基本概念和理論 靜電場 高斯定理 穩(wěn)恒磁場 環(huán)路定理基本性質位移電流、感生電場概念電磁場的統(tǒng)一性麥克斯韋

10、方程組及其物理意義第二十五張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3. 必須掌握的基本方法：1) 微元分析和疊加原理2) 用求通量和環(huán)流的方法描述空間矢量場，求解具 有某些對稱性的場分布。用靜電場的高斯定理求電場強度；用穩(wěn)恒磁場的安培環(huán)路定理求磁感應強度；第二十六張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3) 類比方法 動量、角動量、能量守恒條件比較 靜電場穩(wěn)恒電場； 靜電場感生電場； 極化磁化； 電容 c 自感 L 互感 M 計算；電場能 We 磁場能 Wm 典型電荷的電場分布 典型電流的磁場分布第二十七張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月4) 模型:從實際問題抽象出模型解決問題電介質分子 電偶極子 ； 磁介質分子 分子電流；點電荷、均勻帶電球面、無限大帶電（載流）平面無限長帶電（載流）直線、長直螺旋管4. 應用靜電屏蔽、磁屏蔽、尖端放電、電子感應加速器、磁聚焦、渦流、產生勻強電場、勻強磁場的方法、霍耳效應分辨半導體類型.第二十八張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月5. 基本計算2）U 的計算疊加法場強積分零勢點選?。环侄畏e分1） 的計算疊加法高斯定理 (三種對稱情況)電勢梯度(分量積分)第9章：第二十九張，PPT共三十三頁，創(chuàng)作于2022年6月3) C 的計算 4) We 的計算10章：1) 的計算疊加法安培環(huán)定理(對稱性