电动力学第0章绪论.ppt

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1、电动力学课件Electrodynamices成都信息工程学院光电技术学院教师：杨进课件密码：84760512第0章 绪论及数学准备 第2章 静电场 第3章 静磁场 第4章 电磁波的传播第5章 电磁波的辐射电 动 力 学目录第1章 电磁现象的普遍规律课程类型：物理学、物理学本科专业主干课学时学分：64学时，4学分先修要求：电磁学,高等数学,数学物理方程基本目的：学习处理电磁问题的一般理论和方法内容提要：1电磁场的基本规律2静电问题和静磁问题课程简介成绩评定：期末考试（80%），平时及作业（20%）3电磁波的辐射和传播一、基本情况及要求22、研究对象、研究对象电电动动力力学学主主要要研研究究电电磁

2、磁场场的的基基本本性性质质，运运动动规规律律以以及及与与带带电电物物质质之之间间的的相相互互作用。作用。11、课程性质电动力学是物理学科的一门重要基础理论课，是物理学的“四大力学四大力学”之一。1 绪 论普通物理学数学电动力学统计力学量子力学理论物理学固体物理学激光物理学量子电动力学量子场论电子通信类课程电磁相关的技术3、学习目的与要求（1）通过学习电磁运动的基本规律，加深对电磁场基本性质的理解；（2）通过学习狭义相对论理论了解相对论的时空观及有关的基本理论；（3）获得在本门课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力；（4）为学习后续课程和解决实际问题打下必要的基础。4、主要考核目标（1）掌握

3、矢量场论的简单运算；（2）掌握电磁场基本理论、重要实验定律；（3）掌握静电场和静磁场的基本理论和解题 方法；（4）掌握电磁波传播和辐射的基本概念和简单 应用。5、重点和难点重点：第一、二、四、五章难点：公式多、需要记得多、数学推导较繁杂，解题难度大。二、电动力学与电磁学的联系与区别n n范围：范围：既讨论静场又讨论变化场，外加相对论。既讨论静场又讨论变化场，外加相对论。n n深度：深度：从矢量场论出发，总结电磁现象普遍规律，解题更从矢量场论出发，总结电磁现象普遍规律，解题更具一般性。具一般性。n n方法：方法：建立模型、求解方程、注重理论。建立模型、求解方程、注重理论。n n数学：数学：矢量场

4、论、张量分析、数理方程、特殊函数。矢量场论、张量分析、数理方程、特殊函数。矢量分析+数理方法+电磁学电动力学三、理论物理的特点n n 模型建立在一些实验与一系列假设基础之上n n 模型一般为偏微分方程n n 求解方程需要特殊的数学方法n n 理论的正确由求解结果与实验是否相符合来验证n n 一些基本思想在争论中不断发展四、适用范围及主要应用n n 适用于宏观电磁现象，对于微观粒子不考虑波动性，同时也不考虑电磁场的量子性。n n 主要应用：电力工业技术、广播、通讯、雷达、测井技术、加速器、光电子技术、激光理论、非线性光学、等离子体、天体物理。微波炉怎样把食物加热的 微波 微波(microwave

5、s)(microwaves)就是频率介乎 就是频率介乎30030000MHz(30030000MHz(波长介乎 波长介乎1100cm)1100cm)的电 的电磁波。微波妒就是利用微波的能量把食物加热，磁波。微波妒就是利用微波的能量把食物加热，由微波的能量转变为食物的内能。由微波的能量转变为食物的内能。在水分子 在水分子(H2O)(H2O)中，中，H2 H2的一端带正电，的一端带正电，而 而O O的一端带负电。微波通过食物时，微波的 的一端带负电。微波通过食物时，微波的电场就对水分子产生作用力，令水分子的正负 电场就对水分子产生作用力，令水分子的正负两端急剧地扭转振动。如图所示。这振动就引 两端

6、急剧地扭转振动。如图所示。这振动就引致摩擦生热，迅速把食物煮熟。致摩擦生热，迅速把食物煮熟。微波炉的微波频率为 微波炉的微波频率为 2450MHz 2450MHz，这是使水分，这是使水分子振动的最有效频率。子振动的最有效频率。瓷质盛器中没有水分子，也没有一端正一 瓷质盛器中没有水分子，也没有一端正一端负的其他分子，故微波炉的电场不能使其分 端负的其他分子，故微波炉的电场不能使其分子运动，故不会被加热。反之，金属盛器中具 子运动，故不会被加热。反之，金属盛器中具有大量的自由电子。自由电子轻易受到微波的 有大量的自由电子。自由电子轻易受到微波的电场而运动，善于吸收微波的能量而受热。故 电场而运动，

7、善于吸收微波的能量而受热。故不要用金属器皿载食物放入微波妒中。不要用金属器皿载食物放入微波妒中。环境电磁学n n主要研究各种电磁污染的来源及其对人类生活环境主要研究各种电磁污染的来源及其对人类生活环境的影响。的影响。n n电磁污染：天然的和人为的各种电磁波干扰和有害电磁污染：天然的和人为的各种电磁波干扰和有害的电磁辐射。的电磁辐射。n n研究内容：研究和提高电子仪器和电气设备在强烈研究内容：研究和提高电子仪器和电气设备在强烈电磁干扰环境中的工作稳定性和可靠性；高强度电电磁干扰环境中的工作稳定性和可靠性；高强度电磁辐射的物理化学和生物效应，特别是它对人体的磁辐射的物理化学和生物效应，特别是它对人

8、体的作用和危害（无线电广播，电视，微波，射频作用和危害（无线电广播，电视，微波，射频）n n天然的电磁污染：自然现象，雷电，火山喷发，地天然的电磁污染：自然现象，雷电，火山喷发，地震，太阳黑子活动引起磁暴。天然的电磁污染对短震，太阳黑子活动引起磁暴。天然的电磁污染对短波通信的干扰特别严重。波通信的干扰特别严重。n n人为电磁污染：脉冲放电（切断大电流电路产生火人为电磁污染：脉冲放电（切断大电流电路产生火花），工频交变电磁场（变压器花），工频交变电磁场（变压器），射频电磁辐射），射频电磁辐射（广播电视，微波通信）（广播电视，微波通信）五、主要参考书1 1 王王家家礼礼电电磁磁场场与与电电磁磁波波

9、 西西电电出出版版社社 第第二二版版 200420042 2 谢谢处处方方等等编编电电磁磁场场与与电电磁磁波波（第第四四版版）高高教教出版社出版社 20052005年年3 3 王王家家礼礼等等编编电电磁磁场场与与电电磁磁波波学学习习指指导导(第第四四版版)西安电子科大出版社西安电子科大出版社 20052005年年 4 4 林璇英、张之翔林璇英、张之翔 电动力学题解电动力学题解科学出版社科学出版社 19991999；5 5 王王雪雪君君电电动动力力学学解解题题指指导导 北北京京师师范范大大学学出出版社版社 1998 1998 1785 1785 库仑定律库仑定律 1820 1820 电流磁效应（

10、毕萨定律）电流磁效应（毕萨定律）1822 1822 安培作用力定律（电动力学一词开始使用）安培作用力定律（电动力学一词开始使用）1831 1831 电磁感应（法拉第），场的思想电磁感应（法拉第），场的思想 1856-1873 1856-1873 麦克斯韦方程，预言了电磁波的存在麦克斯韦方程，预言了电磁波的存在 1881-1887 1881-1887 迈迈克克尔尔逊逊实实验验（18811881）,迈迈莫莫雷雷实实验验（18871887）1888 1888 赫兹证实电磁波存在赫兹证实电磁波存在 1905 1905 狭狭义义相相对对论论（爱爱因因斯斯坦坦“论论运运动动物物体体的的电电动动力学力学”）

11、。）。六、发展简史法拉第 英国物理学家和化学家。英国物理学家和化学家。最主要贡献：最主要贡献：1831 1831年发现了电磁感应现象。年发现了电磁感应现象。1834 1834年 年他 他研 研究 究电 电流 流通 通过 过溶 溶液 液时 时产 产生 生的 的化 化学 学变 变化 化，提 提出 出了 了法 法拉 拉第 第电 电解 解定 定律 律。这 这一 一定 定律 律为发展电结构理论开辟了道路。为发展电结构理论开辟了道路。1845 1845年 年9 9月 月13 13日 日法 法拉 拉第 第发 发现 现，一 一束 束平 平面 面偏 偏振 振光 光通 通过 过磁 磁场 场时 时发 发生 生旋 旋

12、转 转，这 这种 种现 现象 象被 被称 称为 为“法 法拉 拉第 第效 效应 应”。法 法拉 拉第 第认 认为 为光 光具 具有 有电 电磁 磁性 性质，质，是光的电磁波理论的先驱 是光的电磁波理论的先驱 1852 1852年他引进磁力线概念。年他引进磁力线概念。他 他的 的很 很多 多成 成就 就不 不仅 仅非 非常 常重 重要 要、且 且是 是带 带根 根本性的理论。本性的理论。（1791 1791 1867 1867）他 他制 制造 造了 了世 世界 界上 上第 第一 一台 台发 发电 电机 机。法 法拉 拉第 第发 发现 现电 电介 介质 质的 的作 作用 用，创 创立 立了 了介

13、介电 电常 常数 数的 的概 概念 念。后 后来 来电 电容 容的 的单 单位 位“法 法拉 拉”就 就是 是用 用他 他的 的名字命名的。名字命名的。返回麦克斯韦(James Clerk Maxwell 18311879)生平简介：英国物理学家，1831年6月13日生于英国爱丁堡的一个地主家庭，8岁时，母亲去世，在父亲的诱导下学习科学，16岁时进入爱丁堡大学，1850年转入剑桥大学研习数学，1854年以优异成绩毕业于该校三一学院数学系，并留校任职。1856年到阿伯丁的马里沙耳学院任自然哲学教授。1860年到伦敦任皇家学院自然哲学及天文学教授。1865年辞去教职还乡，专心治学和著述。1871年

14、受聘为剑桥大学的实验物理学教授，负责筹建该校的第一所物理学实验室卡文迪许实验室，1874年建成后担任主任。1879年11月5日在剑桥逝世，终年只有49岁。科学成就：电磁场理论和光的电磁理论，预言了电磁波的存在，1873电磁学通论。他建立了实验验证的严格理论，并重复卡文迪许的实验，他还发明了麦克斯韦电桥。运用数学统计的方法导出了分子运动的麦克斯韦速度分布律，创立了定量色度学，负责建立起来的卡文迪许实验室。法拉第专于实验探索，麦克斯韦擅长理论概括返回返回实验物理学家迈克尔孙n n 迈 迈克 克耳 耳孙 孙1873 1873年 年毕 毕业 业于 于美 美国 国海 海军 军学 学院 院，并 并留 留校

15、 校教 教物 物理 理和 和化 化学 学。大 大约 约在 在5 5年 年后 后，开 开始 始进 进行 行光 光速 速的 的测 测量 量工 工作 作，随 随后 后游 游学 学欧 欧洲 洲，在 在德 德国 国和 和法 法国 国学 学习 习光 光学 学。回 回国 国后 后离 离开 开海 海军 军成 成为 为凯 凯斯 斯学 学院 院物 物理 理学 学教 教授 授。迈 迈克 克耳 耳孙 孙因 因为 为精 精密 密光 光学 学仪 仪器 器和 和借 借助 助这 这些 些仪 仪器 器进 进行 行的 的光 光谱 谱学 学和 和度 度量 量学 学的 的研 研究 究工 工作 作做 做出 出的 的贡献获得 贡献获得1

16、907 1907年的诺贝尔物理学奖。年的诺贝尔物理学奖。n n 迈 迈克 克耳 耳孙 孙自 自己 己设 设计 计了 了旋 旋转 转镜 镜和 和干 干涉 涉仪 仪，用 用以 以测 测定 定微 微小 小的 的长 长度 度、折 折射 射率 率和 和光 光波 波波 波长 长。1879 1879年 年，他 他得 得到 到的 的光 光速 速为 为2999105 2999105千 千米 米 秒 秒；1882 1882年 年，他 他得 得到 到的 的光 光速 速为 为2998536 2998536千 千米 米 秒 秒。这 这个 个结 结果 果被 被公 公认 认为 为国 国际 际标 标准 准，沿 沿用 用了 了

17、40 40年 年。迈 迈克 克耳 耳孙 孙最 最后 后一 一次 次测 测量 量光 光速 速是 是在 在加 加利 利福 福尼 尼亚 亚两 两座 座相 相差 差35 35千 千米 米的 的山 山上 上进 进行 行的 的，光 光速 速测 测量 量精 精确 确度 度最 最后 后达 达到 到了 了2997984 2997984千 千米 米 秒 秒。他就在这次测量过程中中风，于 他就在这次测量过程中中风，于1931 1931年去世。年去世。n n 迈 迈克 克耳 耳孙 孙最 最著 著名 名的 的实 实验 验是 是被 被称 称为 为迈 迈克 克耳 耳孙 孙 莫 莫雷 雷的 的测 测定 定以 以太 太是 是否

18、 否存 存在 在的实验（的实验（1887 1887）。）。爱因斯坦爱因斯坦20 世纪最杰出的科学家 爱因斯坦生于德国乌尔姆一个经营电器作坊的小业主家庭。一年后，随全家迁居慕尼黑。1894年，他的家迁到意大利米兰。1895年他转学到瑞士阿劳市的州立中学。1896年进苏黎世工业大学师范系学习物理学，1900年毕业。1901年取得瑞士国籍。1902年被伯尔尼瑞士专利局录用为技术员，从事发明专利申请的技术鉴定工作。他利用业余时间开展科学研究，于1905年在物理学三个不同领域中取得了历史性成就，特别是狭义相对论的建立和光量子论的提出，推动了物理学理论的革命。同年，以论文分子大小的新测定法，取得苏黎世大学

19、的博士学位。1879-1955 爱 爱因 因斯 斯坦 坦1908 1908年 年兼 兼任 任伯 伯尔 尔尼 尼大 大学 学编 编外 外讲 讲师 师。1909 1909年 年离 离开 开专 专利 利局 局任 任苏 苏黎 黎世 世大 大学 学理 理论 论物 物理 理学 学副 副教 教授 授。1911 1911年 年任 任布 布拉 拉格 格德 德语 语大 大学 学理 理论 论物 物理 理学 学教 教授 授，1912 1912年 年任 任母 母校 校苏 苏黎 黎世 世联 联邦 邦工 工业 业大 大学 学教 教授 授。1914 1914年 年，应 应马 马克 克斯 斯 普 普朗 朗克 克和 和瓦 瓦尔

20、尔特 特 能 能斯 斯脱 脱的 的邀 邀请 请，回 回德 德国 国任 任威 威廉 廉皇 皇家 家物 物理 理研 研究 究所 所所 所长 长兼 兼柏 柏林 林大 大学 学教 教授 授，直 直到 到1933 1933年 年。1920 1920年 年应 应亨 亨德 德里 里克 克 安 安东 东 洛 洛伦 伦兹 兹和 和保 保耳 耳 埃 埃伦 伦菲 菲斯 斯特 特的 的邀 邀请 请，兼 兼任 任荷 荷兰 兰莱 莱顿 顿大 大学 学特 特邀 邀教 教授 授。第 第一 一次 次世 世界 界大 大战 战爆 爆发 发后 后，他 他投 投入 入公 公开 开和 和地下的反战活动。地下的反战活动。n n 1915

21、1915年 年爱 爱因 因斯 斯坦 坦发 发表 表了 了广 广义 义相 相对 对论 论。他 他所 所作 作的 的光 光线 线经 经过 过太 太阳 阳引 引力 力场 场要 要弯 弯曲 曲的 的预 预言 言于 于1919 1919年 年由 由英 英国 国天 天文 文学 学家 家亚 亚瑟 瑟 斯 斯坦 坦利 利 爱 爱丁 丁顿 顿的 的日 日全 全食 食观 观测 测结 结果 果所 所证 证实 实。1916 1916年 年他 他预 预言 言的 的引 引力 力波 波在 在1978 1978年 年也 也得 得到 到了 了证 证实 实。爱 爱因 因斯 斯坦 坦和 和相 相对 对论 论在 在西 西方 方成 成

22、了 了家 家喻 喻户 户晓 晓的 的名 名词 词，同 同时 时也 也招 招来 来了 了德 德国 国和 和其 其他 他国 国家 家的 的沙 沙文 文主 主义 义者 者、军 军国 国主 主义 义者 者和 和排 排犹 犹主 主义 义者 者的恶毒攻击。的恶毒攻击。n n 爱 爱因 因斯 斯坦 坦因 因在 在光 光电 电效 效应 应方 方面 面的 的研 研究 究，而 而被 被授 授予 予1921 1921年诺贝尔物理学奖。年诺贝尔物理学奖。n n 1933 1933年 年1 1月 月纳 纳粹 粹党 党攫 攫取 取德 德国 国政 政权 权后 后，爱 爱因 因斯 斯坦 坦是 是科 科学 学界 界首 首要 要

23、的 的迫 迫害 害对 对象 象，幸 幸而 而当 当时 时他 他在 在美 美国 国讲 讲学 学，未 未遭 遭毒 毒手 手。3 3月 月他 他回 回欧 欧洲 洲后 后避 避居 居比 比利 利时 时，9 9月 月9 9日 日发 发现 现有 有准 准备 备行 行刺 刺他 他的 的盖 盖世 世太 太保 保跟 跟踪 踪，星 星夜 夜渡 渡海 海到 到英 英国 国，10 10月 月转 转到 到美 美国 国普 普林 林斯 斯顿 顿大 大学 学，任 任新 新建 建的 的高 高级 级研 研究 究院 院教 教授 授，直 直至 至1945 1945年 年退 退休 休。1940 1940年他取得美国国籍。年他取得美国国

24、籍。n n 1939 1939年 年他 他获 获悉 悉铀 铀核 核裂 裂变 变及 及其 其链 链式 式反 反应 应的 的发 发现 现，在 在匈 匈牙 牙利 利物 物理 理学 学家 家利 利奥 奥 西 西拉 拉德 德推 推动 动下 下，上 上书 书罗 罗斯 斯福 福总 总统 统，建 建议 议研 研制 制原 原子 子弹 弹，以 以防 防德 德国 国占 占先 先。第 第二 二次 次世 世界 界大 大战 战结 结束 束前 前夕 夕，美 美国 国在 在日 日本 本广 广岛 岛和 和长 长崎 崎两 两个 个城 城市 市上 上空 空投 投掷 掷原 原子 子弹 弹，爱 爱因 因斯 斯坦 坦对 对此 此强 强烈

25、 烈不 不满 满。战 战后 后，为 为开 开展 展反 反对 对核 核战 战争 争的 的和 和平 平运 运动 动和 和反 反对 对美 美国 国国 国内法西斯危险，进行不懈的斗争。内法西斯危险，进行不懈的斗争。n n 1955 1955年 年4 4月 月18 18日 日爱 爱因 因斯 斯坦 坦因 因主 主动 动脉 脉瘤 瘤破 破裂 裂逝 逝世 世于 于普 普林 林斯 斯顿 顿。遵 遵照 照他 他的 的遗 遗嘱 嘱，不 不举 举行 行任 任何 何丧 丧礼 礼，不 不筑 筑坟 坟墓 墓，不 不立 立纪 纪念 念碑 碑，骨 骨灰 灰撒 撒在 在永 永远 远对 对人 人保 保密 密的 的地 地方 方，为 为的 的是 是不 不使 使任 任何 何地方成为圣地。地方成为圣地。n n 爱 爱因 因斯 斯坦 坦的 的后 后半 半生 生一 一直 直从 从事 事寻 寻找 找大 大统 统一 一理 理论 论的 的工 工作 作，不 不过 过这 这项 项工 工作 作没 没有 有获 获得 得成 成功 功，现 现在 在大 大统 统一 一理 理论 论是 是理 理论 论物 物理 理学 学研 研究 究的 的中 中心 心问题。问题。爱因斯坦是耶路撒冷希伯来大学的注册商标 返回