2021-2022学年高二物理竞赛课件：电磁场的能量、动量.pptx

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1、电磁场的能量、动量能量密度：能量密度：能流密度矢量（坡印亭矢量）：能流密度矢量（坡印亭矢量）：电磁场的能量电磁场的能量电磁场的能量、动量电磁场的能量、动量 电磁场能量是按一定的方式分布于场内，而且随着场的电磁场能量是按一定的方式分布于场内，而且随着场的运动，能量在空间中传播运动，能量在空间中传播.根据麦克斯韦方程组，可得根据麦克斯韦方程组，可得平均能流密度：平均能流密度：1、理解位移电流的概念和全电流定律理解位移电流的概念和全电流定律;2、通过复习总结理解麦克斯韦方程组中各方程的物理意义、通过复习总结理解麦克斯韦方程组中各方程的物理意义;3、理解电磁波的波性特征和基本性质，了解电磁波的产生与理

2、解电磁波的波性特征和基本性质，了解电磁波的产生与 传播条件传播条件;4、理解电磁波能流密度的意义，并能应用坡印亭、理解电磁波能流密度的意义，并能应用坡印亭 矢量公式进矢量公式进 行分析计算行分析计算;5、了解电磁场的能量及其与电磁场动量的关系，了解电磁场、了解电磁场的能量及其与电磁场动量的关系，了解电磁场 的物质性的物质性.（2 2）电磁场的物质性）电磁场的物质性 实验证明：电磁场具有一切物质所具有的基本特征，如实验证明：电磁场具有一切物质所具有的基本特征，如能量、质量和动量等。能量、质量和动量等。能量密度：能量密度：质量密度：质量密度：动量密度：动量密度：能量和动量都是物质运动的量度，运动是

3、物质的存在形式，能量和动量都是物质运动的量度，运动是物质的存在形式，运动和物质是不可分割的运动和物质是不可分割的.电磁场具有动量和能量，它是物质电磁场具有动量和能量，它是物质的一种形态的一种形态.随着科学技术的发展，随着科学技术的发展，“场场”和和“实物实物”之间的界限之间的界限日益消失日益消失.电磁场与实物有相同点、也有差异？电磁场与实物有相同点、也有差异？例例 当当电电容容器器充充电电时时，判判断断电电容容器器内内外外坡坡印印廷廷矢量的方向矢量的方向(忽略边缘效应忽略边缘效应)II判断下面讲述是否正确判断下面讲述是否正确:坡印廷矢量坡印廷矢量S 沿导线中充电电沿导线中充电电流的方向流的方向

4、 坡印廷矢量坡印廷矢量S 处处沿半径方向处处沿半径方向指向电容器的外部指向电容器的外部 坡印廷矢量坡印廷矢量S 从正极板指向负从正极板指向负极板极板 坡印廷矢量坡印廷矢量S 处处沿以电容器处处沿以电容器中心对称轴为圆心的各圆周线的切线中心对称轴为圆心的各圆周线的切线方向方向例例 同轴电缆，内导线半径为同轴电缆，内导线半径为a，外导线半，外导线半径为径为b，两导线间为均匀绝缘介质，导线载流为，两导线间为均匀绝缘介质，导线载流为I，两导线间电压两导线间电压U，忽略导线电阻，试计算介质中的，忽略导线电阻，试计算介质中的能流能流S和传输功率和传输功率.解：根据安培环路定律解：根据安培环路定律设内导线单

5、位长度具有电荷设内导线单位长度具有电荷 ，则介质中电场，则介质中电场能流密度能流密度式中式中 为沿导线轴向单位矢量为沿导线轴向单位矢量.因导线间电压因导线间电压故故单位时间内沿单位时间内沿z轴方向通过环状截面的能量，即传输功率为轴方向通过环状截面的能量，即传输功率为辐射能流的平均值：辐射能流的平均值：特点：特点：振子频率越高，辐射能量越多。振子频率越高，辐射能量越多。这正是球面波的特性。这正是球面波的特性。发射能量具有很强的方向性。发射能量具有很强的方向性。为了减小为了减小LC值，值，LC振荡电路可以逐步地演化振荡电路可以逐步地演化为偶极子振荡电路。为偶极子振荡电路。如果是如果是LC振荡回路，

6、因为振荡回路，因为为了有效地把能量发送出去，应尽量减少为了有效地把能量发送出去，应尽量减少L和和C值，以提高值，以提高w w值。值。电磁波向外传播电磁波向外传播 载有电流载有电流I的导体的导体(或回路或回路)产生的磁感产生的磁感强度是对称性分布时，磁场能量密度强度是对称性分布时，磁场能量密度w w这时这时也呈对称性，通过积分可以简便地求得整个也呈对称性，通过积分可以简便地求得整个磁场所具有的总能量磁场所具有的总能量.已知电流已知电流I通过的线圈通过的线圈(回路回路)，能准确分析线，能准确分析线圈回路所包围的范围内，由此电流形成的磁场圈回路所包围的范围内，由此电流形成的磁场的空间分布，计算磁场穿过自身回路的总磁通的空间分布，计算磁场穿过自身回路的总磁通或磁通链数或磁通链数.但这种方法只适合有规则的简单的线圈回路但这种方法只适合有规则的简单的线圈回路.p“回路回路”，要求这一回路还是单一的，要求这一回路还是单一的.没有与其他回没有与其他回路发生交链路发生交链.p“电流电流”I,，通常是指线圈之间是彼此串接、并无，通常是指线圈之间是彼此串接、并无漏磁这先决条件前提下的线圈中的电流漏磁这先决条件前提下的线圈中的电流.