完整版电磁场理论复习总结

1.1 标量场和矢量场

1.2 三种常用的正交坐标系

1.3标量场的梯度

哈密顿算符：(一e —e —e z)

x y z

2.梯度的垄本运算公式

1) VC-0 (C^S)

2) V(Cu)二CVw

3) V((/ 土巧二可肿土V7附

4) V(/a T) = Z/V V +T V;/

5) VF(u) = F r(u)Vu

6) V(-) = -l(rV?/-i/Vv)

v v

FF cF

7) ^7(^ v) = —Vw + — Vv

du dv

式中：U育常報；级甘为半标变最遢載;

3”梯度的重要性质

16CJ55 「「小

V x V/z = 0

产生场的场源所在的空闾位国点称

为源点上记为am或7 场所在的疇间

隹置点称为场贞「记为(x,y\2｝或尸

源点到场点的距S?j?=|r-r| 从源点指

向场点的矢量为

^ = r-F

例3求鸥叫哙呻?刃畑％&

R衣示对仗」4运算R表示对运算.

R^r-r1^J(x-A?)r+(y-/>:

BR 、BR 、BR

—MY臥叫帝M还

W(R) = ARWR = ^-\R

(tri

旳和5 巧\2化砸事=蛰￡虫=—%专

(lii dii fi

r ?S A dS A. A y A z

divA lim ——

V 0 V x y z

divA A x A y A z A

x y z

A e x( A z A y) e y( A x A z) e z(入s

y z z x x y

1) V Y C=0

2) Vx(i = A

3) V x(H ±B) —V XJ1±V>.5

4) V x (u = uV y /< + V u K

X B)=2J-V XJ4-J4-V X5

l f ***** 4；

jd' V x Vy - 0

! 7)V (VxJ)-O：

W屜囲焉唉屋?熾常数，址为标量函数「

du

电磁总复习第一章矢量分析

l ?Eit 十dit ?du

It= 0 r ——+ 0 L ——+&——标量场心的梯度.

ex cy cz

V u =

—y

ir rot

A

c'R ex R

_y-y r漁—

R 忑R

VR = -

R

R'

矢童场的雄度

"_R _尸一*的散度恒为零

R ，|r-r'-

1.4矢量场的通量与散度

三. 散度的运算公式

])V C-0

2)V(Arl) = )tV^

4) V (u A) =wV .4 + 4 Vw 沐为常数」为标量函数)

- (IA

5) V J(rt) - V// —

du

四、高斯定理(散度定理)

L v知一丄％

物理詳5G穿过一封闭曲角的总谓呈等于矢虽散度的休秘分

1.5矢量场的环流与旋度

-------------------- V V

V v ?c A dl rotA nlim --

S 0S

r r r

e x e y e z

ir i

rot A A

x y z

A x A y A z

4-症度计算相关公式:

标葷场的梯度

的旌度恒为零

1G:2D3*

酶点

录场点

df R

max

三、斯托克斯定理

物理含义；

—个魚量场旋度的面税分導于演矢量沿此由面周界的曲线眦四、矢量场擬度的重要性质

卩（Vxj^O任意矢量场I?度的散度等于議

1.6亥姆霍兹定理与格林定理

一、矢量场的分类

矢量场有两种不同性质的源：

（1）散度源（标量）（2）旋度源（矢量）。

任一矢量场，可能是由两种源中的一种产生的，也可能是由两种源共同产生的。

根据矢量场的散度和旋度值是否为零进行分类。

1）有源无旋场

若矢虽场申佐某区域'他处姑汁皿個在某些楼置或整个空间内，有歸*如则称在该区±?v内，场戶旧为有

源无旋壕?

P为矢虽场通虽谓密度；

VxF=0

蛍要性氐萨（F）皿二[严戶（尸）曲"

结臨无旋场场矢量沿任诃闭合路径的环流等于零（无激涡源

几VxVw-0

无旋场的旋度始终为6可引入标号辅助函数表征矢戢场即F 二-％

例如：静电场Vx￡= O^F—Vp

2）无源有族场_若矢量场丙尸）在某区轍内，处处VJ = O,但在某些位冒或整亍空间内.有VxF=J^0 -则称在该区妳刚场戸㈤为有淀无源如说明器式中J为矢量场漩祸源密度。!

V-F-0

童要性质：^F（r） rf5 = [.V F（r）rfr=0

騒无散场通过任盍闭合曲面的通量等于零（无散度源八v

VxJ = 0

无散场的散度始络为0, 口I引入矢量函数的貰度表示无

??F=VxJ 钏虬1S越4场V-5 =0z>fi=Vxl

3）无紅无哉场（源隹所i+论的区域Z外）Vx/ =0=>F - -Vtt

V?w = O

4）有散「有旋场

这样的场可分解为两部分：无旋场部分和无散场部分戶（F）二京

F）+ 和F}=-別（亍）+2（F）

忸- 札

；无散场部分

? ■**!■■? O.?N ■亠亠?■■■?,

无冀场与无散场可以看磴展两科基本的矢量场，任一矢量场都可以分解为无庭场部分与无飲场部分上利也就是说，性一矢虽场都可以表示为一标屋场的梯度与另一矢虽场的龊度之刑.

F（F）二刁（可十￡疔）4

一、浚姆崔玆定理

在有限的区域扌内，任一矢量场由它的散度"就度和边界条件（即限定区域V的0]合面S上的矢量场的分布）唯地确定，且可妬为

1）矢駅场户可以用一亍标虽函数的梯度和一个矢邑函数的旋度来表示。此标量函数由f的散度和匸在边界$上的法向分呈完全确赶而矢量函数则山戶的真度和戶在边界面S上的切向分量完全确定；

2）由于Vx[W（f）]- O t V [V x j（r）J = 0 f周而一^卜欠量场可以衷示为-个无旋场与无啟场之和，即

F（r）= ^（r）+ ^（r）

lV^(r) = O

V^^(7) = VxF(r) = J

3）如果在区域V内矢量场F的散度与旋度均处处为

0, ±其在边界面S上的场分布完全确定；

亥姆霍兹定理在电磁场理论中的査文：

无旋场部分1

说明:

F(r)--Vu(r) + VxJ(r)

已知在电短场中*

「电酋密卧

-电浚斋頂/ （矢里F喰一地

価》

L宙域讪界￥11

1

1) V (中审)_ (X 7卩)v +卩1V 审

2) V ?(亦)=年护?彳十亦A

V^>x J+^iVx J 4) V-(^x^)=(Vx.4).4

5) V x(Jx5) = (V 5)J + (5-V )J-(V

6>V (J^)=2x(Vx5)+(3 V )5+Jx(Vxl}+(J-V )J 7Mx(VxJ)-iv^2 -(i V )J 8) Vx(Vxj)-V(V-j)-V\J 9) V^i = 0T V-(V x J) = 0

第二章静电场分析

2.1电场的基本性质

体电荷M 电荷在某空间休积内连续分布? 休电荷密度定文，单位休积内將电荷量“

Q(F)=帆学:=穿 宀詔 a g = [ p(f >/F “7 &F dv … R .

2、面电荷密度 q

s (r^)ds 3、线电荷密度q

l (

V

)dl

S

l

4.点电荷

二、库仑定律

描述了真空中两个点电蓟间和互作用力的规律，其数学表

三、电场强度 定艾:单位正电荷衣电场中某点受到的作用力称为该

点 的电场强度。￡=応丘

冲士

O' M

（刃拧个点电荷产生的电场强度（矢量叠加原

理） 風尸） —= E —v （l ）

m 七尺」令叫 '时

R^r-r/

点电荷：爭电荷体体积非常小.可忽略其休稅时，称为 电荷°点电

荷町看柞是电量屯无限集中于一个几何点上。

0 r#0 I 00 r r_ 0

5*点电蓟的占慵数表示法：

1）占茵數的定丈和性頂： 设坐标原

点为场点坐标 为；，源点坐标为几 （,*内 （D 卩诞珊） M T ￡V

内）

（3）连

续分怖的电苞源产生的电场

元电荷产生的社场dE^-^-e,

斗陀j??*

dq =

匚库电荷分布

dq - p. dV

关于“三度"的 一些常用公式；

Q --------------- O --------------- Q

I*复合函数的I

［二度公式

］

■■- _ -

I 积分变换公式

0(巧=冬％

二一Vw

v 7

dtt ,

Vx J 4(w) = Vwx —

rfw

当F = D （将源点透在坐标原点）时.则有 （S （r -r f

） = t5（r ）

性鬲

① 占函数是一个偶附数。 ② a 函数的抽祥性’超?为一T 连续函数，则冇 0 阻咖

/（P ） （F 在v 内）

高斯公式 f A t￡=[ (V-4)rfr = frf^VU

JS Jr J F 例1士证明L 沪' （卫是S 甬数"

0 戸在F 外

记住 1

血卩內

结论

R F —

|蚩要公式|

***,?***[ S

-w

（ N . < J

（D 单个点电荷产生的电场强度

迭式为

F 一晒尸 仏& %一仙盘「一伽

酩盹

式申：甩表示？作用在嚳上的静亀力g

心为真空中介电牯孤f =二一

--10 处

F

久线电荷分布

dq = p^r 2.2真空中静电场的基本方程

帀貝￡ g 心佥借斯定理）静电场是一个 Vx￡ - 0 ￡￡?廖=（）（环路定理】有源无旋场

斯托克斯处式

2Crt1j12ZZ?

如巧V

5

b.面业荷分布

f 佔肩

电场空间中两点间电位差为：

松二匸弓眄或陆二]『磴

二、电位参考点

电位参考点选择原则：

1）电位参考点电位一般为0；

⑴申.荷分布在有限区域，通常选无穷远为电位参考点

炉h= 0 （J B-￥X）

在无源区域*

% = 0 寸电位的拉普拉斯方程

例I：半径为匕的带电导体球.已知球体th位为u, 求空间电位

分布及电场强度分布匸

解法-导体球是等位体铝

r

（2）电荷分布在无隈区域彳;能选无穷远点作参考点*否呦积

分将无穷大*应根据空际情况选取参考点?

2）场中任意两点2间的电位建与掺罟点无关口

3）选择参考点恳可能使电位表达式比较简肌.

4>电位参考点可任負选择，但同一问题'一般共能选取一个参考

点.

三、电位的计算公式

1、点电荷的电位

2、无限长线电荷的电位

列门=d = —f怙。

4^o r X*

久分布电荷休系在空间中产生的电位

1 d f 2d

/ ' ar av

=>\

『r=a

二0

aU

zz> =

P寸r6 爲8 爲8

E~-^(p = -(e T— + —

— ----------------------- 1

X)

cr r cu rsinp cp r

f 21

解法二：电荷均匀分布在导体球上，呈点对称.

设导体球带电菽量为g则刖由高斯定理求得.在球外空

间，电场强度为：

2.3电位函数

一.电位函数与电位差

I、电慳函数的定义（$1入）

RxE三0 ]-可由―标量函烫丧示

引入电位菌数卩：■￡ = -Vp；

说1）电位函数为电滋甌純由蝕是个标虽凿数明⑵负号衣示

电场强度的方向从髙电位拒向低电位2、电位差（电压）

V ￡ = />/￡01

- 爭=/)/爲

E - -V(p ]

UP：g = —p% -------- 1电拉的泊松方程

A点电位为将单位正电荷从A 移

到槪力所做的功竹（

E = —\J

2D

vV-0

\(p\二u

=

5

申=——+Cj

V

讷 -u

T\v-a

讷=0

r I F—ts-

电场嶽度E与电位翠之间的关系

4码，

^Q = 4^aU二￡= —e r'

aU

四、利用电位求解电场

任存托电荷分布的区域（有MIX）,忒屮，/?=|F-r'|若参考点在无穷远处?

4眄、r

d(p = \ g)-dl

2.4电介质的极化

=-V (p

13

13

-V P 具有体电荷密度的董纲C/nP,

P n 则貝有面电荷密度的量纲C/iA

定义P 产科伍吩陶非

心和6分别是人为定文的极化（束给）电荷体密度 和极化电荷血密度.

旧（；）二丄f 心时耳丄f 空务

叭"R

4矶朝R

2.5介质中的高斯定理

微分形式

积分形式 Vx￡ = O

丄二帀川

— ￡ _

^'D-p

［万二］戸少=住

3

買

D,E ,P 的关系

。二证鼻二俎Q +忑）E 二护卫二桁戶二务返 s - s o s r

称为介质的介电常数

''■

己知电极化率爬为正实数，因此’ 一切介质的介电常 数均大于真空的介电常数。

实际中经常便用介电OK 相对值，这种相对值 称为相对

介电常数，以豢示，其定义为舟严兰"十兀 ￡（! 可见，任何介质的相对介电常数兌是大丁X

D=eE 戸-（￡-￡』左

在真空中，F = 0

耳=L

D = ^n ￡

庄均匀、各向同性、线性媒质中（左为常敎）

^D-p V '（sE ） -

E-P

=> V-￡ ^― （￡- -V^）

8

在厂0的区域*则有 ________________________________

v-p 二 o ■…］； 例1：已卿半径为恥介电常数鬲；石亦云焉匸石珀q* 球外为空气*分别在下列情况下求空

间各点的电场和介 质屮的极化电荷分布：

1） 电荷q 均匀分布在球休内； 2） 电荷（1集中在球4\ 3）

电荷u 均匀分布在球面上.

解：1）电荷口均匀分布在球体内时，电场分布为

D =

外 (r <^7) 4朋

— nr -

E] =「了耳 go)

忌=I

介质球内，极*电荷分布为—

_

fp --㈡乃二一口[(E-岭)￡\]= -(f-￡*0)V E|

球坐标中：口花A 空(宀&)

r dr

】/ 2 qr

pp = -^-￡a)—-r(r -一)=

r dr -X^ca

T 二*i 的球面上，

ZLflgjCtS ― = A

2〉电荷口束中在球心时，电场分布为

4兀厂

E 》二 v 、 4码

广

在匚-红的球血上,

①丄二耳用|_ =（—甌）瓦云二

rxOjt, 旳=-眄円二十-励用Ei 亠一2—务）'舟（八'亠Q

r 1 df 4 亦F

尸0处为电场的奇异点”该处应有一扱化点电荷"设此 极化点诧

荷为山，根垢侖斯宦理，有

"

J

= q +

S

恥为以介质球右为中心,rgiO 为半径的球血，

4“ ?叭=空+竹

3)申荷口均匀分布虑球血上时，申场分布为

￡>i = 0 — ￡i = 0 (r < ￡i) Ei -— er (r > a) 4码尸 p p = = -V *[(ff - t c )￡] ] = 0

?a - ￡F |—= Q

例u ：卞半径砂、介电常M E 的均匀介质球内的极 化强度为 -K -

P - 一Cr

r

其中K 为j 常数口

1） 计算車缚电荷卡糜度和向密度； 2） 计笄自由电荷体帑度；

3） 计第球内、外的电场和电位分布.

解：1）介质球内的朿缚电荷体窃度为

E 五 1 d r 心 K 外二一= — = 厂一）二一-f r

dr r r

在r □的球面上.柬轴电荷面密度为

（2口）

U'-禺｝爲惕」=y —^9 q

4感CT

介质球内. 在宀的球宦h?

bp

点电荷对不接地球面导体边界的镜像

2）由于5二订"、所以第三章静态场边值问题的解法V ￡+ V 5 +V-P

{i_fi)v-5 = vp

由此得到介质球内的自由41荷体密度为

总的口由电荷呈

3）介质球内、外的电场强度分别为

K

Lx二一

E

(r

Ej =豐尸片—Sr *

4匹（）八吟古一旬）广介质球内、外的电位分别人

.=「E潦'=［热彷+［E獅-(r>a)

i-d

'(A%)F

j：

aK

严

dr + --------- r t

h ￡^(￡-^)r

3.1唯一性定理（静电场）

内容：满足泊松方程或拉普拉斯方程及所给的全部边界条件的解

是唯一的。

唯一性定理是间接法求解拉普拉斯方程（泊松方程）

的理论依据。

3.2间接求解法---镜像法

冷穗像法墓本思路：在所研究的场域外的某些适当砒L 用一些虐

拟电荷等效替代导怵分界面匕的席应电荷超质分界而上的极化电

荷的影响。

?键像法理论依厠：唯一性宦理。

由唯一性定理：満足同一方耗和同样边界条件的电位分布的解

垦相同的’所以引入像电荷（等效电苛）后，应该有电位函数仍

然满足原方程（拉普拉斯方程或拍松方程）电位分布仍满足原边

界条件。

畚爭敕电荷一般位于原电荷关于边界面的笹佛点社，故称为镜

像电荷"

爭鏡像电荷何置选择原则：

K镜俅电荷必狱世于求解区域以外的空阿.

2^iO电荷的引入不能改变原问趣的边界条件.’

K . a E K ---------------- 111

- -K ------- (—硝F

0 ￡aK

(m)

户H

妙=I Edr-\ ------ ——^dr ?畀3」?卡)厂

EO K 曲■石住7：.)r (riff)

由边界面上的边界条件得

21 -久-厂吒-垃T

CO- 込

cn cn

导依中左=卄

会证明：

1）点电荷对无限大接地平面导体边界的镜像

等效问题：

要求2与原闻题边界条件相同原电荷

口：z=h

镜像迪荷（等效电荷咒

取消导休边界面* Q0空间媒徹芜满

整个空间。

电弁蘭1

2.6导体系统的电容

当导体周围媒质是线性媒质，导体本身的电位与

它表面所带的电量Q成正比关系。在物理学中Q与的比值

称之为电容，即厂Q

C ——

2.7电场能量

空间氐场能議为

巴冷］D（F）运（明卩二J严羽

式中；卩另整个电场空间；

1 - _ - _ ］,, -------------------------

气-~D（r）'E（r）- —sE--?［电场能量密度；=*

J '——————

——————

以假烬的点电荷/等效地代替感应电荷，匕半空间的电位必须满

足以下条件：

V2（p = - ■- q6（x -Q：y-Q二-町

M 0

LS T±

由等效问题,

P(x,y t2)

(3)

⑶

可以求出在Q0空间内的申位分布为;

(4)

2）点电荷q对接地导体球面（或空心导体球壳）的

镜像电荷 a a2

电量：q' °q位置：d' d

a为半径

经典电磁理论的建立.

经典电磁理论的建立 在古代，人们对静电和静磁现象已分别有一些认识，但从这门学科的发展来看，直到十八世纪末十九世纪初，电和磁之间的联系才被揭露出来，并逐步发展成为一门新的学科——电磁学。电磁学的发展之所以比较晚，主要是由于电磁学的研究需要借助于更为精密的仪器和更精确的实验方法，而这些条件只有生产发展到一定水平之后才能具备。 首先对于电和磁现象进行系统地实验研究的是英国的威廉·吉尔伯特。他通过一系列的实验认识到电力和磁力是性质不同的两种力。例如，磁力只对天然磁石起作用，而电力能作用于许多材料。他第一个将琥珀与毛皮摩擦后吸引轻小物体的性质叫做“电”。吉尔伯特这种关于电和磁在本质上不同的观点，给后来的电磁学的发展留下了深刻的影响，直至十九世纪初，许多科学家都把这两种现象看作是毫无联系的。吉尔伯特之后的整个十七世纪，对电和磁的研究进展不大。 到了十八世纪四十年代，起电装置的改善和大气现象的研究，引起了物理学家的极大兴趣。1745年荷兰莱顿大学的马森布罗克(1692～1761)和德国的克莱斯德(1700～1748)各自发明了“蓄电”的最早器具——莱顿瓶。1752年7月，美国的富兰克林进行了一次震动世界的吸取天电的风筝实验，从而使人们认识到天空的闪电和地面上的莱顿瓶放电现象是一致的。富兰克林还提出了电荷守恒的思想和电的“单流质”说，他认为一个物体所带的电流质是一个常量，如果流质在一个物体比常量多，就带负电，比常量少就带正电。他在风筝实验的基础上，发明了“避雷针”。由于他在电学方面做出了杰出贡献，而被誉为近代电学的奠基人。 我们知道，牛顿在发现万有引力的过程中，曾用数学方法证明过，如果引力随着引力中心距离的平方反比减少，一个均匀球壳对其内部的物体就没有引力的作用。1775年，富兰克林发现将一小块软木块悬于带电的金属罐内并不受到电力的作用。他的朋友普里斯特列(1733～1804)根据这个实验和牛顿对万有引力定律的数学证明推想电的作用力也遵守平方反比定律。1771年，英国物理学家卡文迪许也用类似的实验和推理的方法对电力相互作用的规律进行了研究，他从实验得到电力与距离的n 比定 律。库仑定律的发现为静电学奠定了理论基础。通过西蒙·泊松(1781～1840)、高斯(1777～1855)和乔治·格林(1793～1841)等人的工作，确定了处理静电场和静磁场的数学方法。 十八世纪末，1780年意大利的医生和动物学教授伽伐尼(1737～1798)在解剖青蛙时，发现了电流，这是电学发展史上的一个转折点。在伽伐尼发现的基础上，伏打于1800年制成伏打“电堆”，得到了比较强的电流，从而使人的认识由静电进入动电，由瞬时电流发展到恒定电流，为进一步研究电流运动的规律和电运动与其他运动形式的联系和转化创造了条件。

高等电磁场理论

高等电磁场理论 教学目的：光学、电子科学与技术和信息与通讯工程等专业研究生的理论基础课。内容提要： 第一章电磁场理论基本方程 第一节麦克斯韦方程 第二节物质的电磁特性 第三节边界条件与辐射条件 第四节波动方程 第五节辅助位函数极其方程 第六节赫兹矢量 第七节电磁能量和能流 第二章基本原理和定理 第一节亥姆霍兹定理 第二节唯一性定理 第三节镜像原理 第四节等效原理 第五节感应原理 第六节巴比涅原理 第七节互易原理 第三章基本波函数 第一节标量波函数 第二节平面波、柱面波和球面波用标量基本波函数展开 第三节理想导电圆柱对平面波的散射 第四节理想导电圆柱对柱面波的散射 第五节理想导电劈对柱面波的散射 第六节理想导电圆筒上的孔隙辐射 第七节理想导电圆球对平面波的散射 第八节理想导电圆球对柱面波的散射 第九节分层介质中的波 第十节矢量波函数

第四章波动方程的积分解 第一节非齐次标量亥姆霍兹方程的积分解第二节非齐次矢量亥姆霍兹方程的积分解第三节辐射场与辐射矢量 第四节口径辐射场 第五节电场与磁场积分方程 第五章格林函数 第一节标量格林函数 第二节用镜像法标量格林函数 第三节标量格林函数的本征函数展开法 第四节标量格林函数的傅里叶变换解法 第五节并矢与并矢函数 第六节自由空间的并矢格林函数 第七节有界空间的并矢格林函数 第八节用镜像法建立半空间的并矢格林函数第九节并矢格林函数的本征函数展开 第六章导行电磁波 第一节规则波导中的场和参量 第二节模式的正交性 第三节规则波导中的能量和功率 第四节常用规则波导举例 第五节规则波导的一般分析 第六节波导的损耗 第七节波导的激励 第八节纵截面电模和磁模 第九节部分介质填充的矩形波导 第十节微带传输线 第十一节耦合微带线 第十二节介质波导 第十三节波导和微带不连续性的近似分析第十四节其它微波毫米波传输线简介

电磁场理论知识点总结

电磁场与电磁波总结 第1章 场论初步 一、矢量代数 A ? B =AB cos θ A B ?=AB e AB sin θ A ?( B ? C ) = B ?(C ?A ) = C ?(A ?B ) A ? (B ?C ) = B (A ?C ) – C ?(A ?B ) 二、三种正交坐标系 1. 直角坐标系 矢量线元 x y z =++l e e e d x y z 矢量面元 =++S e e e x y z d dxdy dzdx dxdy 体积元 d V = dx dy dz 单位矢量的关系 ?=e e e x y z ?=e e e y z x ?=e e e z x y 2. 圆柱形坐标系 矢量线元 =++l e e e z d d d d z ρ?ρρ?l 矢量面元 =+e e z dS d dz d d ρρ?ρρ? 体积元 dV = ρ d ρ d ? d z 单位矢量的关系 ?=??=e e e e e =e e e e z z z ρ??ρρ? 3. 球坐标系 矢量线元 d l = e r d r + e θ r d θ + e ? r sin θ d ? 矢量面元 d S = e r r 2sin θ d θ d ? 体积元 dv = r 2sin θ d r d θ d ? 单位矢量的关系 ?=??=e e e e e =e e e e r r r θ? θ??θ cos sin 0sin cos 0 001x r y z z A A A A A A ????????????=-?? ????????????????????? sin cos sin sin cos cos cos cos sin sin sin cos 0x r y z A A A A A A ???? ?????? ? ?=-????????????-?????? θ?θ?θ? θθ?θ?θ?? sin 0cos cos 0sin 0 10r r z A A A A A A ???? ?????? ??=-???????????????? ??θ??θθθθ 三、矢量场的散度和旋度

经典电磁场理论发展简史..

电磁场理论发展史 ——著名实验和相关科学家 纲要： 一、定性研究 1、吉尔伯特的研究 2、富兰克林 二、定量研究 1、反平方定律的提出 2、电流磁效应的发现 3、电磁感应定律及楞次定律 4、麦克斯韦方程 5、电磁波的发现 三、小结 一、定性研究 1、吉尔伯特的研究 他发现不仅摩擦过的琥珀有吸引轻小物体的性质，而且一系列其他物体如金刚石、水晶、硫磺、明矾等也有这种性质，他把这种性质称为电性，他是第一个用“电力”、“电吸引”、“磁极”等术语的人。吉尔伯特把电现象和磁现象进行比较，发现它们具有以下几个截然不同的性质： 1.磁性是磁体本身具有的，而电性是需要用摩擦的方法产生； 2.磁性有两种——吸引和排斥，而电性仅仅有吸引（吉尔伯特不知道有排斥）； 3.磁石只对可以磁化的物质才有力的作用，而带电体可以吸引任何轻小物体； 4.磁体之间的作用不受中间的纸片、亚麻布等物体的影响，而带电体之间的作用要受到中间这些物质的影响。当带电体浸在水中，电力的作用可以消失，而磁体的磁力在水中不会消失； 5.磁力是一种定向力，而电力是一种移动力。

2、富兰克林的研究 富兰克林（公元1706一1790）原来是费城的印刷商，他通过书本和科学上的来往获得了丰富知识，他利用莱顿瓶做出的第一项重要工作，是根据莱顿瓶内外两种电荷的相消性，在杜菲的“玻璃电”和“树脂电”的基础上提出正电和负电的概念。 富兰克林所做的第二项重要工作是统一了天电和地电。 二、定量研究 1、反平方定律的提出 1750年前后，彼得堡科学院院士埃皮努斯在实验中发现；当发生相互作用的电荷之间的距离缩短时，两者之间的吸引力和排斥力便增加。1766年富兰克林写信给他在德国的一位朋友普利斯特利（公元1733一1804），介绍了他在实验中发现在金属杯中的软木球完全不受金属杯电性的影响的现象。他请普利斯特利给予验证。 英国科学家卡文迪许在1772年做了一个电学实验，他用一个金属球壳使之带电，发现电荷全部分布在球壳的外表面，球腔中任何一点都没有电的作用。 法国物理学家库仑（公元1736—1806），起先致力于扭转和摩擦方面的研究。由于发表了有关扭力的论文，于1781年当选为国家科学院院士。他从事研究毛发和金属丝的扭转弹性。1784年法国科学院发出船用罗盘最优结构的悬奖征文，库仑转而研究电力和磁力问题。 1785年库仑自制了一台精巧的扭秤，作了电的斥力实验，建立了著名的库仑定律：两电荷之间的作用力与其距离的平方成反比，和两者所带电量的乘积成正比。 公式：F=k*(q1*q2)/r^2 2、电流磁效应的发现 丹麦物理学家奥斯特（公元1777—1851）首次发现电流磁效应，揭开了电和磁两种现象的内在联系，从此开始了电磁学的真正研究。 1820年4月在一次关于电和磁的讲课快结束时，他抱着试试看的心情做了实验，在一根根细的铂丝导线的下面放一个用玻璃罩罩着的小磁针，用伽伐尼电池将铂丝通电，他发现磁针偏转，这现象虽然未引起听讲人的注意，却使他非常激

电磁学经典练习题与答案

高中物理电磁学练习题 一、在每小题给出的四个选项中，有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确． 1．如图3-1所示，有一金属箔验电器，起初金属箔闭合，当带正电的棒靠近验电器上部的金属板时，金属箔开．在这个状态下，用手指接触验电器的金属板，金属箔闭合，问当手指从金属板上离开，然后使棒也远离验电器，金属箔的状态如何变化?从图3-1的①～④四个选项中选取一个正确的答案．［］ 图3-1 Ａ．图①Ｂ．图②Ｃ．图③Ｄ．图④ 2．下列关于静电场的说法中正确的是［］ Ａ．在点电荷形成的电场中没有场强相等的两点，但有电势相等的两点 Ｂ．正电荷只在电场力作用下，一定从高电势向低电势运动 Ｃ．场强为零处，电势不一定为零；电势为零处，场强不一定为零 Ｄ．初速为零的正电荷在电场力作用下不一定沿电场线运动 3．在静电场中，带电量大小为ｑ的带电粒子（不计重力），仅在电场力的作用下，先后飞过相距为ｄ的ａ、ｂ两点，动能增加了ΔＥ，则［］Ａ．ａ点的电势一定高于ｂ点的电势 Ｂ．带电粒子的电势能一定减少 Ｃ．电场强度一定等于ΔＥ／ｄｑ Ｄ．ａ、ｂ两点间的电势差大小一定等于ΔＥ／ｑ 4．将原来相距较近的两个带同种电荷的小球同时由静止释放（小球放在光滑绝缘的水平面上），它们仅在相互间库仑力作用下运动的过程中［］Ａ．它们的相互作用力不断减少 Ｂ．它们的加速度之比不断减小 Ｃ．它们的动量之和不断增加 Ｄ．它们的动能之和不断增加 5．如图3-2所示，两个正、负点电荷，在库仑力作用下，它们以两者连线上的某点为圆心做匀速圆周运动，以下说确的是［］ 图3-2

Ａ．它们所需要的向心力不相等 Ｂ．它们做圆周运动的角速度相等 Ｃ．它们的线速度与其质量成反比 Ｄ．它们的运动半径与电荷量成反比 6．如图3-3所示，水平固定的小圆盘Ａ，带电量为Ｑ，电势为零，从盘心处Ｏ由静止释放一质量为ｍ，带电量为＋ｑ的小球，由于电场的作用，小球竖直上升的高度可达盘中心竖直线上的ｃ点，Ｏｃ＝ｈ，又知道过竖直线上的ｂ点时，小球速度最大，由此可知在Ｑ所形成的电场中，可以确定的物理量是［］ 图3-3 Ａ．ｂ点场强Ｂ．ｃ点场强 Ｃ．ｂ点电势Ｄ．ｃ点电势 7．如图3-4所示，带电体Ｑ固定，带电体Ｐ的带电量为ｑ，质量为ｍ，与绝缘的水平桌面间的动摩擦因数为μ，将Ｐ在Ａ点由静止放开，则在Ｑ的排斥下运动到Ｂ点停下，Ａ、Ｂ相距为ｓ，下列说确的是［］ 图3-4 Ａ．将Ｐ从Ｂ点由静止拉到Ａ点，水平拉力最少做功2μｍｇｓ Ｂ．将Ｐ从Ｂ点由静止拉到Ａ点，水平拉力做功μｍｇｓ Ｃ．Ｐ从Ａ点运动到Ｂ点，电势能增加μｍｇｓ Ｄ．Ｐ从Ａ点运动到Ｂ点，电势能减少μｍｇｓ 8．如图3-5所示，悬线下挂着一个带正电的小球，它的质量为ｍ、电量为ｑ，整个装置处于水平向右的匀强电场中，电场强度为Ｅ．［］ 图3-5 Ａ．小球平衡时，悬线与竖直方向夹角的正切为Ｅｑ／ｍｇ Ｂ．若剪断悬线，则小球做曲线运动 Ｃ．若剪断悬线，则小球做匀速运动 Ｄ．若剪断悬线，则小球做匀加速直线运动 9．将一个6Ｖ、6Ｗ的小灯甲连接在阻不能忽略的电源上，小灯恰好正常发光，现改将一个6Ｖ、3Ｗ的小灯乙连接到同电源上，则［］Ａ．小灯乙可能正常发光 Ｂ．小灯乙可能因电压过高而烧毁 Ｃ．小灯乙可能因电压较低而不能正常发光 Ｄ．小灯乙一定正常发光 10．用三个电动势均为1．5Ｖ、阻均为0．5Ω的相同电池串联起来作电源，向三个阻值都是1Ω的用电器供电，要想获得最大的输出功率，在如图3-6所示电路中应选择的电路是［］ 图3-6 11．如图3-10所示的电路中，Ｒ １、Ｒ ２ 、Ｒ ３ 、Ｒ ４ 、Ｒ ５ 为阻值固定的 电阻，Ｒ ６ 为可变电阻，Ａ为阻可忽略的电流表，Ｖ为阻很大的电压表，电源的

电磁场理论的基本概念

第十三章 电磁场理论的基本概念 历史背景：十九世纪以来，在当时社会生产力发展的推动下，电磁学得到了迅速的发展： 1． 零星的电磁学规律相继问世（经验定律） 2． 理论的发展，促进了社会生产力的发展，特别是电工和通讯技术的发展→提出了建立理论的要求，提 供了必要的物质基础。 3． ＊（Maxwell,1931~1879）麦克斯韦:数学神童，十岁进入爱丁堡科学院的学校，十四岁获科学院的数 学奖； 1854，毕业于剑桥大学。以后，根据开尔文的建议，开始研究电学,研究法拉第的力线； 1855，“论法拉第的力线”问世，引入δ =???H H ，同年，父逝，据说研究中断； 1856，阿贝丁拉马利亚学院的自然哲学讲座教授，三年； 1860，与法拉第见面； 1861－1862，《论物理力线》分四部分发表；提出涡旋电场与位移电流的假设。 1864，《电磁场的动力理论》向英国皇家协会宣读； 1865，上述论文发表在《哲学杂志》上； 1873，公开出版《电磁学理论》一书，达到顶峰。这是一部几乎包括了库仑以来的全部关于电磁研究信息的经典著作；在数学上证明了方程组解的唯一性定理，从而证明了方程组内在的完备性。 1879，去世，48岁。（同年爱因斯坦诞生） ＊ 法拉第－麦克斯韦电磁场理论，在物理学界只能被逐步接受。它的崭新的思想与数学形式，甚至象赫姆霍兹和波尔兹曼这样有异常才能的人，为了理解消化它也花了几年的时间。 §13－1 位移电流 一． 问题的提出 1. 如图，合上K ， 对传I l d H :S =?? 1 对传I l d H :S =?? 2 2. 如图，合上K ，对C 充电： 对传I l d H :S =?? 1 对02=??l d H :S 3. M axwell 的看法：只要有电动力作用在导体上，它就产生一个电流，……作用在电介质上的电动力，使它的组成部分产生一种极化状态，有如铁的颗粒在磁力影响下的极性分布一样。……在一个受到感应的电介质中，我们可以想象，每个分子中的电发生移动，使得一端为正，另一端为负，但是依然和分子束缚在一起，并没有从一个分子到另一个分子上去。这种作用对整个电介质的影响是在一定方向上引起的总的位移。……当电位移不断变化时，就会形成一种电流，其沿正方向还是负方向，由电位移的增大或减小而定。”这就是麦克斯韦定义的位移电流的概念。

高中物理电磁学和光学知识点公式总结大全

高中物理电磁学知识点公式总结大全 来源:网络作者:佚名点击:1524次 高中物理电磁学知识点公式总结大全 一、静电学 1.库仑定律，描述空间中两点电荷之间的电力 ，， 由库仑定律经过演算可推出电场的高斯定律。 2.点电荷或均匀带电球体在空间中形成之电场 ， 导体表面电场方向与表面垂直。电力线的切线方向为电场方向，电力线越密集电场强度越大。 平行板间的电场 3.点电荷或均匀带电球体间之电位能。本式以以无限远为零位面。 4.点电荷或均匀带电球体在空间中形成之电位。 导体内部为等电位。接地之导体电位恒为零。 电位为零之处，电场未必等于零。电场为零之处，电位未必等于零。 均匀电场内，相距d之两点电位差。故平行板间的电位差。 5.电容，为储存电荷的组件，C越大，则固定电位差下可储存的电荷量就越大。电容本身为电中性，两极上各储存了+q与-q的电荷。电容同时储存电能，。 a.球状导体的电容，本电容之另一极在无限远，带有电荷-q。 b.平行板电容。故欲加大电容之值，必须增大极板面积A，减少板间距离d，或改变板间的介电质使k变小。 二、感应电动势与电磁波 1.法拉地定律：感应电动势。注意此处并非计算封闭曲面上之磁通量。 感应电动势造成的感应电流之方向，会使得线圈受到的磁力与外力方向相反。 2.长度的导线以速度v前进切割磁力线时，导线两端两端的感应电动势。若v、B、互相垂直，则 3.法拉地定律提供将机械能转换成电能的方法，也就是发电机的基本原理。以频率f 转动的发电机输出的电动势，最大感应电动势。 变压器，用来改变交流电之电压，通以直流电时输出端无电位差。 ，又理想变压器不会消耗能量，由能量守恒，故 4.十九世纪中马克士威整理电磁学，得到四大公式，分别为 a.电场的高斯定律 b.法拉地定律 c.磁场的高斯定律 d.安培定律 马克士威由法拉地定律中变动磁场会产生电场的概念，修正了安培定律，使得变动的电场会产生磁场。e.马克士威修正后的安培定律为 a.、 b.、 c.和修正后的e.称为马克士威方程式，为电磁学的基本方程式。由马克士威方程式，预测了电磁波的存在，且其传播速度。 。十九世纪末，由赫兹发现了电磁波的存在。 劳仑兹力。 右手定则：右手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中，若磁力线垂直进入手心（当磁感线为直线时，相当于手心面向N极），大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向

麦克斯韦电磁场理论的建立及意义

麦克斯韦电磁场理论的建立及意义 班级：物理系09本三班姓名：范日耀 摘要：文章通过对法拉第力线思想和W.汤姆孙的类比研究的阐述来引出麦克斯韦的电磁场理论。麦克斯韦经过三个艰难的过程建立了电磁场理论，为壮伟的物理大厦添砖加瓦，做出了巨大贡献。 关键字：法拉第力线思想W.汤姆孙类比研究麦克斯韦电磁场理论 一、引言 二、内容 1、前人的研究 （1）法拉第的力线思想 法拉第从广泛的实验研究中构想出描绘电磁作用的“力线”图像。他认为电荷和磁极周围的空间充满了力线，靠力线（包括电力线和磁力线）将电荷（或磁极）联系在一起。力线就像是从电荷（或磁极）发出、又落到电荷（或磁极）的一根根皮筋一样，具有在长度方向力图收缩，在侧向力图扩张的趋势。他以丰富的想象力阐述电磁作用的本质。 法拉第研究了电介质对电力作用的影响，认识到这一影响表明电力不可能是超距作用，而是通过电介质状态的变化；即使没有电介质，空间也会产生某种变化，布满了力线。后来，法拉第又进一步研究了磁介质，解释了顺磁性和反磁性。电磁感应现象则解释为磁铁周围存在某种“电应力状态”，当导线在其附近运动时，收到应力作用而有电荷做定向运动；回路中产生电动势则是由于穿过回路的磁力线数目发生了变化。 法拉第的力线思想实际上就是场的观念，这是近距理论的核心内容。 （2）W.汤姆孙的类比研究 在法拉第力线思想的激励下，W.汤姆孙对电磁作用的规律也进行过有益的研究。他从法国科学家傅里叶的热传导理论得到启示。傅里叶在1824年发表《热的分析理论》一书，详细的研究了在介质中热流的传播问题，建立了热传导方程。这本书W.汤姆孙对有很深的影响。 1842年，W.汤姆孙发表了第一篇关于热和电的数学论文，题为：《论热在均匀固体中的均匀运动及其与电的数学理论的联系》，他论述了热在均匀固体中的传导和法拉第电应力在均匀介质中传递这两种现象之间的相似性。他指出电的等势面对应于热的等温面，而电荷对应与热源。利用傅里叶的热分析法，他把法拉第的力线思想和拉普拉斯、泊松等人已经建立的完整的静电理论结合在一起，初步形成了电磁作用的统一理论。 1847年，W.汤姆孙进一步研究了电磁现象与弹性现象的相似性，在题为《论电力、磁力和伽伐尼力的力学表征》一文中，以不可压缩流体的流线连续性为基础，论述了电磁现象和流体力学现象的共性。1851年，他给除了磁场的定义，1856年，根据磁致旋光效应提出了磁具有旋转的特性，这样就为进一步借用流体力学中关于涡旋运动的理论，做好了准备。 W.汤姆孙运用类比方法，把法拉第的力线思想转变为定量的表述，为麦克斯韦的工作提供了十分有益的经验。 2、麦克斯韦建立电磁场理论 （1）电磁场理论建立的第一步 麦克斯韦在电磁理论方面的工作可以和牛顿在力学理论方面的工作相媲美。他和牛顿一样，是“站在巨人的肩上”，看得更深更远，作出了伟大的历史综合；他和牛顿一样，其丰硕的成果是一步一步提炼出来的。

“电磁场理论”课程教学大纲

西安交通大学 “电磁场理论”课程教学大纲 英文名称：Theory of Electromagnetic Field 课程编码：PHYS2012 学时：64 学分：4 适用对象：电子科学与技术专业本科生 先修课程：普通物理，数理方程，矢量与张量分析 使用教材及参考书： 金泽松,《电磁场理论>>, 电子科技大学出版社, 1995 郭硕鸿，《电动力学》，高等教育出版社，1989 冯慈璋,《电磁场》高等教育出版社,1983 李承祖,《电动力学教程》(修订版),国防科技大学出版社,1997 一、课程性质、目的和任务 本课程是电子科学与技术系各专业本科生必修的一门工程基础课.通过本课程的学习，使学生熟悉电磁场的基本理论，掌握基本规律，加深对电磁场的性质和时空概念的理解，获得分析和处理一些电磁现象的方法和能力，为以后的专业课程学习打下基础。 二、教学基本要求 1. 了解电磁现象的普遍规律，掌握库仑定律、高斯定理、毕奥定律、电磁感应定律和麦克斯韦方程组, 熟悉电磁场的边值关系。 2. 了解静电场和稳恒电流磁场的性质，熟悉静电势和微分方程、磁矢势和微分方程，掌握求解静电场和磁场问题的常用分析方法。 3.掌握波动方程和亥姆霍兹方程，熟悉平面电磁波的性质, 掌握电磁波传播的规律。 4.了解时变电磁场的性质和势，掌握辐射电磁场的规律和计算方法。 5.了解狭义相对论和相对论电动力学，掌握电磁场量在不同参考系间的变化规律。了解带电粒子和电磁场的相互作用，掌握运动带电粒子的位和电磁场,了解加速运动带电粒子的辐射。 三、教学内容及要求 第一章：电磁现象的普遍规律 1．了解电荷和电场、电流和磁场。 2．掌握库仑定律、高斯定理、毕奥定律、电磁感应定律。 3．重点掌握麦克斯韦方程组和电磁场的边值关系。 4．了解介质的电磁性质。 5．掌握电磁场的能量和能流密度表示式，了解电磁能量的传输。

电磁场理论发展历史及其在现代科技中的应用

电磁场理论发展历史及其在现代科技中的应用 摘要：电磁场理论在现代科技中有着广泛的应用。现代电子技术如通讯、广播、导航、雷达、遥感、测控、嗲面子对抗、电子仪器和测量系统，都离不开电磁场的发射，控制、传播和接收；从工业自动化到地质勘测，从电力、交通等工业农业到医疗卫生等国民经济领域，几乎全都涉及到电磁场理论的应用。不仅如此，电磁学一直是，将来仍是新兴科学的孕育点。在本文中主要介绍电磁场理论发现和发展的历史以及在现代科技中的也应用。 关键词：电磁学电磁场理论现代科技 对电磁场现象的研究是从十六世纪下半叶英国伊莉莎白女王的试医官吉尔伯特开始，然而他的研究方法很原始，基本上是定性地对现象的总结。对电磁场的近代研究是从十八世纪的卡文迪许、库伦开始，他们开创了用测量仪器对电磁场现象做定量的规律，引起了电磁场从定性到定量的飞跃。 库仑定律的建立基于英国科学家卡文迪许在1772年做的一个一个电学实验，他用一个金属球壳使之带电，发现电荷全部分布在球壳的外表面，球腔中任何一点都没有电的作用。库伦定律揭示了电荷间的静电作用力与它们之间的距离平方成反比。安培在假设了两个电流元之间的相互作用力沿着它们的连线之间的作用力正比于它们的长度和电流强度，而与它们之间的距离的平方成反比的公式，即提出了著名的安培环路定理。基于这与牛顿万有引力定律十分类似，.泊松、.高斯等人仿照引力理论，对电磁现象也引入了各种场矢量，如电场强度、电通量密度（电位移矢量）、磁场强度、磁通密度等，并将这些量表示为空间坐标的函数。但是当时对这些量仅是为了描述方便而提出的数学手段，实际上认为电荷之间或电流之间的物理作用是超距作用。 直到M.法拉第,他认为场是真实的物理存在,电力或磁力是经过场中的力线逐步传递的，最终才作用到电荷或电流上。他在1831年发现了著名的电磁感应定律，并用磁力线的模型对定律成功地进行了阐述，但是电磁感应定律的确认是在1851年，这一过程花了20年。1846年,M.法拉第还提出了光波是力线振动的设想，为以后麦克斯韦从数学上建立电磁场理论奠定了基础。.麦克斯韦继承并发展了法拉第的这些思想，仿照流体力学中的方法，采用严格的数学形式,将电

高中物理电磁场知识点

高中物理电磁场和电磁波知识点总结 1.麦克斯韦的电磁场理论 (1)变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场. (2)随时间均匀变化的磁场产生稳定电场.随时间不均匀变化的磁场产生变化的电场.随时间均匀变化的电场产生稳定磁场，随时间不均匀变化的电场产生变化的磁场. (3)变化的电场和变化的磁场总是相互关系着，形成一个不可分割的统一体，这就是电磁场. 2.电磁波 (1)周期性变化的电场和磁场总是互相转化，互相激励，交替产生，由发生区域向周围空间传播，形成电磁波. (2)电磁波是横波(3)电磁波可以在真空中传播，电磁波从一种介质进入另一介质，频率不变、波速和波长均发生变化，电磁波传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v=λf，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速c=3.00×10 8 m/s. 下面为大家介绍的是20XX年高考物理知识点总结电磁感应，希望对大家会有所帮助。 1. 电磁感应现象:利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流. (1)产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化，即ΔΦ≠0.(2)产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线路中就有感应电动势.产生感应电动势的那部分导体相当于电源. (2)电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流，回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流. 2.磁通量(1)定义:磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量，定义 式:Φ=BS.如果面积S与B不垂直，应以B乘以在垂直于磁场方向上的投影面积S′，即Φ=BS′，国际单位:Wb 求磁通量时应该是穿过某一面积的磁感线的净条数.任何一个面都有正、反两个面;磁感线从面的正方向穿入时，穿过该面的磁通量为正.反之，磁通量为负.所求磁通量为正、反两面穿入的磁感线的代数和. 3. 楞次定律 (1)楞次定律:感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.楞次定律适用于一般情况的感应电流方向的判定，而右手定则只适用于导线切割磁感线运动的情况，此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简便. (2)对楞次定律的理解 ①谁阻碍谁———感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的磁通量. ②阻碍什么———阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身.③如何阻碍———原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”.④阻碍的结果———阻碍并不是阻止，结果是增加的还增加，减少的还减少. (3)楞次定律的另一种表述:感应电流总是阻碍产生它的那个原因，表现形式有三种: ①阻碍原磁通量的变化;②阻碍物体间的相对运动;③阻碍原电流的变化(自感). 4.法拉第电磁感应定律 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比.表达式 E=nΔΦ/Δt 当导体做切割磁感线运动时，其感应电动势的计算公式为E=BLvsinθ.当B、L、v三者两两垂直时，感应电动势E=BLv.(1)两个公式的选用方法E=nΔΦ/Δt 计算的是在Δt时间内的平均电动势，只有当磁通量的变化率是恒定不变时，它算出的才是瞬时电动势.E=BLvsinθ中的v若为瞬时速度，则算出的就是瞬时电动势:若v为平均速度，算出的就是平均电动势.(2)公式的变形 ①当线圈垂直磁场方向放置，线圈的面积S保持不变，只是磁场的磁感强度均匀变化时，感应电动势:E=nSΔB/Δt . ②如果磁感强度不变，而线圈面积均匀变化时，感应电动势E=Nbδs/Δt . 5.自感现象

电磁学发展史简述

绪论 一、电磁学发展史简述 1概述 早期，由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关的，同时也由于磁学本身的发展和应用，如近代磁性材料和磁学技术的发展，新的磁效应和磁现象的发现和应用等等，使得磁学的内容不断扩大，所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。 电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于两个重要的实验发现，即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。这两个实验现象，加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。 麦克斯韦电磁理论的重大意义，不仅在于这个理论支配着一切宏观电磁现象(包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等)，而且在于它将光学现象统一在这个理论框架之内，深刻地影响着人们认识物质世界的思想。

电子的发现，使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来，洛伦兹的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应，统一地解释了电、磁、光现象。 和电磁学密切相关的是经典电动力学，两者在内容上并没有原则的区别。一般说来，电磁学偏重于电磁现象的实验研究，从广泛的电磁现象研究中归纳出电磁学的基本规律；经典电动力学则偏重于理论方面，它以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础，研究电磁场分布，电磁波的激发、辐射和传播，以及带电粒子与电磁场的相互作用等电磁问题，也可以说，广义的电磁学包含了经典电动力学。 2电学发展简史 “电”一词在西方是从希腊文琥珀一词转意而来的，在中国则是从雷闪现象中引出来的。自从18世纪中叶以来，对电的研究逐渐蓬勃开展。它的每项重大发现都引起广泛的实用研究，从而促进科学技术的飞速发展。 现今，无论人类生活、科学技术活动以及物质生产活动都已离不开电。随着科学技术的发展，某些带有专门知识的研究内容逐渐独立，形成专门的学科，如电子学、电工学等。电学又可称为电磁学，是物理学中颇具重要意义的基础学科。

电磁场理论发展史(DOC 6页)

电磁场理论发展史 引言 载法拉弟发现电磁感应现象的那一年，英国诞生了一位伟大的科学家——麦克斯韦，他因创立电磁场理论而成为十九世纪最伟大的物理学家．麦克斯韦创立电磁场理论系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。 一、历史的前奏 在麦克斯韦以前，解释电磁相互作用有两种相互对立的观点．一种是超距作用学说．即在研究两个电荷之间相互作用力时，忽略中介空间的作用，电荷会超越空间距离而互相作用，库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说来解释电磁相互作用的．这种学说当时拥有数学基础．另一种是媒递作用学说．认为空间有一种能传递电力的媒质（称作以太）存在，电荷间通过媒质互相作用．法拉弟通过实验揭露了空间媒质的重要作用，他认为在空间媒质中充满了电力线，即通过场来传递，但媒递作用学说还没有数学基础，不易被人接受．也使其发展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的发展．他中学时曾在数学和诗歌比赛中获第一名，这显示了他的数学才华与丰富的想象力方面的潜力．他年轻时曾读过法拉弟的《电学实验研究》，对法拉弟的物理思想（如电力线和场的思想）十分推崇，同时也发现了它的弱点．麦克斯韦对电磁相互作用的超距观点早就表示“不能接受即时传播的思想”，在法拉弟的物理思想影响下，他决心“为法拉弟的场概念提供数学方法的基础”． 二、麦克斯韦创立电磁场理论 麦克斯韦创立电磁场理论可分为三个阶段： 第一阶段，统一已知电磁定律 麦克斯韦于1856年发表了他的第一篇论文《论法拉弟的力线》，在这篇文章中，他试图用数学语言精确地表述法拉弟的力线概念，他采用数学推论与物理类比相结合的方法，以假想流体的力学模型去模拟电磁现象．他说：“借助于这种类比，我试图以一种方便的和易于处理的形式为研究电现象提供必要的数学观念”他的目标是想据此统一已知的电磁学定律．麦克斯韦为达到此目的，他运用了“建立力学模型——引出基本公式——进行数学引伸推导”的解决科学问题的思路和方法． 第一步，建立力学模型 首先运用类比方法，麦克斯韦把电磁现象和力学现象做了类比，认为可以建立一种不可压缩流体的力学模型来模拟电磁现象．这种流体模型为：一是没有惯性，因而也就没有质量；二是不可压缩；三是可以从无产生，又可消失．显然这是一种假设理想流体．麦克斯韦在这篇文章中写道：“我企图把一个在空间画力线的清楚概念摆在一个几何学家的面前，并利用一个流体的流线的概念，说明如何画出这些流线来”“力线的切线方向就是电场力的方向，力线的密度表示电场力的大小”．他企图阐明电力线和电力线所在空间之间的几何关

大学物理电磁学知识点汇总

稳恒电流 1.电流形成的条件、电流定义、单位、电流密度矢量、电流场（注意我们 又涉及到了场的概念） 2.电流连续性方程（注意和电荷守恒联系起来）、电流稳恒条件。 3.欧姆定律的两种表述（积分型、微分型）、电导、电阻定律、电阻、电 导率、电阻率、电阻温度系数、理解超导现象 4.电阻的计算（这是重点）。 5.金属导电的经典微观解释（了解）。 6.焦耳定律两种形式（积分、微分）。（这里要明白一点：微分型方程是 精确的，是强解。而积分方程是近似的，是弱解。） 7.电动势、电源的作用、电源做功。、 8.含源电路欧姆定律。 9.基尔霍夫定律（节点电流定律、环路电压定律。明白两者的物理基础。）习题：13.19；13.20 真空中的稳恒磁场 电磁学里面极为重要的一章 1. 几个概念：磁性、磁极、磁单极子、磁力、分子电流 2. 磁感应强度（定义、大小、方向、单位）、洛仑磁力（磁场对电荷的作用） 3. 毕奥-萨伐尔定律（稳恒电流元的磁场分布——实验定律）、磁场叠加原理（这是磁场的两大基本定律——对比电场的两大基本定律） 4. 毕奥-萨伐尔定律的应用（重点）。 5. 磁矩、螺线管磁场、运动电荷的磁场（和毕奥-萨伐尔定律等价——更基本） 6. 稳恒磁场的基本定理（高斯定理、安培环路定理——与电场对比） 7. 安培环路定理的应用（重要——求磁场强度） 8. 磁场对电流的作用（安培力、安培定律积分、微分形式）

9. 安培定律的应用（例14.2；平直导线相互作用、磁场对载流线圈的作用、磁力矩做功） 10. 电场对带电粒子的作用（电场力）；磁场对带电粒子的作用（洛仑磁力）；重力场对带电粒子的作用（引力）。 11. 三场作用叠加（霍尔效应、质谱仪、例14.4） 习题：14.20，14.22，14.27，14.32，14.46，14.47 磁介质（与电解质对比） 1.几个重要概念：磁化、附加磁场、相对磁导率、顺磁质、抗磁质、铁磁 质、弱磁质、强磁质。（请自己阅读并绘制磁场和电场相关概念和公式 的对照表） 2.磁性的起源（分子电流）、轨道磁矩、自旋磁矩、分子矩、顺磁质、抗 磁质的形成原理。 3.磁化强度、磁化电流、磁化面电流密度、束缚电流。 4.磁化强度和磁化电流的关系（微分关系、积分关系） 5.有磁介质存在时的磁场基本定理、磁场强度矢量H、有磁介质存在时的 安培环路定律（有电解质存在的安培环路定律）、磁化规律。 6.请比较B、H、M和E、D、P的关系。磁化率、相对磁导率、绝对磁导 率。 7.有磁介质存在的安培环路定理的应用（例15.1、例15.2）、有磁介质存 在的高斯定理。 8.铁磁质（起始磁化曲线、磁滞回线、饱和磁感应强度、起始磁导率、磁 滞效应、磁滞、剩磁、矫顽力、磁滞损耗、磁畴、居里点、软磁材料、 硬磁材料、矩磁材料）（了解） 习题： 15.11

计算电磁学入门基础介绍

计算电磁学入门基础介绍 一. 计算电磁学的重要性 在现代科学研究中，“科学试验，理论分析，高性能计算”已经成为三种重要的研究手段。在电磁学领域中，经典电磁理论只能在11 种可分离变量坐标系中求解麦克斯韦方程组或者其退化形式，最后得到解析解。解析解的优点在于： ①可将解答表示为己知函数的显式，从而可计算出精确的数值结果; ②可以作为近似解和数值解的检验标准; ③在解析过程中和在解的显式中可以观察到问题的内在联系和各个参数对数值结果所起的作用。 这种方法可以得到问题的准确解，而且效率也比较高，但是适用范围太窄，只能求解具有规则边界的简单问题。当遇到不规则形状或者任意形状边界问题时，则需要比较复杂的数学技巧，甚至无法求得解析解。20 世纪60 年代以来，随着电子计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法也迅速发展起来，并在实际工程问题中得到了广泛地应用，形成了计算电磁学研究领域，已经成为现代电磁理论研究的主流。简而言之，计算电磁学是在电磁场与微波技术学科中发展起来的，建立在电磁场理论基础上，以高性能计算机技术为工具，运用计算数学方法，专门解决复杂电磁场与微波工程问题的应用科学。相对于经典电磁理论分析而言，应用计算电磁学来解决电磁学问题时受边界约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。原则上来讲，从直流到光的宽广频率范围都属于该学科的研究范围。近几年来,电磁场工程在以电磁能量或信息的传输、转换过程为核心的强电与弱电领域中显示了重要作用。 二. 电磁问题的分析过程 电磁工程问题分析时所经历的一般过程为： 三. 计算电磁学的分类 (1) 时域方法与谱域方法 电磁学的数值计算方法可以分为时域方法(Time Domain或TD)和频域方法(Frequeney Domain或FD)两大类。 时域方法对Maxwell方程按时间步进后求解有关场量。最著名的时域方法是时域有限差分法(Finite Difference Time Domain或FDTD)。这种方法通常适用于求解在外界激励下场

电磁场理论发展史

电磁场理论 在法拉弟发现电磁感应现象的那一年，英国诞生了一位伟大的科学家--麦克斯韦，他因创立电磁场理论而成为十九世纪最伟大的物理学家．麦克斯韦创立电磁场理论的思路与方法大致如下． 一、历史的前奏 在麦克斯韦以前，解释电磁相互作用有两种相互对立的观点．一种是超距作用学说．即在研究两个电荷之间相互作用力时，忽略中介空间的作用，电荷会超越空间距离而互相作用，库仑、韦伯、安培等人都是主张用超距作用学说来解释电磁相互作用的．这种学说当时拥有数学基础．另一种是媒递作用学说．认为空间有一种能传递电力的媒质（称作以太）存在，电荷间通过媒质互相作用．法拉弟通过实验揭露了空间媒质的重要作用，他认为在空间媒质中充满了电力线，即通过场来传递，但媒递作用学说还没有数学基础，不易被人接受．也使其发展受到了阻碍．麦克斯韦功绩就在于建立了电磁场理论并促进了它的发展．他中学时曾在数学和诗歌比赛中获第一名，这显示了他的数学才华与丰富的想象力方面的潜力．他年轻时曾读过法拉弟的《电学实验研究》，对法拉弟的物理思想（如电力线和场的思想）十分推崇，同时也发现了它的弱点．麦克斯韦对电磁相互作用的超距观点早就表示"不能接受即时传播的思想"，在法拉弟的物理思想影响下，他决心"为法拉弟的场概念提供数学方法的基础"． 二、麦克斯韦创立电磁场理论 麦克斯韦创立电磁场理论可分为三个阶段： 第一阶段，统一已知电磁定律 麦克斯韦于1856年发表了他的第一篇论文《论法拉弟的力线》，在这篇文章中，他试图用数学语言精确地表述法拉弟的力线概念，他采用数学推论与物理类比相结合的方法，以假想流体的力学模型去模拟电磁现象．他说："借助于这种类比，我试图以一种方便的和易于处理的形式为研究电现象提供必要的数学观念"他的目标是想据此统一已知的电磁学定律．麦克斯韦为达到此目的，他运用了"建立力学模型--引出基本公式--进行数学引伸推导"的解决科学问题的思路和方法． 第一步，建立力学模型 首先运用类比方法，麦克斯韦把电磁现象和力学现象做了类比，认为可以建立一种不可压缩流体的力学模型来模拟电磁现象．这种流体模型为：一是没有惯性，因而也就没有质量；二是不可压缩；三是可以从无产生，又可消失．显然这是一种假设理想流体．麦克斯韦在这篇文章中写道："我企图把一个在空间画力线的清楚概念摆在一个几何学家的面前，并利用一个流体的流线的概念，说明如何画出这些流线来""力线的切线方向就是电场力的方向，力线的密度表示电场力的大小"．他企图阐明电力线和电力线所在空间之间的几何关系．他还试图通过类比凭借已知的力学公式推导出电磁学公式，寻求这两种不同的现象在数学形式上的类似． 第二步，引出基本公式 早在1842年，W·汤姆逊就曾把拉普拉斯的势函数的二阶微分方程，普遍用于热、电和磁的运动，建立了这三种相似现象的数学联系．1847年，他又在不可压缩流体的流线连续性基础上，论述了电磁现象和流体力学现象的共同性．麦克斯韦正是吸收了W·汤姆逊这种类比方法，把它发展成为研究各种力线的重要工具．例如麦克斯韦把电学中的势等效于流

电磁学知识点归纳

《电磁学》重要知识点归纳 (2017.6) 1、库仑定律：122 02112?4e r q q F πε= 12F ：q 1对 q 2的库仑力 12?e ：从q 1指向 q 2方向的单位矢量 2、电场的高斯定理 真空中：∑?= ?) (0 1 内S S q S d E ε 介质中：∑?= ?) (0 内S S q S d D 0q ：自由电荷 电位移：E D r εε0= 电极化强度：E P r 0)1(εε-= 3、点电荷的电场：球对称性！方向沿球面径向。 点电荷q 的电场:2 04)(r q r E πε= 点电荷dq 的电场： 2 04)(r dq r dE πε= 4、无限大均匀带电平面（两侧为均匀电场）

5、电势与电势能： 电势：??=b a a r d E V （b 为电势零点，b V ＝0 ） 某点的电势在数值等于单位正电荷在该点具有的电势能，也等于把单位正电荷从该点移到零电势点电场力所做的功。 电势能：a pa V q E 0= 保守力做功与势能增量的关系：pb pa p b a E E E W -=-=→? 6、静电场的环路定理：0=??L l d E (说明静电场为保守场） 7、均匀带电球面的电场和电势： ?????><=)(4)(0)(20R r r Q R r r E πε ???????>≤=)(4)(400R r r Q R r R Q V πεπε（球面及面内等电势） 8、导体(或金属)静电平衡的特点： （1）导体内部场强处处为0； （2）导体表面的电场强度方向垂直于导体表面； （3）导体表面的电场强度大小与表面附近处的电荷面密度成正比，即0 εσ = 表E ； （4）导体是一等势体，其表面为等势面； （5）导体内部无净余电荷，净余电荷只能分布在导体的表面。 9、电容的定义式： U Q C = 电容器的 C 只与两导体的形状、大小、相对位置及周围介质有关，与 Q 、U 无关！