電磁場與電磁波(修改)

第四篇電磁學(xué)大學(xué)物理電子教案大學(xué)物理教研組編寫：李紹新文德華電磁場與電磁波1本章教學(xué)要求：了解渦旋電場、位移電流的概念以及麥克斯韋方程組（積分形式）的物理意義。了解電磁波的性質(zhì)，了解電磁場的物質(zhì)性。本章重點：位移電流,麥克斯韋方程組,電磁波的性質(zhì)本章難點：位移電流,電磁波的能流密度，電磁場的物質(zhì)性。返回目錄下一頁上一頁2第十七章電磁場與電磁波§17.1電場、磁場知識的回顧§17.2位移電流及其所激發(fā)的磁場§17.3麥克斯韋方程組§17.4電磁波§17.5電磁場的物質(zhì)性與統(tǒng)一性返回總目錄3高斯定理環(huán)路定理二、磁場高斯定理環(huán)路定理第十七章電磁場與電磁波§17.1電場、磁場知識的回顧一、電場返回本章目錄下一頁上一頁4返回本章目錄下一頁上一頁又是穿過以該回路為邊界的任意曲面的所有電流的代數(shù)和在非穩(wěn)恒的情況下安培環(huán)路定律不再適用。5§17.2位移電流及其所激發(fā)的磁場一、位移電流(a)充電時(b)放電時返回本章目錄下一頁上一頁非穩(wěn)恒的特例：電容器的充放電在電容器的充、放電過程中，自由電荷在極板上積累下來6(a)充電時(b)放電時和7和定義：電場中某點的位移電流密度等于該點的電位移矢量對時間的變化率；通過電場中的某截面的位移電流強(qiáng)度等于通過該截面的電位移通量對時間的變化率。返回本章目錄下一頁上一頁8二、位移電流與全電流定義：和則，在整個回路中仍然是連續(xù)的。有了位移電流假說之后，位移電流把中斷的傳導(dǎo)電流接通了。返回本章目錄下一頁上一頁定義：9位移電流與傳導(dǎo)電流的異同返回本章目錄下一頁上一頁10有了位移電流假說之后，位移電流把中斷的傳導(dǎo)電流接通了。三、位移電流的磁場位移電流激發(fā)磁場的規(guī)律與傳導(dǎo)電流相同。全電流定律：`返回本章目錄下一頁上一頁11（1）電容器兩極板間的位移電流（2）以兩板中心連線為軸，取半徑為r的圓形回路，應(yīng)用全電流定律例1.有一平板電容器，兩極板是半徑R=0.1m的導(dǎo)體圓板，勻速充電使電容器兩極板間電場的變化率為。求：(1)位移電流；(2)兩極板間離兩板中心連線為r處的磁感強(qiáng)度和r=R處的。返回本章目錄下一頁上一頁12所以此時，Br。返回本章目錄下一頁上一頁13所以此時，B。BrR返回本章目錄下一頁上一頁14§17.3麥克斯韋方程組麥克斯韋方程組（1865）：三個介質(zhì)性質(zhì)方程：返回本章目錄下一頁上一頁15§17.4電磁波一、電磁場的傳播——電磁波變化著的電場和磁場相互激發(fā)、交替產(chǎn)生、由近及遠(yuǎn)地以有限的速度在空間中傳播，就形成了電磁波。其中波速解為且有返回本章目錄下一頁上一頁16基本性質(zhì)：(4)波速為有限值,真空中（1）電磁波是橫波，，，兩兩相互垂直。（2）偏振性，，分別在各自的平面方向上振動。（3），同相變化。且返回本章目錄下一頁上一頁17二、電磁波的能量能量密度輻射強(qiáng)度：單位時間內(nèi)通過垂直于傳播方向單位面積上的輻射能，用表示?？紤]方向關(guān)系有：能量密度矢量（坡印廷矢量）：dAvdt返回本章目錄下一頁上一頁18例2.一長直螺線管。導(dǎo)線中通有電流i，且電流隨時間的變化率，螺線管單位長度的匝數(shù)為n，半徑為R，管內(nèi)磁導(dǎo)率為。求：（1）螺線管內(nèi)與軸線相距為r

的A點處的磁場強(qiáng)度H；（2）A

點處的感生電場強(qiáng)度；（3）A點處的坡印廷矢量S。（1）管內(nèi)磁感應(yīng)強(qiáng)度:方向水平向左。方向水平向左。磁場強(qiáng)度:右視圖A返回本章目錄下一頁上一頁19半徑為r的閉合回路L，則（2）根據(jù)，在管的橫截面內(nèi)取（式中的負(fù)號表示是反抗電流的變化的。）（3）A點處的坡印廷矢量的量值為：在軸線上（即r=0處），S=0。根據(jù)，S的方向指向螺線管的軸線，再由對稱性可知，螺線管內(nèi)的電磁能量是不向外輻射的。返回本章目錄下一頁上一頁20三、電磁波譜按頻率或波長的順序把各種電磁波排列起來，就構(gòu)成了電磁波譜。一定波源發(fā)出的電磁波的頻率不變，但波速C，波長都與介質(zhì)有關(guān)。m電力系統(tǒng)射線射線紫外線紅外線X毫米波厘米波分米波超短波短波長波中波無線電波微波10-1410-1210-810-1010-610-410-2110210431022310203101831016310143101231010310831063104宇宙射線可見光四個遙感波段21波長頻率主要用途名稱長波30000m~3000m中波3000m~200m中短波200m~50m短波50m~10m米波10m~1m10~100kHz100~1500kHz1.5~6MHz6~30MHz30~300MHz微波分米波厘米波毫米波1m~10cm10cm~1cm1cm~0.1cm300~3000MHz3000~300000MHz30000~3000000MHz長距離通訊和導(dǎo)航無線電廣播電報通訊、無線電廣播無線電廣播、電報通訊調(diào)頻無線電廣播、電視廣播無線電導(dǎo)航電視、雷達(dá)、無線電導(dǎo)航及其他專門用途

各種無線電波的范圍和用途返回本章目錄下一頁上一頁22§17.5電磁場的物質(zhì)性與統(tǒng)一性一、電磁場是物質(zhì)的一種狀態(tài)（1）電磁場的能量密度：（2）電磁場的質(zhì)量密度：（3）電磁場的動量密度：（4）電磁場的物質(zhì)性有別與實物物質(zhì)的物質(zhì)性。（“實物”與場的界限）返回本章目錄下一頁上一頁23二、電磁場是統(tǒng)一的整體（1）電與磁相互激發(fā)，交替作用，不可分割。（2）電與磁相互聯(lián)系，相互依存。（3）磁現(xiàn)象是電現(xiàn)象的一種相對效應(yīng)。返回本章目錄下一頁上一頁24Maxwell方程的科學(xué)價值1）它完整地反映和概括了電磁場的運動規(guī)律，能推斷和解釋一切電磁現(xiàn)象，且邏輯體系嚴(yán)密數(shù)學(xué)形式簡潔。2）它預(yù)言了光的電磁本性，將光學(xué)和電磁學(xué)統(tǒng)一起來。3）電磁場是最簡單的規(guī)范場，蘊(yùn)藏著完美的對稱結(jié)構(gòu)--時空對稱、電磁對稱--為相對論的產(chǎn)生提供了雛形。4）它在技術(shù)上的應(yīng)用促進(jìn)了電子技術(shù)和生產(chǎn)力的高度發(fā)展，可以說近代一切電報、無線電、雷達(dá)、電視、電子計算機(jī)等……都只不過是麥克斯韋方程的應(yīng)用而已.返回本章目錄下一頁上一頁25當(dāng)我們回顧一百多年電磁學(xué)發(fā)展的歷史時,無不對麥克斯韋方程的巨大成就驚嘆不已.正于愛因斯坦評價時說:“這個理論從超距作用過渡到以場為基本量,以致成為一個革命的理論”.麥克斯韋簡介:特點:治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn),擅長數(shù)學(xué),有一股為科學(xué)奮斗不息的精神,且能注意辯證思維.(引入位移電流就是典型一例)--早就研究了法拉第電磁感應(yīng)現(xiàn)象等電磁理論.而麥克斯韋卻能引出位移電流概念呢?

為什么樣人們對司空見慣的電容器中電流不連續(xù)的現(xiàn)象視而不見,只有那種有準(zhǔn)備的頭腦,才不會放過科學(xué)的機(jī)遇為科學(xué)作出貢獻(xiàn).返回本章目錄下一頁上一頁26

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