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电动力学课件1中科大刘万东老师录课

目录

contents

课程介绍与背景

静电场与稳恒电场

磁场与磁感应强度

电磁感应与电磁波初步

交流电路分析与计算

辐射与散射现象探讨

01

课程介绍与背景

电动力学是物理学的一个重要分支，研究电荷和电流在空间中产生电磁场以及电磁场对电荷和电流的作用。

电动力学的基本概念包括电荷、电场、磁场、电磁波等，这些概念在日常生活和工业生产中有着广泛的应用。

电动力学的重要性在于它揭示了电磁现象的基本规律，为电磁学、光学、电子学等领域的发展奠定了基础。

他长期从事等离子体物理与磁约束聚变、电动力学等领域的教学和科研工作，具有丰富的教学经验和深厚的学术造诣。

刘万东老师曾多次获得国家级和省级教学成果奖，其主讲的电动力学课程被评为国家级精品课程。

刘万东老师是中国科学技术大学物理学院的教授，博士生导师，国家级高层次人才，校首批“华夏英才”获得者。

通过本课程的学习，使学生掌握电动力学的基本概念、基本理论和基本方法，培养学生运用电动力学知识分析问题和解决问题的能力。

本课程采用课堂讲授、讨论课、习题课等多种教学方式相结合的方法，引导学生主动思考、积极参与，提高学习效果。

学习方法

课程目标

教材

《电动力学》（第三版），郭硕鸿著，高等教育出版社。

参考资料

《ClassicalElectrodynamics》，JohnDavidJackson著，Wiley出版社；《IntroductiontoElectrodynamics》（第四版），DavidJ.Griffiths著，Pearson出版社。此外，还可以参考一些相关的学术论文和研究报告等。

02

静电场与稳恒电场

静电场基本方程

包括高斯定理、静电场环路定理、泊松方程等，描述了静电场的空间分布和性质。

物理意义

静电场基本方程揭示了电荷与电场之间的关系，以及电场在空间中的传播规律，是理解和分析静电现象的基础。

导体性质

导体内的自由电荷在静电场作用下会重新分布，使得导体内部电场为零，导体表面为等势面。

电介质性质

电介质在静电场中会发生极化现象，即正负电荷中心发生相对位移，形成电偶极子，从而影响电场的分布。

稳恒电场是指不随时间变化的电场，通常由稳定的电荷分布或恒定的电流所产生。

稳恒电场概念

包括稳恒电场的环路定理和高斯定理等，描述了稳恒电场的空间分布和性质，与静电场类似但也有所区别。

基本定理

在电场的不同区域之间，电场的分布需要满足一定的边界条件，如电势的连续性和电位移矢量的法向分量连续性等。

边界条件

唯一性定理指出，在给定边界条件下，静电场或稳恒电场的分布是唯一的。这一定理在求解电场问题时具有重要的应用价值，可以简化计算过程和保证解的唯一性。

唯一性定理应用

03

磁场与磁感应强度

磁场定义

磁场是空间中一种特殊形态的物质，它对放入其中的磁体或通电导线有力的作用。

磁场表示方法

磁场可以用磁感线或磁矢量图来表示，磁感线上每一点的切线方向表示该点的磁场方向，磁感线的疏密表示磁场的强弱。

磁极与磁化

磁体上磁性最强的部分称为磁极，磁极分为南极（S）和北极（N）。磁化是指使原来没有磁性的物体获得磁性的过程。

03

注意事项

在应用毕奥-萨伐尔定律时，需要注意电流元的方向以及磁感应强度的矢量性。

01

毕奥-萨伐尔定律

电流元在空间某点产生的磁感应强度与该电流元的大小、方向以及该点到电流元的距离有关。

02

应用举例

利用毕奥-萨伐尔定律可以计算通电直导线、通电螺线管等产生的磁场分布。

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磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，用符号B表示。

磁感应强度定义

磁感应强度可以通过实验测量或理论计算得到，常用的方法有霍尔效应法、磁通门法等。

计算方法

磁感应强度反映了磁场对放入其中的磁体或通电导线的作用力大小和方向，是描述磁场性质的重要物理量。

物理意义

媒质性质

磁场中的媒质可以是真空、空气、金属或非金属等，不同媒质对磁场的影响不同。例如，铁磁性材料可以增强磁场，而抗磁性材料则削弱磁场。

边界条件

在磁场中，不同媒质的交界处会存在边界条件。边界条件反映了磁场在交界处的连续性和变化规律，是求解磁场问题的重要依据。常见的边界条件有磁场强度连续、磁感应强度法向分量连续等。

04

电磁感应与电磁波初步

法拉第电磁感应定律

感应电动势等于磁通量改变的速率的负值，即e=-dΦ/dt。其中，e表示感应电动势，Φ表示磁通量，t表示时间。

楞次定律与法拉第电磁感应定律的关系

楞次定律是法拉第电磁感应定律的补充，它说明了感应电流的方向总是要阻碍产生它的磁通量的变化。

电磁感应现象

当导体在磁场中作切割磁感线运动时，导体中会产生感应电动势。

楞次定律

01

感应电流的方向总是要阻碍产生它的磁通量的变化。这意味着，如果磁通量增加，感应电流的方向