高二物理竞赛磁场能量课件.pptx

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1、1磁场能量2tIIlHLdddcs（1）全电流是连续的；全电流是连续的；（2）位移电流和传导电流一样激发磁场；位移电流和传导电流一样激发磁场；（3）传导电流产生焦耳热，位移电流不产传导电流产生焦耳热，位移电流不产生焦耳热生焦耳热.+-dIcIscd)(dstDjlHL 全电流全电流dcsIII3RcIPQQcI* 例例1 有一圆形平行平板电容器，有一圆形平行平板电容器， 现对其充电，使电路上的传导现对其充电，使电路上的传导电流电流 ，若略去边缘效应，若略去边缘效应， 求（求（1）两极板间的位移电流；两极板间的位移电流； （2）两极板间离开轴线的距离为两极板间离开轴线的距离为 的点的点 处处的磁

2、感强度的磁感强度 . cm0 . 3RA5 . 2ddctQIcm0 . 2rP4tQRrtIdddd22dQRr22D) (2rD 解解 如图作一半径为如图作一半径为 平行于极板的圆平行于极板的圆形回路，通过此圆面积的电形回路，通过此圆面积的电位移通量为位移通量为rRcIPQQcI*r5ddcdIIIlHltQRrrHdd) 2(22tQRrBdd 220tQRrHdd 22计算得计算得T1011. 15BA1 . 1dI代入数据计算得代入数据计算得RcIPQQcI*r6 电磁场电磁场 麦克斯韦电磁场方程的麦克斯韦电磁场方程的 积分形式积分形式0d SsB 磁场高斯定理磁场高斯定理IlHld

3、Ssjd 安培环路定理安培环路定理 静电场环流定理静电场环流定理0dllE 静电场高斯定理静电场高斯定理qVsDVSdd70d SsBSlstDjlHd)(dcSlstBlEddqVsDVSdd方程的积分形式方程的积分形式麦克斯韦电磁场麦克斯韦电磁场（1）有旋电场有旋电场tDjdddkE麦克斯韦假设麦克斯韦假设（2）位移电流位移电流8意义意义1. 1. 是对电磁场宏观实验规律的全面总结和概括，是对电磁场宏观实验规律的全面总结和概括， 是是之一之一 . .未发现磁单极未发现磁单极法拉第电磁法拉第电磁感应定律感应定律安培定律安培定律位移电流假设位移电流假设库仑定律库仑定律感生电场假设感生电场假设电

4、场性质电场性质变化磁场变化磁场产生电场产生电场变化电场变化电场产生磁场产生磁场 VSVSDdd 0d SBSStBlESLdd 磁场性质磁场性质方方 程程实实 验验 基基 础础意意 义义S)tDjd(S LlHdBvqEqF方程中各量关系：方程中各量关系：EDr0HBr0EjE,B 定义：定义：9揭示了电磁场的统一性和相对性揭示了电磁场的统一性和相对性电磁场是统一的整体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可以表现为不同形态 . .空间空间带电体带电体对相对其静止的观察者对相对其静止的观察者 静电场静电场对相对其运动的观

5、察者对相对其运动的观察者电场电场磁场磁场预言了电磁波的存在预言了电磁波的存在由自由空间（由自由空间（ ）麦克斯韦方程组微分形式出发，）麦克斯韦方程组微分形式出发，可以推导出可以推导出0 0 j, 2222222222222222tHzHyHxHtEzEyExE 波动方程波动方程10 变化电场变化电场 变化磁场变化磁场变化电场变化电场 磁场磁场变化磁场变化磁场 电场电场可脱离电荷、电流在空间传播可脱离电荷、电流在空间传播电磁波电磁波线线H线线E（自由空间（自由空间 ）0 0 j, 0d SDS0d SBSStBlESLdd StDlHLSdd 11 预言了光的电磁本性预言了光的电磁本性电磁波的传

6、播速率电磁波的传播速率cv 001 HEoxczy实验证实：实验证实：德国科学家赫兹（德国科学家赫兹（1888 1888 年完成）年完成）用电磁波重复了所有光学反射、折射、衍射、干涉、用电磁波重复了所有光学反射、折射、衍射、干涉、偏振实验偏振实验. .相距相距1010米米赫兹赫兹（德（德.1857.185718941894）12 互补互补法拉第：来自社会底层、实验巨匠法拉第：来自社会底层、实验巨匠 . . 善于通过直觉善于通过直觉把握物理本质把握物理本质 . .麦克斯韦：出身名门望族、数学高手、善于建立模麦克斯韦：出身名门望族、数学高手、善于建立模型、综合、提高型、综合、提高 . .大大404

7、0岁岁历史历史之旅之旅实验实验 理论理论 实验实验法拉第法拉第 麦克斯韦麦克斯韦 赫兹赫兹 蓝图（基础）蓝图（基础）建设大厦建设大厦使其中住满人使其中住满人二者结合：理想类型的物理学家二者结合：理想类型的物理学家 起初当我看到你用这样的数学威力来针对这样的起初当我看到你用这样的数学威力来针对这样的主题，我几乎吓坏了。后来我才惊讶地看到，这个主题，我几乎吓坏了。后来我才惊讶地看到，这个主题居然处理得如此之好！主题居然处理得如此之好！ 18571857年法拉第给麦克斯韦的回信年法拉第给麦克斯韦的回信13 是经典物理是经典物理 近代物理桥梁近代物理桥梁麦氏方程不满足伽利略变换麦氏方程不满足伽利略变换

8、 相对论建立相对论建立“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地促使我去研究狭义相对论 .”.” 爱因斯坦爱因斯坦创新物理概念（涡旋电场、位移电流）创新物理概念（涡旋电场、位移电流）严密逻辑体系严密逻辑体系简洁数学形式简洁数学形式正确科学推论（两个预言）正确科学推论（两个预言）14 在概括电磁经验规律的历史发展中，导致了力在概括电磁经验规律的历史发展中，导致了力线的概念。用数学形式表达这一概念，给出了麦克线的概念。用数学形式表达这一概念，

9、给出了麦克斯韦方程组。麦克斯韦方程组导致了场论的诞生，斯韦方程组。麦克斯韦方程组导致了场论的诞生，而场论至今仍然是粒子物理的中心论题。麦克斯韦而场论至今仍然是粒子物理的中心论题。麦克斯韦方程组还导致了洛仑兹变换的概念，这个变换通过方程组还导致了洛仑兹变换的概念，这个变换通过爱因斯坦的工作揭示了平直时空的几何。爱因斯坦的工作揭示了平直时空的几何。 摘自摘自杨振宁文录杨振宁文录电磁的经验规律电磁的经验规律力线力线麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组（第一场论）（第一场论）洛仑兹变换洛仑兹变换平直时空的几何平直时空的几何第二场论第二场论弯曲时空的几何弯曲时空的几何第三场论第三场论非阿贝尔规范场非阿贝尔规范场

10、纤维丛几何纤维丛几何15局限性局限性（1 1）是在承认电荷连续分布基础上建立的宏观）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经典理论，未和物质微观结构联系起来 . .（2 2）不完全对称）不完全对称 ？ 不存在磁单极不存在磁单极 . .18951895年：年： 汤姆生发现电子汤姆生发现电子 . .20 20 世纪初：世纪初： 洛仑兹建立电磁现象微观理论洛仑兹建立电磁现象微观理论经典电子论经典电子论量子电磁理论量子电磁理论16思考：如果存在磁单极，麦克斯韦方程如何修正思考：如果存在磁单极，麦克斯韦方程如何修正 ？引入磁荷引入磁荷 、磁流、磁流m mj由对称性：由对称性： VeSVSDdd VmSVSBdd0 StBjlEmSLd)(d0 S)tDjSd( LlHd