2025年普通物理学之电磁学 .pdfVIP

以家为家，以乡为乡，以国为国，以天下为天下。——《管子》

普通物理之电磁学

电磁学是物理学的一个分支。广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探

讨电性与磁性交互关系的学科。主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学

等等。

电磁学综述

电磁学是研究电磁和电磁的相互作用现象，及其规律和应用的物理学分支学科。根据近

代物理学的观点，磁的现象是由运动电荷所产生的，因而在电学的范围内必然不同程度地包

含磁学的内容。所以，电磁学和电学的内容很难截然划分，而“电学”有时也就作为“电磁

学”的简称。

早期，由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关的，同时也由于磁学本身的发展和应用，

如近代磁性材料和磁学技术的发展，新的磁效应和磁现象的发现和应用等等，使得磁学的内

容不断扩大，所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。

电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科，

主要是基于两个重要的实验发现，即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。这两个实验现象，

加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代

文明起重大影响的电工和电子技术。

麦克斯韦电磁理论的重大意义，不仅在于这个理论支配着一切宏观电磁现象(包括静电、

稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等)，而且在于它将光学现象统一在这个理论框架之

内，深刻地影响着人们认识物质世界的思想。

电子的发现，使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来，洛伦兹的电子论把物质的

宏观电磁性质归结为原子中电子的效应，统一地解释了电、磁、光现象。

和电磁学密切相关的是经典电动力学，两者在内容上并没有原则的区别。一般说来，电

老当益壮，宁移白首之心；穷且益坚，不坠青云之志。——唐·王勃

磁学偏重于电磁现象的实验研究，从广泛的电磁现象研究中归纳出电磁学的基本规律；经典

电动力学则偏重于理论方面，它以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础，研究电磁场分布，电

磁波的激发、辐射和传播，以及带电粒子与电磁场的相互作用等电磁问题，也可以说，广义

的电磁学包含了经典电动力学。

电磁学与相对论

电磁学的基本方程为麦克斯韦方程组，此方程组在经典力学的相对运动转换（伽利略变

换）下形式会变，在伽里略变换下，光速在不同惯性座标下会不同。保持麦克斯韦方程组形

式不变的变换为洛伦兹变换，在此变换下，不同惯性座标下光速恒定。

廿世纪初迈克耳孙-莫雷实验支持光速不变，光速不变亦成为爱因斯坦的狭义相对论的

基石。取而代之，洛伦兹变换亦成为较伽利略变换更精密的惯性座标转换方式。

电磁学的有关公式

库仑定律：F=kQq/rsup2;

电场强度：E=F/q

点电荷电场强度：E=kQ/rsup2;

匀强电场：E=U/d

电势能：E₁=qφ

电势差:U₁₂=φ₁-φ₂

静电力做功:W₁₂=qU₁₂

电容定义式:C=Q/U

电容:C=εS/4πkd

带电粒子在匀强电场中的运动

加速匀强电场:1/2*mvsup2;=qU

去留无意，闲看庭前花开花落；宠辱不惊，漫随天外云卷云舒。——《幽窗小记》

vsup2;=2qU/m

偏转匀强电场:

运动时间:t=x/v₀

垂直加速度:a=qU/md