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大学物理电磁学

REPORTING

目录

电磁学基本概念与原理

静电场与恒定电流

磁场与电磁感应

波动光学基础知识

电磁波理论与技术应用

现代电磁学前沿研究动态

PART

01

电磁学基本概念与原理

REPORTING

磁场

由运动电荷或电流产生的特殊物理场，对放入其中的磁体或电流有力的作用。

电场

由电荷产生的特殊物理场，对放入其中的电荷有力的作用。

电场与磁场的性质

电场和磁场都是物质的一种存在形式，具有能量、动量和质量等物理属性。它们可以相互激发、相互转化，并遵循一定的物理定律和原理。

描述真空中两个静止点电荷之间的相互作用力，其大小与两个电荷的电量成正比，与它们之间的距离的平方成反比，方向沿着两个电荷的连线。

库仑定律

描述电场中电通量与电荷量之间的关系，即通过一个闭合曲面的电通量等于该曲面内所包围的电荷量的代数和除以真空中的介电常数。该定理反映了电场的有源性和矢量性。

高斯定理

毕奥-萨伐尔定律

描述电流元在空间任意点产生的磁感应强度的矢量表达式。该定律是电磁学的基本定律之一，可用于计算载流导线、线圈等电流分布产生的磁场。

应用

毕奥-萨伐尔定律在电磁学中有广泛的应用，如计算载流导线在磁场中所受的安培力、计算线圈在磁场中产生的感应电动势等。此外，该定律还可用于研究电磁波的辐射和传播等问题。

洛伦兹力

描述运动电荷在磁场中所受的力，其大小等于电荷量、速度矢量与磁感应强度矢量三者之间的矢量积，方向垂直于速度矢量和磁感应强度矢量所构成的平面。

安培力

描述载流导线在磁场中所受的力，其大小等于导线中的电流、导线长度与磁感应强度三者之间的乘积，方向垂直于电流方向和磁感应强度方向所构成的平面。安培力是洛伦兹力的宏观表现。

PART

02

静电场与恒定电流

REPORTING

当导体置于外电场中时，其内部自由电子受到电场力作用而移动，使得导体两端分别出现正、负电荷，这种现象称为静电感应。

导体的静电感应

电介质置于外电场中时，其内部正负电荷中心发生相对位移，形成电偶极子，这种现象称为电介质的极化。

电介质的极化

导体内部存在自由电子，可以传导电流；而电介质内部没有自由电子，不能传导电流。在静电场中，导体内部电场为零，而电介质内部电场不为零。

导体和电介质的区别

电容

01

电容器是一种能够储存电荷的元件，其储存电荷的能力用电容来表示。电容的大小与电容器两板间的电量Q和电压U的比值有关。

电感

02

电感线圈是一种能够储存磁场的元件，其储存磁场的能力用电感来表示。电感的大小与线圈中的磁通量Φ和电流I的比值有关。

串联与并联

03

在电路中，元件的连接方式有串联和并联两种。串联电路中，各元件首尾相接，电流只有一条路径；而并联电路中，各元件的两端分别接在一起，电流有多条路径。

产生条件

恒定电流的产生需要满足两个条件：一是电路必须闭合，即电路中的元件必须首尾相接形成回路；二是电路中必须有电源提供持续的电压或电流。

特点

恒定电流的特点是电路中各处的电流强度相等且保持不变。在直流电路中，电流的方向始终不变；在交流电路中，电流的大小和方向随时间作周期性变化。

电阻

电阻是电路中对电流产生阻碍作用的元件。电阻的大小与元件的材料、长度、横截面积和温度等因素有关。

电源

电源是提供电能的装置，它能够将其他形式的能量转换为电能。在电路中，电源的作用是保持电路两端有持续的电压差，从而驱动电路中的电流。

简单电路分析

对于简单的电路，可以通过欧姆定律、基尔霍夫定律等基本原理进行分析和计算。其中，欧姆定律描述了电阻、电压和电流之间的关系；而基尔霍夫定律则用于分析复杂电路中的电流和电压分布。

PART

03

磁场与电磁感应

REPORTING

磁场对运动带电粒子施加的力，垂直于粒子速度和磁场方向。

洛伦兹力

霍尔效应

回旋加速器

磁场中运动的带电粒子在垂直方向上产生电势差的现象。

利用磁场使带电粒子做回旋运动，并通过电场加速，用于研究粒子性质和制备放射性同位素。

03

02

01

法拉第电磁感应定律

当导体回路在变化的磁场中时，会在回路中产生感应电动势。

楞次定律

感应电流的方向总是试图阻止产生它的磁通量的变化。

发电机

利用电磁感应原理将机械能转换为电能的装置。

当线圈中电流发生变化时，线圈本身会产生感应电动势以阻碍电流的变化。

自感现象

两个相邻的线圈之间，当一个线圈中电流发生变化时，会在另一个线圈中产生感应电动势。

互感现象

利用自感和互感原理实现电压变换的装置。

变压器

PART

04

波动光学基础知识

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干涉现象

当两束或多束相干光波在空间某一点叠加时，它们的振幅相加，而光强则与振幅的平方成正比。如果光程差是波长的整数倍，那么这些光波在该点振动加强，形成明亮的干涉条纹；反之，如果光程差是半波长的奇数倍，则振动减弱，形