电磁场讲义1-2

《电磁场电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的这个世界里，电磁场是一种无处不在却又常常被我们忽略的存在。

简单来说，电磁场是由带电粒子的运动产生的一种物理场。

想象一下，一个电子在空间中移动，它的运动会形成电流，而这个电流就会产生磁场。

反过来，如果一个磁场发生变化，又会在周围的空间中产生电场。

电场和磁场就这样相互关联、相互作用，共同构成了电磁场。

电磁场的特性可以用一些物理量来描述。

比如电场强度，它表示电场的强弱和方向；还有磁感应强度，用来衡量磁场的强弱和方向。

二、电磁场的基本规律谈到电磁场，就不得不提到麦克斯韦方程组。

这组方程就像是电磁场世界的“宪法”，规定了电磁场的行为。

麦克斯韦方程组包含四个方程，分别描述了电场的高斯定律、磁场的高斯定律、法拉第电磁感应定律以及安培麦克斯韦定律。

电场的高斯定律告诉我们，通过一个闭合曲面的电通量等于这个闭合曲面所包围的电荷量除以真空介电常数。

这就好像是说，电荷是电场的“源头”，电荷的多少决定了电场的“流量”。

磁场的高斯定律则指出，通过任何一个闭合曲面的磁通量总是为零。

这意味着磁场没有“源头”和“尾闾”，磁力线总是闭合的。

法拉第电磁感应定律表明，当穿过一个闭合回路的磁通量发生变化时，会在回路中产生感应电动势。

这是电磁感应现象的基础，也是发电机工作的原理。

安培麦克斯韦定律说明了电流和变化的电场都能产生磁场。

三、电磁波的产生当电磁场发生变化时，就会产生电磁波。

比如，一个振荡的电荷或者电流会在其周围产生不断变化的电磁场，这些变化的电磁场向空间传播，就形成了电磁波。

电磁波的产生需要有一个能够产生交变电磁场的源。

常见的例子有天线，它通过电流的快速变化来发射电磁波。

四、电磁波的特性电磁波具有很多独特的特性。

首先是它的波动性，电磁波和其他波一样，具有波长、频率和波速等特征。

波长和频率之间存在着反比关系，波速则等于光速。

电磁波在真空中的传播速度是恒定的，约为 3×10^8 米每秒。

《电磁场和电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的这个世界里，电磁场无处不在。

从我们日常使用的电器，到手机通信，再到宇宙中的天体活动，电磁场都扮演着极其重要的角色。

那电磁场到底是什么呢？简单来说，电磁场是由带电物体产生的一种物理场。

当电荷静止时，它会产生静电场；当电荷运动时，就会产生磁场。

而当电荷的运动状态发生变化时，电场和磁场会相互影响、相互作用，形成电磁场。

比如，我们家里的电线中通过电流时，电线周围就会产生磁场。

而当我们给电容器充电或放电时，电容器内部就会产生电场的变化，从而也会产生电磁场。

电磁场具有能量和动量，它能够传递能量和信息。

电磁波就是电磁场的一种运动形式。

二、电磁波的产生电磁波的产生通常源于电荷的加速运动。

当电荷加速时，会产生变化的电场和磁场，这些变化的场相互激发，就像“接力赛”一样，在空间中不断传播出去，形成电磁波。

一个常见的例子就是天线。

在无线电通信中，天线中的电流快速变化，从而产生电磁波并向周围空间辐射出去。

此外，原子内部的电子在不同能级之间跃迁时，也会释放出电磁波。

比如，当一个电子从高能级跃迁到低能级时，会以光子的形式释放出能量，这个光子就是一种电磁波。

三、电磁波的特性电磁波具有一些非常重要的特性。

首先，电磁波是横波，也就是说，它的电场和磁场的振动方向都与电磁波的传播方向垂直。

其次，电磁波在真空中的传播速度是恒定的，约为3×10^8 米每秒，这个速度被称为光速。

电磁波的频率和波长是两个重要的参数。

频率是指电磁波在单位时间内振动的次数，单位是赫兹（Hz）。

波长则是电磁波在一个周期内传播的距离。

它们之间的关系可以用公式 c ＝λf 来表示，其中 c 是光速，λ 是波长，f 是频率。

不同频率的电磁波具有不同的性质和用途。

例如，频率较低的无线电波可以用于远距离通信和广播；而频率较高的可见光则让我们能够看到丰富多彩的世界；频率更高的 X 射线和γ射线则在医学诊断和治疗等领域发挥着重要作用。

《电磁场和电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的这个世界里，电磁场无处不在。

从你手中的手机发出的信号，到照亮房间的灯光，再到地球上的闪电，都与电磁场有着密切的关系。

那么，究竟什么是电磁场呢？简单来说，电磁场是由带电粒子的运动产生的一种物理场。

电荷的存在会在其周围产生电场，而当电荷运动起来，比如电流在导线中流动时，就会产生磁场。

电场和磁场总是相互关联、相互依存的，它们共同构成了电磁场。

想象一下，一个静止的电荷会在周围空间产生一个静电场，这个电场的强度会随着距离电荷的远近而变化。

当这个电荷开始运动，比如在导线中形成电流时，就会产生一个磁场，这个磁场的方向可以通过右手定则来判断。

电磁场具有能量和动量，它能够传递电磁力，对处于其中的带电粒子产生作用。

电磁场的性质和行为可以用麦克斯韦方程组来描述，这是一组非常重要的数学方程，它们统一了电学和磁学的现象。

二、电磁波的产生既然电磁场是由带电粒子的运动产生的，那么电磁波又是如何产生的呢？当一个带电粒子加速运动时，它周围的电磁场就会发生变化。

这种变化的电磁场会以波的形式向周围空间传播，这就是电磁波。

举个例子，一个电子在天线中来回振动，就会产生变化的电流。

这个变化的电流会导致周围的电磁场不断变化，从而产生电磁波并向外辐射。

电磁波的频率取决于带电粒子振动的频率。

电磁波的产生需要一个源，比如天线、振荡器等。

这些源能够提供能量，使得电磁场不断变化从而产生电磁波。

同时，电磁波的产生还需要一个传播介质，在真空中电磁波同样可以传播，这是因为真空中存在着电磁场的相互作用。

三、电磁波的特性电磁波具有许多独特的特性，这些特性使得它在现代科技中有着广泛的应用。

首先，电磁波是横波，这意味着它的电场和磁场的振动方向与波的传播方向垂直。

电磁波的电场和磁场在空间和时间上相互垂直，并且它们的振幅和相位之间存在着一定的关系。

其次，电磁波的传播速度是恒定的，在真空中，电磁波的传播速度约为 3×10^8 米/秒，这个速度通常被称为光速。

《电磁场和电磁波》讲义一、引言在我们的日常生活中，电磁场和电磁波无处不在。

从手机通信到微波炉加热食物，从无线电广播到卫星导航，电磁场和电磁波的应用已经深入到我们生活的方方面面。

那么，什么是电磁场和电磁波？它们是如何产生、传播和相互作用的？这就是我们在本讲义中要探讨的内容。

二、电磁场的基本概念电磁场是由电荷和电流产生的一种物理场。

电场是由电荷产生的，它描述了电荷之间的相互作用力；磁场是由电流产生的，它描述了电流之间以及电流与磁铁之间的相互作用力。

当电荷和电流随时间变化时，电场和磁场也会随之变化，并且相互关联，形成了电磁场。

电场的强度用电场强度 E 来表示，单位是伏特每米（V/m）。

电场强度的方向是正电荷在该点所受电场力的方向。

磁场的强度用磁感应强度 B 来表示，单位是特斯拉（T）。

磁感应强度的方向可以用右手螺旋定则来确定。

三、电磁波的产生电磁波是由时变的电场和磁场相互激发而产生的。

当电荷做加速运动或者电流随时间变化时，就会产生电磁波。

例如，一个振荡的电荷会在周围空间产生交变的电场和磁场，从而形成电磁波向远处传播。

最常见的电磁波产生方式是通过天线。

天线中的电流在来回振荡时，会向周围空间辐射电磁波。

不同频率的振荡电流会产生不同频率的电磁波。

四、电磁波的传播电磁波在真空中以光速传播，速度约为3×10^8 米每秒。

在介质中，电磁波的传播速度会变慢，并且与介质的性质有关。

电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播。

这与机械波（如声波）需要介质来传播是不同的。

电磁波在传播过程中，电场和磁场相互垂直，并且都垂直于电磁波的传播方向，形成了横波。

电磁波具有波动性和粒子性。

从波动性的角度来看，电磁波具有波长、频率和波速等特征。

波长是相邻两个波峰或波谷之间的距离，频率是单位时间内电磁波振动的次数，波速等于波长乘以频率。

从粒子性的角度来看，电磁波可以看作是由一个个光子组成的，光子具有能量和动量。

五、电磁波的频谱电磁波的频谱非常广泛，按照频率从低到高可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和伽马射线等。

《电磁场电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们的日常生活中，电和磁的现象无处不在。

当我们打开电灯，电流通过灯丝，产生光亮；当我们使用磁铁，能够吸附铁质物品。

然而，这些现象背后隐藏着一个更为神秘而又重要的概念——电磁场。

电磁场是由带电粒子的运动产生的一种物理场。

简单来说，电荷的存在会产生电场，而电流的流动会产生磁场。

当电荷和电流同时存在并且发生变化时，电场和磁场就会相互作用、相互影响，从而形成电磁场。

想象一下，一个静止的电荷周围存在着电场，这个电场就像是电荷的“势力范围”，能够对其他电荷产生力的作用。

而当电荷开始运动，比如在导线中形成电流时，就会产生磁场。

这个磁场的强度和方向会随着电流的大小和方向的变化而变化。

电磁场具有能量和动量，它可以在空间中传播，并且能够传递电磁相互作用。

例如，无线电通信就是依靠电磁场的传播来实现的。

二、电磁场的特性1、电场特性电场强度是描述电场的一个重要物理量。

它表示单位正电荷在电场中所受到的力。

电场线是用来形象地描绘电场分布的曲线，其疏密程度表示电场强度的大小，切线方向表示电场的方向。

2、磁场特性磁场强度和磁感应强度是描述磁场的关键物理量。

磁场线则用于直观地展示磁场的分布，其闭合特性反映了磁场的一些独特性质。

3、电磁波的产生变化的电场会产生变化的磁场，而变化的磁场又会产生变化的电场。

这种相互激发、交替产生的过程，使得电磁场能够以波的形式在空间中传播，这就是电磁波的产生原理。

三、电磁波电磁波是一种横波，它的电场强度和磁场强度相互垂直，并且都垂直于电磁波的传播方向。

电磁波在真空中的传播速度是一个恒定值，约为 3×10^8 米/秒。

电磁波具有广泛的频谱，从低频的无线电波到高频的伽马射线，涵盖了各种各样的波长和频率。

不同频率的电磁波具有不同的特性和应用。

1、无线电波无线电波的频率较低，波长较长。

它被广泛应用于广播、电视、通信等领域。

例如，我们通过收音机收听的广播节目就是通过无线电波传输的。

《电磁场和电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的世界中，电磁场是一种无处不在但又常常被我们忽视的存在。

简单来说，电磁场是由带电物体产生的一种物理场。

当电荷静止时，会产生静电场；当电荷运动时，就会产生磁场。

而当电荷的运动状态发生变化时，电场和磁场也会相互影响、相互作用，从而形成了电磁场。

想象一下，一个电子在空间中移动，它的周围就会产生一个变化的电场，同时这个变化的电场又会产生一个磁场，如此循环往复，就形成了电磁场。

电磁场具有能量和动量，它能够传递电磁力。

我们日常使用的各种电器设备，比如手机、电视、电脑等，都是通过电磁场来实现信号的传输和能量的传递。

二、电磁波的产生既然有了电磁场，那么电磁波又是怎么产生的呢？电磁波的产生通常是由于电荷的加速运动。

比如，在一个天线中，电流迅速地变化，导致电荷加速运动，从而产生了电磁波。

电磁波的产生过程可以类比为在池塘中扔一块石头，产生的涟漪会向四周扩散。

电荷的加速运动就像石头入水，产生的电磁波就像扩散的涟漪。

不同的电荷加速运动方式会产生不同频率和波长的电磁波。

从无线电波到微波，从红外线到可见光，从紫外线到 X 射线和伽马射线，它们都是电磁波的不同表现形式。

三、电磁波的性质电磁波具有一些重要的性质。

首先，电磁波是横波，这意味着它的电场和磁场振动方向与波的传播方向垂直。

其次，电磁波在真空中的传播速度是恒定的，大约为3×10⁸米/秒，这个速度被称为光速。

电磁波的频率和波长之间存在着一个简单的关系：速度等于频率乘以波长。

这意味着，频率越高，波长就越短；频率越低，波长就越长。

另外，电磁波具有能量，其能量大小与电磁波的频率有关，频率越高，能量越大。

四、电磁波的应用电磁波在我们的生活中有着广泛的应用。

无线电广播和电视就是利用无线电波来传输声音和图像信号。

手机通信则依靠微波频段的电磁波。

红外线在遥控器、夜视仪等设备中发挥着重要作用。

可见光让我们能够看到这个五彩斑斓的世界。

《电磁场和电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的世界中，电磁场是一种无处不在但又常常被我们忽略的存在。

简单来说，电磁场就是由带电粒子的运动所产生的一种物理场。

想象一下，当一个电子在空间中移动时，它的周围就会产生一个电场。

这个电场会对周围的其他带电粒子产生力的作用。

与此同时，如果这个电子在移动的过程中还在不断地改变速度，那么就会产生磁场。

电场和磁场就像是一对好兄弟，它们总是同时出现，相互关联，并且相互影响。

这种相互作用的结果就是我们所说的电磁场。

电磁场的强度和方向可以用数学上的向量来描述。

电场强度用 E 表示，磁场强度用 B 表示。

它们的大小和方向会随着带电粒子的运动状态以及空间位置的变化而变化。

二、电磁场的特性电磁场具有一些非常重要的特性。

首先，电磁场可以在空间中传播。

这就像我们扔一块石头到水里，会产生一圈圈的水波向外扩散一样，电磁场也能以电磁波的形式在空间中传播能量和信息。

其次，电磁场遵循一定的规律。

比如，库仑定律描述了两个静止点电荷之间的电场力作用；安培定律则描述了电流与磁场之间的关系。

再者，电磁场具有能量。

当电磁场发生变化时，能量会在电场和磁场之间相互转换。

这也是电磁波能够传播的一个重要原因。

三、电磁波的产生电磁波的产生通常需要一个源，比如一个加速运动的电荷或者一个变化的电流。

以天线为例，当电流在天线中快速变化时，就会产生迅速变化的电磁场，并向周围空间发射出去，形成电磁波。

另外，原子内部的电子在不同能级之间跃迁时，也会释放出电磁波。

这种电磁波的频率和能量与电子跃迁的能级差有关。

四、电磁波的性质电磁波具有波动性和粒子性双重性质。

从波动性的角度来看，电磁波和其他波一样，具有波长、频率、振幅等特征。

波长是相邻两个波峰或波谷之间的距离；频率则是单位时间内波振动的次数；振幅表示波的能量大小。

电磁波的频率范围非常广泛，从极低频率的无线电波到高频率的伽马射线。

不同频率的电磁波在性质和应用上有着很大的差异。

第一章静电场作业：2，7，9，12，14，16，18，19，22，24，25其中1.25题补充条件：取O点处为电势零点。

1.1库仑定律a)电荷与物质的电结构：两种电荷：∙历史上人们以相互作用来区分两种电荷：同种相斥，异种相吸∙而以两种电荷的相加性和“中和”来约定“正”、“负”符号：“玻正橡负” 物质的电结构：∙基本粒子（无结构点粒子，至少目前实验上还未发现结构）作用是通过交换光子 γ 实现的∙通常物质的电结构：通常物质的电性质只与电子与原子核有关，其中原子核由带正电的质子p(uud)和不带电的中子 n(udd)组成。

电荷的性质：（实验上）∙量子性：电荷取分立值，继承于基本粒子的分立电量。

基本电量单位1e=1.602176464(83)×10−19 C在国际单位制中，库仑（C）是导出单位。

狄拉克（Dirac，1931）曾经证明：如果存在一个磁单极子的话，则电荷必定是量子化的。

但目前为止，实验上没有磁单极子存在的明确证据，所以如上证明只对应理论上的一种“可能性”。

磁单极子：仅带有N极或S极单一磁极的磁性物质，它们的磁感线分布类似于点电荷的电场线分布，可以被分别称为N、S（或正负）磁荷。

∙相加守恒性：电荷既不能被创造，也不能被消灭，电荷只能是从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。

在任何物理过程中(从宏观到微观)，电荷的代数和守恒。

∙相对论不变性：是严格的量子性与相加守恒性的内在要求实验证据：宏观物体的稳定性（如上三点均为稳定性的内在要求） b) 库仑定律： 历史回顾： ∙富兰克林（Franklin ，1755）发现带电小球在带电金属桶内几乎不受力，普里斯特利（Priestley ，1767）通过类比万有引力定律猜想电力满足平方反比律。

∙卡文迪什（Cavendish ，1772）利用导体壳静电平衡的性质，即当f~r −(2±|δ|) |δ|越小，内表面带电量越小以内表面电量的“示零实验”测得 |δ|<2×10−2 ，其结果为麦克斯韦（Maxwell ，1870’s ）整理发表，并进一步将精度提高到 |δ|<5×10−5 ，目前的精度为|δ|<2.7×10−16 （Williams et. al.，1971） ∙库仑（Coulomb ，1785）以设计精巧的“扭称”直接验证了平方反比定律（|δ|<4×10−2） 库仑定律表述：如图，两个真空静止点电荷{ F ⃑21=10Q 1Q 2r ⃑21213=10Q 1Q 2212r ⃑̂21F ⃑12=14πε0Q 1Q 2r ⃑12r 123=14πε0Q 1Q 2r 122r ⃑̂12其中，真空介电常数ε0=8.85×10−12 C 2/(N ∙m 2)库仑定律的适用条件及其拓展：1. 真空：如果有物质（注意：物质都有电结构，如导体和电介质），物质中的电结构会在外电场的影响下发生改变，稳定后每个电荷微元（可看作为点电荷）激发的电场仍然满足（真空）库仑定律。