高二物理竞赛第13章 电磁场课件

第十三章电磁场一.问题的提出稳恒磁场的安培环路定理：穿过以为边界的任意曲面的传导电流非稳恒情况如何？随时间变化的磁场感生电场(有旋电场)随时间变化的电场磁场?13-1位移电流非稳恒情况举例：电容器充放电矛盾！说明将安培环路定理推广到一般情况时需要进行补充和修正。对S1:对S2:出现矛盾的原因：非稳恒情况下传导电流不连续(I流入S1，不流出S2)导线穿过S1导线不穿过S2取回路L，作以L为边界的曲面+

在电容的两板之间寻找一个物理量（大小和方向都与传导电流I相同），且这个物理量与传导电流一样能激发磁场，这样电流就能借助这个物理量实现连续，从而消除前面的矛盾。解决问题的思路：传导电流不连续的结果：电荷在极板上堆积。

电荷密度随时间变化（充电，放电）

极板间出现变化电场

.与同向与同向充电与反向与同向放电板间电场的电位移矢量对时间的变化率与传导电流密度相似。拟解决问题的方法：板间中断的电流用电场的变化率来接替，实现电流的连续性。二.位移电流对于S1和S2组成一个闭合曲面S电荷守恒定律：表示通过S面流出的电流，等于S面内电荷量q的减少率表示通过S1

面流入的传导电流，等于A板上电荷量q的增加率AB传导电流（1）两边对时间求导：（2）（1）和（2）式比较，得：（1）麦克斯韦假设：静电场的高斯定理对变化电场依然成立，即即传导电流等于电容器极板间电位移通量对时间的变化率麦克斯韦提出：变化的电场也是一种电流，称为位移电流。并定义：称为位移电流密度位移电流：通过某截面的位移电流等于通过该截面的电通量的变化率。对于S1和S2组成一个闭合曲面S即I=Id

传导电流等于位移电流三.安培环路定理的推广1.全电流2.

推广的安培环路定理（以全电流代替传导电流）对对最开始提出的矛盾解决了！对任何电路，全电流总是连续的全电流定律变化的电场激发磁场讨论：（1）如果空间只有稳恒电流，没有变化的电场，即（2）如果空间没有稳恒电流，只有变化的电场，则与感生电动势的公式比较：变化的磁场激发电场（3）.传导电流与位移电流的比较自由电荷宏观定向运动变化电场和极化电荷的微观运动遵从焦耳-楞次定律只在导体中存在不遵从焦耳-楞次定律在导体、电介质、真空中均存在都能激发磁场起源特点

共同点传导电流I位移电流Id例1:氢原子中的电子绕原子核作半径为r的匀速率圆周运动,设电子某时刻的速度为,求原子核所在处的位移电流密度.解:电子在半径为r的轨道上作圆周运动,在原子核处产生的电位移矢量为:位移电流密度:例2：给半径为R的圆形平板空气电容器充电，充电电流为I，略去电容器的边缘效应，求两板间的位移电流？位移电流密度？两板间距离轴线为r处（r<R）的磁场强度？两板之外距离轴线为r处（r>R）的磁场强度？解:已知传导电流为I,则位移电流:位移电流密度大小:两板间距离轴线为r处（r<R）的磁场强度:两板之外距离轴线为r处（r>R）的磁场强度:§13-2

麦克斯韦方程组一.麦克斯韦方程组的积分形式

高斯定理环路定理磁场电场静电场感生电场一般电场麦克斯韦方程组的积分形式二.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，是经典物理三大支柱之一。方程中各量关系：电磁力：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—

静电场对相对其运动的观察者电场磁场3.

预言了电磁波的存在（自由空间）变化电场变化磁场变化电场磁场变化磁场电场可脱离电荷、电流在空间传播电磁波如振荡偶极子4.

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