电磁场与电磁波(修改)

第四篇电磁学大学物理电子教案大学物理教研组编写：李绍新文德华电磁场与电磁波1本章教学要求：了解涡旋电场、位移电流的概念以及麦克斯韦方程组（积分形式）的物理意义。了解电磁波的性质，了解电磁场的物质性。本章重点：位移电流,麦克斯韦方程组,电磁波的性质本章难点：位移电流,电磁波的能流密度，电磁场的物质性。返回目录下一页上一页2第十七章电磁场与电磁波§17.1电场、磁场知识的回顾§17.2位移电流及其所激发的磁场§17.3麦克斯韦方程组§17.4电磁波§17.5电磁场的物质性与统一性返回总目录3高斯定理环路定理二、磁场高斯定理环路定理第十七章电磁场与电磁波§17.1电场、磁场知识的回顾一、电场返回本章目录下一页上一页4返回本章目录下一页上一页又是穿过以该回路为边界的任意曲面的所有电流的代数和在非稳恒的情况下安培环路定律不再适用。5§17.2位移电流及其所激发的磁场一、位移电流(a)充电时(b)放电时返回本章目录下一页上一页非稳恒的特例：电容器的充放电在电容器的充、放电过程中，自由电荷在极板上积累下来6(a)充电时(b)放电时和7和定义：电场中某点的位移电流密度等于该点的电位移矢量对时间的变化率；通过电场中的某截面的位移电流强度等于通过该截面的电位移通量对时间的变化率。返回本章目录下一页上一页8二、位移电流与全电流定义：和则，在整个回路中仍然是连续的。有了位移电流假说之后，位移电流把中断的传导电流接通了。返回本章目录下一页上一页定义：9位移电流与传导电流的异同返回本章目录下一页上一页10有了位移电流假说之后，位移电流把中断的传导电流接通了。三、位移电流的磁场位移电流激发磁场的规律与传导电流相同。全电流定律：`返回本章目录下一页上一页11（1）电容器两极板间的位移电流（2）以两板中心连线为轴，取半径为r的圆形回路，应用全电流定律例1.有一平板电容器，两极板是半径R=0.1m的导体圆板，匀速充电使电容器两极板间电场的变化率为。求：(1)位移电流；(2)两极板间离两板中心连线为r处的磁感强度和r=R处的。返回本章目录下一页上一页12所以此时，Br。返回本章目录下一页上一页13所以此时，B。BrR返回本章目录下一页上一页14§17.3麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组（1865）：三个介质性质方程：返回本章目录下一页上一页15§17.4电磁波一、电磁场的传播——电磁波变化着的电场和磁场相互激发、交替产生、由近及远地以有限的速度在空间中传播，就形成了电磁波。其中波速解为且有返回本章目录下一页上一页16基本性质：(4)波速为有限值,真空中（1）电磁波是横波，，，两两相互垂直。（2）偏振性，，分别在各自的平面方向上振动。（3），同相变化。且返回本章目录下一页上一页17二、电磁波的能量能量密度辐射强度：单位时间内通过垂直于传播方向单位面积上的辐射能，用表示。考虑方向关系有：能量密度矢量（坡印廷矢量）：dAvdt返回本章目录下一页上一页18例2.一长直螺线管。导线中通有电流i，且电流随时间的变化率，螺线管单位长度的匝数为n，半径为R，管内磁导率为。求：（1）螺线管内与轴线相距为r

的A点处的磁场强度H；（2）A

点处的感生电场强度；（3）A点处的坡印廷矢量S。（1）管内磁感应强度:方向水平向左。方向水平向左。磁场强度:右视图A返回本章目录下一页上一页19半径为r的闭合回路L，则（2）根据，在管的横截面内取（式中的负号表示是反抗电流的变化的。）（3）A点处的坡印廷矢量的量值为：在轴线上（即r=0处），S=0。根据，S的方向指向螺线管的轴线，再由对称性可知，螺线管内的电磁能量是不向外辐射的。返回本章目录下一页上一页20三、电磁波谱按频率或波长的顺序把各种电磁波排列起来，就构成了电磁波谱。一定波源发出的电磁波的频率不变，但波速C，波长都与介质有关。m电力系统射线射线紫外线红外线X毫米波厘米波分米波超短波短波长波中波无线电波微波10-1410-1210-810-1010-610-410-2110210431022310203101831016310143101231010310831063104宇宙射线可见光四个遥感波段21波长频率主要用途名称长波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长距离通讯和导航无线电广播电报通讯、无线电广播无线电广播、电报通讯调频无线电广播、电视广播无线电导航电视、雷达、无线电导航及其他专门用途

各种无线电波的范围和用途返回本章目录下一页上一页22§17.5电磁场的物质性与统一性一、电磁场是物质的一种状态（1）电磁场的能量密度：（2）电磁场的质量密度：（3）电磁场的动量密度：（4）电磁场的物质性有别与实物物质的物质性。（“实物”与场的界限）返回本章目录下一页上一页23二、电磁场是统一的整体（1）电与磁相互激发，交替作用，不可分割。（2）电与磁相互联系，相互依存。（3）磁现象是电现象的一种相对效应。返回本章目录下一页上一页24Maxwell方程的科学价值1）它完整地反映和概括了电磁场的运动规律，能推断和解释一切电磁现象，且逻辑体系严密数学形式简洁。2）它预言了光的电磁本性，将光学和电磁学统一起来。3）电磁场是最简单的规范场，蕴藏着完美的对称结构--时空对称、电磁对称--为相对论的产生提供了雏形。4）它在技术上的应用促进了电子技术和生产力的高度发展，可以说近代一切电报、无线电、雷达、电视、电子计算机等……都只不过是麦克斯韦方程的应用而已.返回本章目录下一页上一页25当我们回顾一百多年电磁学发展的历史时,无不对麦克斯韦方程的巨大成就惊叹不已.正于爱因斯坦评价时说:“这个理论从超距作用过渡到以场为基本量,以致成为一个革命的理论”.麦克斯韦简介:特点:治学严谨,擅长数学,有一股为科学奋斗不息的精神,且能注意辩证思维.(引入位移电流就是典型一例)--早就研究了法拉第电磁感应现象等电磁理论.而麦克斯韦却能引出位移电流概念呢?

为什么样人们对司空见惯的电容器中电流不连续的现象视而不见,只有那种有准备的头脑,才不会放过科学的机遇为科学作出贡献.返回本章目录下一页上一页26

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