高中物理奥林匹克竞赛专题麦克斯韦方程组ppt课件.ppt

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1、第10章麦克斯韦方程组电磁场引言在力学现象中:在电学磁学电磁学及光学现象中：适用范围：电磁场第10章麦克斯韦方程组产生磁场的原因1、电流2、变化的磁场产生电场的原因1、电荷2、变化的电场?麦克斯韦理论肯定了这一点！稳恒磁场非稳恒时?0S1I(t)S2任意时刻空间每一点的磁场都是确定的，对于确定的回路积分只有唯一确定的值。S1RI（t）S2L一安培环路定理失效§1位移电流定理需要修正！方程的右边还有一个物理量？矛盾出现了：在非稳恒时，磁场的环路定理不成立，难道？二位移电流（1）二极板间的电位移

2、通量在充放电过程中位移电流位移电流密度定义IDRI（t）二位移电流（2）空间电位移分布不均匀IDRI（t）S1IS2S1RI（t）S2L二位移电流（3）传导电流与位移电流之和称为全电流和计算全电流相等矛盾解决了！！二位移电流（4）安培环路定理应修正为S1RI（t）S2L传导电流与位移电流之和称为全电流麦克斯韦的“位移电流”假说，是对人类的巨大贡献。揭示出，变化的电场可以产生电流，而电流的存在，就意味着磁场的存在。因此，变化的电场可以产生磁场。位移电流的特点（1）IDRI（t）1、大小与电位移

3、对时间的变化率相关。2、在产生磁场的作用方面与传导电流等价。1、只要电场随时间变化，就有相应的位移电流.2、位移电流与传导电流是完全不同的概念，仅在产生磁场方面二者等价.(1)在无传导电流的介质中ID=回路导线段I.(1)传导电流有电荷流动，通过导体会产生焦耳热.(2)ID无电荷流动。高频时介质也发热，那是分子反复极化造成.(2)在导体中，低频时IDI，可忽略；高频时不可略位移电流的特点（2）例两极板均为半径的导体圆板的平板电容器接入一电路，当充电时，极板间的电场强度以的变化率增加，若两极板

4、间为真空，忽略边缘效应，求(1)两极板间的位移电流；(2)两极板间磁感应强度分布，并估算极板边缘处的磁感应强度。IDRI（t）解：(1)忽略边缘效应，极板间场强均匀分布，则(2)两极板间的位移电流相当于均匀分布的柱电流，由对称性分析可知，这将产生具有轴对称的有旋磁场，磁感应线是以二极板中心连线为中心的一系列同心圆。沿磁感应线取一安培环路，根据全电流安培环路定理另一方面，由于对称性，可以计算环路积分因此，得到电磁感应强度的表达式在边缘处§2麦克斯韦方程组一积分形式静电场涡旋电场稳恒磁场“位移磁场”

5、二两类场同时存在Maxwell方程组三微分形式物质方程给定初始条件和边界条件原则上可以解决电磁场问题1886年29岁的赫兹发现：当电池通过一对线圈中的一个放电时，在另一个线圈里产生火花。赫兹振子高频加速运动电荷谐振器1888年他总结出：电磁感应是以波动形式传播的，并第一次使用了“电磁波”一词。赫兹§10-3平面电磁波振荡偶极振子发射的电磁波振荡电偶极矩：偶极子附近电场线的变化电场线磁场线BEpBCE例：振荡电偶极子的远场－近似的平面电磁波EB传播方向～§3电磁波自由空间1亥姆霍兹方程典型的波动

6、方程，其解：平面波、球面波、柱面波等等电场强度和磁场强度（大小和振动方向）是随时间变化的、是向外传播的，称为电磁波。传播的速度真空中：拉普拉斯算符光是一种电磁波！讨论辐射场振荡偶极子辐射的电磁波~（1）Z轴上各点=0或，E=H=0（2）XY平面上=/2Eo、Ho最大辐射强度发射功率——单位时间辐射总能量如何提高振荡电路的发射功率？~发射天线的基本单元~拉直2电磁波的特点（1）横波场强的方向与波传播方向垂直（3）波速（4）E、H同步（2）3电磁波的能量密度、能流密度

7、X坡印廷矢量在真空中：能量密度能流密度波的传播速度能量传播速度相同射线X射线紫外线红外线微波可见光外层电子跃迁核内粒子作用内层电子跃迁分子振动转动核、电子自旋晶体、电子线路振荡无线电波4电磁波谱小结实验定律库仑定律毕萨定律高斯定理环路定理两个假设揭示电磁场根源涡旋电场位移电流电场：由电荷和时变磁场产生；磁场：由电流和时变电场产生。推广高斯定理环路定理麦克斯韦方程组电磁场波动方程(电磁场以波动形式传播）预言:指出光是电磁波的一种，光在真空中的传播速度为：电磁波，电磁波的多普勒效应若星球远离地球，

8、我们将测到光谱的红移现象。1917年斯莱弗拍摄了15个涡状星云的光谱中13个有显著红移。1919年哈勃提出星系退行速度哈勃定律哈勃定律并不表示银河系是宇宙的中心，而是显示了一幅宇宙膨胀的图景，多普勒理论为它提供了科学依据。讨论辐射场振荡偶极子辐射的电磁波~（1）Z轴上各点=0或，E=H=0（2）XY平面上=/2Eo、Ho最大辐射强度发射功率——单位时间辐射总能量如何提高振荡电路的发射功率？~发射天线的基本单元~拉直36导体半导体绝缘体铁磁质顺磁质抗磁质有静电屏蔽电