麦克斯韦方程组和电磁辐射课件

麦克斯韦方程组和电磁辐射麦克斯韦方程组和电磁辐射1优选麦克斯韦方程组和电磁辐射优选麦克斯韦方程组和电磁辐射2麦克斯韦是一位可以与牛顿、爱因斯坦相提并论的科学家。麦克斯韦虽然只活了49岁，但他却写了100多篇有价值的论文。海南大学HaiNanUniversity麦克斯韦是一位可以与牛顿、爱因斯坦相提并论的科学家。麦克斯韦3包含电阻、电感线圈的电路,电流是连续的.RLII电流的连续性问题:包含有电容的电流是否连续II++++++一、与变化电场相联系的磁场

1.问题海南大学HaiNanUniversity包含电阻、电感线圈的电路,电流是连续的.RLII电流的连续性4

安培环路定理在恒定电流的情况下成立。此时，电流与闭合回路铰链。海南大学HaiNanUniversity安培环路定理在恒定电流的情况下成立。此时，电流与闭合回路铰5在电流非稳恒状态下,安培环路定理是否正确?对面对面矛盾++++++电容器破坏了电路中传导电流的连续性。海南大学HaiNanUniversity在电流非稳恒状态下,安培环路定理是否正确?对面6+++++++++II电容器上极板在充放电过程中，造成极板上电荷积累随时间变化。电通量单位时间内极板上电荷增加（或减少）等于通入（或流出）极板的电流海南大学HaiNanUniversity+++++++++II电容器上极板在充放电过程中，造成极板上7麦克斯韦把这种电流称为位移电流。变化的电场象传导电流一样能产生磁场，从产生磁场的角度看，变化的电场可以等效为一种电流。+++++++++II麦克斯韦认为:变化的电场产生磁场。海南大学HaiNanUniversity麦克斯韦把这种电流称为位移电流。变化的电场象传导电流一样能产8位移电流的方向:位移电流与传导电流方向相同定义（位移电流密度）(位移电流)+++++++++II海南大学HaiNanUniversity位移电流的方向:位移电流与传导电流方向相同定义（位移电流密度9位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流在普遍情形下，全电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路海南大学HaiNanUniversity位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流在普遍情形下10即法拉第电磁感应定律，虽然电场和电荷有关系，但总的电场和磁场的关系总符合这一定律。1895年：汤姆生发现电子。一、与变化电场相联系的磁场变化的磁场是经典物理三大支柱之一。电磁场对带电粒子的作用1895年：汤姆生发现电子。单位时间内极板上电荷增加（或减少）等于通入（或流出）极板的电流海南大学HaiNanUniversity是对电磁场宏观实验规律的全面总结和概括，是经典物理三大支柱之一。这一公式实际上是电场和磁场的定义。全电流

2.普遍的安培环路定理通过某一截面的全电流是通过这一截面的传导电流、位移电流的代数和.在任一时刻,电路中的全电流总是连续的.

海南大学HaiNanUniversity即法拉第电磁感应定律，虽然电场和电荷有关系，但总的电场和磁场11仅有传导电流存在时：仅有位移电流存在时：位移电流和传导电流同时存在时：位移电流Id全电流I磁场由传导电流和变化电场共同产生海南大学HaiNanUniversity仅有传导电流存在时：仅有位移电流存在时：位移电流和传导电流同12例设平行板电容器极板为圆板，半径为R，两极板间距为d,用缓变电流IC

对电容器充电解任一时刻极板间的电场

极板间任一点的位移电流密度由全电流安培环路定理求P1

,P2点处的磁感应强度例设平行板电容器极板为圆板，半径为R，两极板间距为d,解任13二、麦克斯韦方程组

1.工作基础在前人成就的基础上，麦克斯韦提出了感应电场（涡旋电场）和位移电流的假说。其核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场；变化的电场可以激发涡旋磁场。海南大学HaiNanUniversity二、麦克斯韦方程组1.工作基础在前人成就的基础上，麦克斯14

静电场感生电场传导电流产生磁场位移电流产生磁场一般电场一般磁场环路定理高斯定理静电场感生电场传导电流产生磁场位移电流产生磁场一般电场

2.真空中的麦克斯韦方程组积分形式二、麦克斯韦方程组电磁学的基本规律是真空中的电磁场规律。在1865年，麦克斯韦将这些规律归纳为一组基本方程，即麦克斯韦方程组。2.真空中的麦克斯韦方程组积分形式二、麦克斯韦方程组电磁～构成阐述电磁场性质的完备方程组介质的三个电磁性质方程：＋积分形式～构成阐述电磁场性质的完备方程组介质的三个电磁性质方程：＋积一、麦克斯韦方程组II.磁场的高斯定律也是磁通连续定理，说明在自然界中没有磁单极子存在。I.电场的高斯定律尽管电场和磁场的变化有关系，但总的电场和电荷的关系总服从这一高斯定律。一、麦克斯韦方程组II.磁场的高斯定律也是磁通连续一、麦克斯韦方程组IV.磁场的环路定律即一般形式下的安培环路定理，它说明磁场和电流以及变化的电场之间的联系。III.电场的环路定律即法拉第电磁感应定律，虽然电场和电荷有关系，但总的电场和磁场的关系总符合这一定律。一、麦克斯韦方程组IV.磁场的环路定律即一般形式下（1）.是对电磁场宏观实验规律的全面总结和概括，是经典物理三大支柱之一。未发现磁单极法拉第电磁感应定律安培定律位移电流假设库仑定律感生电场假设电场性质变化磁场产生电场变化电场产生磁场磁场性质方程实验基础意义3、麦克斯韦方程组的意义（1）.是对电磁场宏观实验规律的全面总结和概括，未发现磁单（2）.揭示了电磁场的统一性和相对性电磁场是统一的整体电荷与观察者相对运动状态不同时，电磁场可以表现为不同形态。空间带电体对相对其静止的观察者电场磁场（3）预言了电磁波的存在（自由空间）对相对其运动的观察者—

静电场（2）.揭示了电磁场的统一性和相对性电磁场是统一的整体电荷二者形式上对称，公式中差一个负号。这恰恰反映了能量转化和守恒的规律。二者形式上对称，公式中差一个负号。这恰恰反映了能量转化和守恒磁场的增加要以电场的削弱为代价磁场的增加要以电场的削弱为代价可脱离电荷、电流在空间传播电磁波如振荡偶极子可脱离电荷、电流在空间传播电磁波如振荡偶极子（4）.预言了光的电磁本性电磁波的传播速率麦克斯韦对两个预言坚信不疑。火花实验证实：赫兹（1888年完成）用电磁波重复了所有光学反射、折射、衍射、干涉、偏振实验。感应圈（4）.预言了光的电磁本性电磁波的传播速率麦克斯韦对两个预（5）.是经典物理—

近代物理桥梁麦氏方程不满足伽利略变换相对论建立“我曾确信，在磁场中作用于一个运动电荷的力不过是一种电场力罢了，正是这种确信或多或少直接地促使我去研究狭义相对论。”——

爱因斯坦创新物理概念（涡旋电场、位移电流）严密逻辑体系简洁数学形式正确科学推论(两个预言)（5）.是经典物理—近代物理桥梁麦氏方程不满足伽利略变（6）局限性是在承认电荷连续分布基础上建立的宏观经典理论，未和物质微观结构联系起来。1895年：汤姆生发现电子。20世纪初：洛仑兹建立电磁现象微观理论经典电子论量子电磁理论（6）局限性是在承认电荷连续分布基础上建立的宏观1895年：

4.电磁场对带电粒子的作用二、麦克斯韦方程组这一公式实际上是电场和磁场的定义。4.电磁场对带电粒子的作用二、麦克斯韦方程组这一公式实际三、电磁波1.电磁波的产生与发射LC

振荡回路。K合向右，回路中电流的大小和方向交替变化。

振荡电流变化的磁场

变化的电场

变化的磁场

发射电磁波

海南大学HaiNanUniversity三、电磁波1.电磁波的产生与发射LC振荡回路。K合向右，29身体健康，学习进步！身体健康，麦克斯韦方程组和电磁辐射麦克斯韦方程组和电磁辐射31优选麦克斯韦方程组和电磁辐射优选麦克斯韦方程组和电磁辐射32麦克斯韦是一位可以与牛顿、爱因斯坦相提并论的科学家。麦克斯韦虽然只活了49岁，但他却写了100多篇有价值的论文。海南大学HaiNanUniversity麦克斯韦是一位可以与牛顿、爱因斯坦相提并论的科学家。麦克斯韦33包含电阻、电感线圈的电路,电流是连续的.RLII电流的连续性问题:包含有电容的电流是否连续II++++++一、与变化电场相联系的磁场

1.问题海南大学HaiNanUniversity包含电阻、电感线圈的电路,电流是连续的.RLII电流的连续性34

安培环路定理在恒定电流的情况下成立。此时，电流与闭合回路铰链。海南大学HaiNanUniversity安培环路定理在恒定电流的情况下成立。此时，电流与闭合回路铰35在电流非稳恒状态下,安培环路定理是否正确?对面对面矛盾++++++电容器破坏了电路中传导电流的连续性。海南大学HaiNanUniversity在电流非稳恒状态下,安培环路定理是否正确?对面36+++++++++II电容器上极板在充放电过程中，造成极板上电荷积累随时间变化。电通量单位时间内极板上电荷增加（或减少）等于通入（或流出）极板的电流海南大学HaiNanUniversity+++++++++II电容器上极板在充放电过程中，造成极板上37麦克斯韦把这种电流称为位移电流。变化的电场象传导电流一样能产生磁场，从产生磁场的角度看，变化的电场可以等效为一种电流。+++++++++II麦克斯韦认为:变化的电场产生磁场。海南大学HaiNanUniversity麦克斯韦把这种电流称为位移电流。变化的电场象传导电流一样能产38位移电流的方向:位移电流与传导电流方向相同定义（位移电流密度）(位移电流)+++++++++II海南大学HaiNanUniversity位移电流的方向:位移电流与传导电流方向相同定义（位移电流密度39位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流在普遍情形下，全电流在空间永远是连续不中断的，并且构成闭合回路海南大学HaiNanUniversity位移电流与传导电流连接起来恰好构成连续的闭合电流在普遍情形下40即法拉第电磁感应定律，虽然电场和电荷有关系，但总的电场和磁场的关系总符合这一定律。1895年：汤姆生发现电子。一、与变化电场相联系的磁场变化的磁场是经典物理三大支柱之一。电磁场对带电粒子的作用1895年：汤姆生发现电子。单位时间内极板上电荷增加（或减少）等于通入（或流出）极板的电流海南大学HaiNanUniversity是对电磁场宏观实验规律的全面总结和概括，是经典物理三大支柱之一。这一公式实际上是电场和磁场的定义。全电流

2.普遍的安培环路定理通过某一截面的全电流是通过这一截面的传导电流、位移电流的代数和.在任一时刻,电路中的全电流总是连续的.

海南大学HaiNanUniversity即法拉第电磁感应定律，虽然电场和电荷有关系，但总的电场和磁场41仅有传导电流存在时：仅有位移电流存在时：位移电流和传导电流同时存在时：位移电流Id全电流I磁场由传导电流和变化电场共同产生海南大学HaiNanUniversity仅有传导电流存在时：仅有位移电流存在时：位移电流和传导电流同42例设平行板电容器极板为圆板，半径为R，两极板间距为d,用缓变电流IC

对电容器充电解任一时刻极板间的电场

极板间任一点的位移电流密度由全电流安培环路定理求P1

,P2点处的磁感应强度例设平行板电容器极板为圆板，半径为R，两极板间距为d,解任43二、麦克斯韦方程组

1.工作基础在前人成就的基础上，麦克斯韦提出了感应电场（涡旋电场）和位移电流的假说。其核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场；变化的电场可以激发涡旋磁场。海南大学HaiNanUniversity二、麦克斯韦方程组1.工作基础在前人成就的基础上，麦克斯44

静电场感生电场传导电流产生磁场位移电流产生磁场一般电场一般磁场环路定理高斯定理静电场感生电场传导电流产生磁场位移电流产生磁场一般电场

2.真空中的麦克斯韦方程组积分形式二、麦克斯韦方程组电磁学的基本规律是真空中的电磁场规律。在1865年，麦克斯韦将这些规律归纳为一组基本方程，即麦克斯韦方程组。2.真空中的麦克斯韦方程组积分形式二、麦克斯韦方程组电磁～构成阐述电磁场性质的完备方程组介质的三个电磁性质方程：＋积分形式～构成阐述电磁场性质的完备方程组介质的三个电磁性质方程：＋积一、麦克斯韦方程组II.磁场的高斯定律也是磁通连续定理，说明在自然界中没有磁单极子存在。I.电场的高斯定律尽管电场和磁场的变化有关系，但总的电场和电荷的关系总服从这一高斯定律。一、麦克斯韦方程组II.磁场的高斯定律也是磁通连续一、麦克斯韦方程组IV.磁场的环路定律即一般形式下的安培环路定理，它说明磁场和电流以及变化的电场之间的联系。III.电场的环路定律即法拉第电磁感应定律，虽然电场和电荷有关系，但总的电场和磁场的关系总符合这一定律。一、麦克斯韦方程组IV.磁场的环路定律即一般形式下（1）.是对电磁场宏观实验规律的全面总结和概括，是经典物理三大支柱之一。未发现磁单极法拉第电磁感应定律安培定律位移电流假设库仑定律感生电场假设电场性质变化磁场产生电场变化电场产生磁场磁场性质方程实验基础意义3、麦克斯韦方程组的意义（1）.是对电磁场宏观实验规律的全面总结和概括，未发现磁单（2）.揭示了电磁场的统一性和相对性电磁场是统一的整体电荷与观察者相对运动状态不同时，电磁场可以表现为不同形态。空间带电体对相对其静止的观察者电场磁场（3）预言了电磁波的存在（自由空间）对相对其运动的观察者—

静电场（2）.揭示了电磁场的统一性和相对性电磁场是统一的整体电荷二者形式上对称，公式中差一个负号。这恰恰反映了能量转化和守恒的规律。二者形式上对称，公式中差一个负号。这恰恰反映了能量转化和守恒磁场的增加要以电场的削弱为代价磁场的增加要以电场的削弱为代价可脱离电荷、电流在空间传播电磁波如振荡偶极子可脱离电荷、电流在空间传播电磁波如振荡偶极子（4）.预言了光的电磁本性