2021-2022学年高二物理竞赛课件：电磁现象的普遍规律.pptx

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1、电磁现象的普遍规律电磁现象的普遍规律n n重重点点：从从特特殊殊到到一一般般，由由一一些些重重要要的的实实验验定定律及一些假设总结出麦克斯韦方程。律及一些假设总结出麦克斯韦方程。主要内容：主要内容：主要内容：主要内容：讨论几个定律，总结出静电场、静磁场方程；找出问题，提出假设，总结真空中麦氏方程；讨论介质电磁性质，得出介质中麦氏方程；给出求解麦氏方程的边值关系；引入电磁场能量、能流并讨论电磁能量的传输。难点：电磁场的边值关系、电磁场能量。难点：电磁场的边值关系、电磁场能量。库仑定律和电场强度库仑定律和电场强度描述一个描述一个静止点电静止点电荷对另一荷对另一静止点电静止点电荷的作用荷的作用力力Q

2、Q（场）（场）1.1.库仑定律库仑定律 静电学的基本实验定律；静电学的基本实验定律；静电学的基本实验定律；静电学的基本实验定律；QQ 对对对对QQ的作用力为的作用力为的作用力为的作用力为 ；两种物理解释两种物理解释两种物理解释两种物理解释:超超超超距距距距作作作作用用用用：一一一一个个个个点点点点电电电电荷荷荷荷不不不不需需需需中中中中间间间间媒媒媒媒介介介介直接施力与另一点电荷。（直接施力与另一点电荷。（直接施力与另一点电荷。（直接施力与另一点电荷。（？）场传递：相互作用通过场来传递。场传递：相互作用通过场来传递。场传递：相互作用通过场来传递。场传递：相互作用通过场来传递。对静电情对静电情况

3、两种观况两种观点等价点等价源源点电荷电场强度点电荷电场强度它它它它的的的的方方方方向向向向沿沿沿沿试试试试探探探探电电电电荷荷荷荷受受受受力力力力的的的的方方方方向向向向，大大大大小小小小与与与与试试试试探探探探点点点点电电电电荷荷荷荷无无无无关关关关。给给给给定定定定QQ，它它它它仅仅仅仅是是是是空空空空间间间间点点点点函函函函数数数数，因因因因而静电场是一个矢量场。而静电场是一个矢量场。而静电场是一个矢量场。而静电场是一个矢量场。电荷周围空间存在电场：即任何电荷都在自电荷周围空间存在电场：即任何电荷都在自电荷周围空间存在电场：即任何电荷都在自电荷周围空间存在电场：即任何电荷都在自己周围空间

4、激发电场。己周围空间激发电场。己周围空间激发电场。己周围空间激发电场。电荷电荷电场电场电荷电荷电场的基本性质电场的基本性质：对电场中的电荷有力的作用对电场中的电荷有力的作用 描描描描述述述述电电电电场场场场的的的的函函函函数数数数-电场强度电场强度电场强度电场强度场的叠加原理（实验定律）场的叠加原理（实验定律）电荷系在空间某点产生的电场强度等于组成该电荷系电荷系在空间某点产生的电场强度等于组成该电荷系的各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。的各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。Q1QnQi平行四边型法则电荷密度分布电荷密度分布 体电荷体电荷面电荷面电荷线电荷线电荷连续分布电荷激发

5、的电场强度连续分布电荷激发的电场强度 对场中一个点电荷，受力对场中一个点电荷，受力 仍成立仍成立 dQdQPrn n若若已已知知 ，原原则则上上可可求求出出 。若若不不能能积积分分,可可近近似似求求解解或或数数值值积积分分。但但是是在在许许多多实实际际情情况况 不不总总是是已已知知的的。例例如如，空空间间存存在在导导体体介介质质，导导体体上上会会出出现现感感应应电电荷荷分分布布，介介质质中中会会出出现现束束缚缚电电荷荷分分布布，这这些些电电荷荷分分布布一一般般是是不不知知道道或或不不可可测测的的，它它们们产产生生一一个个附附加加场场 ，总总场场为为 。因因此此要要确确定定空空间间电电场场，在在

6、许许多多情情况况下下不不能能用用上上式式，而而需需用其他方法。用其他方法。n n静静电电场场对对任任一一闭闭合合曲曲面面的的通通量量等等于于面面内内电电荷荷与真空介电常数比值。与真空介电常数比值。n n它适用求解对称性很高情况下的静电场。它适用求解对称性很高情况下的静电场。n n它它反反映映了了电电荷荷分分布布与与电电场场强强度度在在给给定定区区域域内内的关系，的关系，不反应电场的点与点间的关系。不反应电场的点与点间的关系。n n电场是有源场，源为电荷。电场是有源场，源为电荷。1.1.高斯高斯 定理定理 Ervn n它又称为静电场高斯定理的微分形式。它又称为静电场高斯定理的微分形式。它又称为静

7、电场高斯定理的微分形式。它又称为静电场高斯定理的微分形式。n n它它它它说说说说明明明明空空空空间间间间某某某某点点点点的的的的电电电电场场场场强强强强度度度度的的的的散散散散度度度度只只只只与与与与该该该该点点点点电电电电荷荷荷荷体密度有关，与其它点的无关。体密度有关，与其它点的无关。体密度有关，与其它点的无关。体密度有关，与其它点的无关。n n它刻画静电场在空间各点发散和会聚情况。它刻画静电场在空间各点发散和会聚情况。它刻画静电场在空间各点发散和会聚情况。它刻画静电场在空间各点发散和会聚情况。n n它它它它仅仅仅仅适适适适用用用用于于于于连连连连续续续续分分分分布布布布的的的的区区区区域域

8、域域，在在在在分分分分界界界界面面面面上上上上，电电电电场场场场强度一般不连续，因而不能使用。强度一般不连续，因而不能使用。强度一般不连续，因而不能使用。强度一般不连续，因而不能使用。n n由由由由于于于于电电电电场场场场强强强强度度度度有有有有三三三三个个个个分分分分量量量量，仅仅仅仅此此此此方方方方程程程程不不不不能能能能确确确确定定定定，还要知道静电场的旋度方程。还要知道静电场的旋度方程。还要知道静电场的旋度方程。还要知道静电场的旋度方程。1.1.环路定理环路定理 静电场对任意闭合回路的环量为零。静电场对任意闭合回路的环量为零。静电场对任意闭合回路的环量为零。静电场对任意闭合回路的环量为

9、零。说明在回路内无涡旋存在，静电场是不闭合的。说明在回路内无涡旋存在，静电场是不闭合的。说明在回路内无涡旋存在，静电场是不闭合的。说明在回路内无涡旋存在，静电场是不闭合的。证明（不要求）证明（不要求）又称为环路定理的微分形式，又称为环路定理的微分形式，仅仅适用静电场。适用静电场。它说明静电场为无旋场，电力线永不闭合。它说明静电场为无旋场，电力线永不闭合。在在分界面上分界面上电场强度一般不连续，旋度方程电场强度一般不连续，旋度方程 不适用，只能用环路定理。不适用，只能用环路定理。电场强度有三个分量方程，但只有两个独立电场强度有三个分量方程，但只有两个独立 的方程。的方程。？17951799179

10、517991795179917951799年年年年在在在在哥哥哥哥廷廷廷廷根根根根大大大大学学学学学学学学习习习习，1799179917991799年年年年获获获获博博博博士士士士学学学学位位位位。1870187018701870年年年年任任任任哥哥哥哥廷廷廷廷根根根根大大大大学学学学数数数数学学学学教教教教授授授授和和和和哥哥哥哥廷廷廷廷根根根根天天天天文文文文台台台台台台台台长长长长，一一一一直直直直到到到到逝逝逝逝世世世世。1855185518551855年年年年2 2 2 2月月月月23232323日日日日在在在在哥哥哥哥廷廷廷廷根根根根逝逝逝逝世世世世。他他他他一一一一生生生生中中中

11、中共共共共发发发发表表表表323323323323篇篇篇篇（种种种种）著著著著作作作作，提提提提出出出出404404404404项项项项科科科科学学学学创创创创见见见见（发发发发表表表表178178178178项项项项），在在在在各各各各领领领领域域域域的的的的主主主主要要要要成成成成就就就就有有有有：（1 1 1 1）关关关关于于于于静静静静电电电电学学学学温温温温差差差差电电电电和和和和摩摩摩摩擦擦擦擦电电电电的的的的研研研研究究究究、利利利利用用用用绝绝绝绝对对对对单单单单位位位位（长长长长度度度度质质质质量量量量和和和和时时时时间间间间）法法法法则则则则量量量量度度度度非非非非力力力力

12、学学学学量量量量以以以以及及及及地地地地磁磁磁磁分分分分布布布布的的的的理理理理论论论论研研研研究究究究；（2 2 2 2）利利利利用用用用几几几几何何何何学学学学知知知知识识识识研研研研究究究究光光光光学学学学系系系系统统统统近近近近轴轴轴轴光光光光线线线线行行行行为为为为和和和和成成成成像像像像，建建建建立立立立高高高高斯斯斯斯定定定定理理理理光光光光学学学学；（3 3 3 3）天天天天文文文文学学学学和和和和大大大大地地地地测测测测量量量量学学学学中中中中，如如如如小小小小行行行行星星星星轨轨轨轨道道道道的的的的计计计计算算算算，地地地地球球球球大大大大小小小小和和和和形形形形状状状状的

13、的的的理理理理论论论论研研研研究究究究等等等等；（4 4 4 4）结结结结合合合合试试试试验验验验数数数数据据据据的的的的测测测测算算算算，发发发发展展展展了了了了概概概概率率率率统统统统计计计计理理理理论论论论和和和和误误误误差差差差理理理理论论论论，发发发发明明明明了了了了最最最最小小小小二二二二乘乘乘乘法法法法，引引引引入入入入高高高高斯斯斯斯定定定定理理理理误误误误差差差差曲曲曲曲线线线线。此此此此外外外外，在在在在纯纯纯纯数数数数学学学学方方方方面面面面，对对对对数数数数论论论论、代代代代数数数数、几几几几何何何何学学学学的的的的若若若若干基本定理作出严格证明。干基本定理作出严格证明。干基本定理作出严格证明。干基本定理作出严格证明。德德国国数数学学家家和和物物理理学学家家。17771777年年4 4月月3030日日生生于于德德国国布布伦伦瑞瑞克克，幼幼时时家家境境贫贫困困，聪聪敏敏异异常常，受受一一贵贵族族资资助助才才进进学校受教育。学校受教育。高斯