电动力学教案12—绪论.ppt

* * 电动力学电子教案 罗瑞芝 广东海洋大学物理与光电科学系 绪论 一、研究对象及范围 研究电磁场的基本属性，它的运动规律以及它和带电物质之间的相互作用。 研究范围是电磁场的普遍规律；包括稳恒电磁场的基本性质和求解稳恒电磁场问题的一些基本方法；电磁波的传播; 界面上的反射折射以及有界空间中的电磁波问题；电磁波的辐射；电动力学的参考系问题；带电粒子和电磁场的相互作用。 二、电动力学的研究方法 归纳法（从特殊到一般） 类比法（从一种特殊到另一种特殊） 演绎法（从一般到特殊） 三、电动力学与电磁学的区别 电磁学是电动力学的先修课程，它从电磁现象的观察和实验中提出电磁场的一些基本概念，总结出实验定律，由实验定律 在特殊条件下导出个别类型（静态场）的积分形式的场方程，最后归纳出麦氏方程组的积分形式。它的逻辑体系是实验——定律——理论，是一种以归纳法为主线的知识结构。由于积分形式的场方程只能从一个空间区域的整体对电磁场总体的描述，一般说是不能够逐点地确定场的空间分布，只有借助于某些场的特殊对称性才解出这些场的空间局域分布。因此，电磁学的应用 有限，只能解决一些简单电磁场问题。 电动力学是电磁学的后续课程，她属理论物理范畴，是以麦氏方程（含微分形式和积分形式）、洛氏力公式和物体的电磁性质方程为出发点，分别讨论在静态 变态 含源区 自由空间 的联系，另一方面，狭义相对论使电动力学继续得到发展，成为相对论电动力学。 电动力学的知识结构中还包括了狭义相对论基础，一方面是由于狭义相对论的发展历史与电动力学有着不可分割 介质内部与表面（含导体和绝缘体）、有界空间（以导体为边界）等不同条件下，电磁场的空间分布和运动规律。其逻辑体系上以演绎法为主线的，电动力学应用较为复杂的数学工具解电磁场的微分方程，因而能够相当精确地描述出较复杂的电磁场在空间的局域分布与变化情况，因此，电动力学在电力、电信工程技术中有着重要的实际应用。 第一章 经典电动力学的理论基础 研究顺序：1.静电、静磁场的实验定律；2.变化电磁场的实验定律； 3.总结出麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式。 研究方法：归纳法 两个物理量： §1 静电现象的基本规律 1、Coulomb定律 意义：反映两点电荷的相互作用力大小和方向。其中 是两点电荷 之间的距离，且指向观察电荷。同性电荷相斥；异性电荷相吸。问题：电荷的定义？ 相互作用是如何传递的？ * 超距作用 * 由电场传递 （1852年法拉第提出“电场”、“磁场”的概念） 在静场的情况下两种观点是等价的！ 库仑力如何与静电场联系起来？ 其中 是描述静电场分布的物理量。其代表单位正电荷受到的库仑力。 当场源电荷是点电荷时，其电场强度为： 若场源电荷由n 个点电荷组成时，空间电场是n个点电荷电场的叠加。即 其中 是场源电荷到场中观察点的距离。上式是库仑定律的特例。 若场源电荷由电荷连续分布的带电体组成，则空间电场是 电荷元 如何体现相互作用中传递的特点？须深入研究电荷和它邻近的电场的关系，某点的电场和它邻近的电场的关系。其答案在静电场规律的微分形式中。 2、Gauss定理和电场的散度 Gauss定理，即 或 Gauss定理的推导（由库仑定律的特殊形式推导） 意义：闭合面的电通量与闭合面内的电荷代数和成正比，也说明一 个电荷q发出的电通量总是正比于q ，与附近有没有其他电 荷存在无关。 因此，一个电荷激发的电场的通量表示 着电荷对电场作用的基本数量关系。 设闭合面内有一点电荷q，通过面元 的通量为 是 E的 积分形式。 反映总电荷和电场的关系。 式中 是 与 的夹角， 为面 元投影到以 为半径的球面上的面积。 为面元 对电荷q所张开的立 体角元 （ ）。因此，对闭 合面的通量为 显然，当闭合面内有多个点电荷、或连续分布的电荷时 或 闭合面外的电荷对闭合面的通量无贡献。 右上式的积分下标中v是s包围的体积，它不影响电荷代数和。 上述的Gauss定理是以积分形式出现，它说明有限区域而 ? 非无穷小区域的电荷与电场的局域关系，为了得到无穷小区域的 电荷与电场的局域关系，可令观察区域V趋于无穷小，并利用 与 比较有 Gauss定理的微分形式 其意义是：电荷是电场的源，电力线从正电