第1-0章 緒論

1、一、課程的性質(zhì)一、課程的性質(zhì)二、電磁場理論的發(fā)展二、電磁場理論的發(fā)展三電磁場理論的應(yīng)用三電磁場理論的應(yīng)用 四、內(nèi)容安排四、內(nèi)容安排五、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求五、學(xué)習(xí)的目的、方法及其要求 研究對象研究對象: :電磁場的基本屬性電磁場的基本屬性, ,它的運動規(guī)律及它和帶電物它的運動規(guī)律及它和帶電物質(zhì)之間的相互作用質(zhì)之間的相互作用 電磁波電磁波作為信息傳輸?shù)妮d體，成為當今人類社會發(fā)布和獲作為信息傳輸?shù)妮d體，成為當今人類社會發(fā)布和獲取信息、探測未知世界的重要手段取信息、探測未知世界的重要手段一、課程的性質(zhì)一、課程的性質(zhì) 是物理學(xué)專業(yè)是物理學(xué)專業(yè)四大力學(xué)四大力學(xué)之一之一 是電磁理論的重要組成部分是電磁

2、理論的重要組成部分 在電磁學(xué)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)闡述電磁場的基本理論在電磁學(xué)的基礎(chǔ)上系統(tǒng)闡述電磁場的基本理論1電磁場理論的早期研究電磁場理論的早期研究 電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來現(xiàn)象，也是最早被科電、磁現(xiàn)象是大自然最重要的往來現(xiàn)象，也是最早被科學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻最大的有學(xué)家們關(guān)心和研究的物理現(xiàn)象，其中貢獻最大的有來頓、富來頓、富蘭克林、伏打蘭克林、伏打等科學(xué)家。等科學(xué)家。 19世紀以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個獨立的物理現(xiàn)象，沒世紀以前，電、磁現(xiàn)象作為兩個獨立的物理現(xiàn)象，沒有發(fā)現(xiàn)它們之間的相互聯(lián)系。但是由于這些研究特別是伏打有發(fā)現(xiàn)它們之間的相互聯(lián)系。但是由于這些研究特別是伏打1799年

3、發(fā)明了電池），為電磁學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。年發(fā)明了電池），為電磁學(xué)理論的建立奠定了基礎(chǔ)。二、電磁場理論的發(fā)展二、電磁場理論的發(fā)展2電磁場理論的建立電磁場理論的建立 18世紀末期，德國哲學(xué)家世紀末期，德國哲學(xué)家謝林謝林認為，宇宙是有活力的，認為，宇宙是有活力的，而不是僵死的。他認為電就是宇宙的活力，是宇宙的靈魂；而不是僵死的。他認為電就是宇宙的活力，是宇宙的靈魂；電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。 奧斯特奧斯特 是謝林的信徒，他從是謝林的信徒，他從1807年開始研究電磁之間的年開始研究電磁之間的關(guān)系。關(guān)系。1820年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針。年，他發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針

4、。 安培安培 發(fā)現(xiàn)作用力的方向、電流的方向、磁針到通電導(dǎo)發(fā)現(xiàn)作用力的方向、電流的方向、磁針到通電導(dǎo)線的垂直方向是相互垂直的，并定量建立了若干數(shù)學(xué)公式。線的垂直方向是相互垂直的，并定量建立了若干數(shù)學(xué)公式。 法拉第法拉第 在謝林的影響下，相信電、磁、光、熱是相互聯(lián)在謝林的影響下，相信電、磁、光、熱是相互聯(lián)系的。奧斯特系的。奧斯特1820年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針后，法拉第敏銳年發(fā)現(xiàn)電流以力作用于磁針后，法拉第敏銳地意識到，電可以對磁產(chǎn)生作用，磁也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響。地意識到，電可以對磁產(chǎn)生作用，磁也一定能夠?qū)﹄姰a(chǎn)生影響。1821年他開始探索磁生電的實驗。年他開始探索磁生電的實驗。1831年他發(fā)現(xiàn)，

5、當磁捧插入年他發(fā)現(xiàn)，當磁捧插入導(dǎo)體線圈時；線圈中就產(chǎn)生電流。這表明，電與磁之間存在著導(dǎo)體線圈時；線圈中就產(chǎn)生電流。這表明，電與磁之間存在著密切的聯(lián)系。密切的聯(lián)系。 麥克斯韋麥克斯韋 深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作用的問題，深入研究并探討了電與磁之間發(fā)生作用的問題，發(fā)展了場的概念。在法拉第實驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)發(fā)展了場的概念。在法拉第實驗的基礎(chǔ)上，總結(jié)了宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，引進位移電流的概念。這個概念的核心思想是：變象的規(guī)律，引進位移電流的概念。這個概念的核心思想是：變化著的電場能產(chǎn)生磁場；與變化著的磁場產(chǎn)生電場相對應(yīng)。在化著的電場能產(chǎn)生磁場；與變化著的磁場產(chǎn)生電場相對應(yīng)。在此基礎(chǔ)上提

6、出了一套偏微分方程來表達電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，此基礎(chǔ)上提出了一套偏微分方程來表達電磁現(xiàn)象的基本規(guī)律，稱為麥克斯韋方程組，是經(jīng)典電磁學(xué)的基本方程。稱為麥克斯韋方程組，是經(jīng)典電磁學(xué)的基本方程。3電磁場理論的發(fā)展電磁場理論的發(fā)展 在麥克斯韋方程建立后的一百多年里在麥克斯韋方程建立后的一百多年里,隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電磁理論得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，尤其近三十年來，展，電磁理論得到了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展，尤其近三十年來，無線電電子學(xué)、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無線電電子學(xué)、計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，的飛速發(fā)展，生物電磁學(xué)、生物電磁學(xué)、環(huán)境電磁學(xué)環(huán)境電磁學(xué)和和電磁兼容電磁兼容等學(xué)科的建立，向電磁理論提出

7、了許等學(xué)科的建立，向電磁理論提出了許多新的研究課題，使現(xiàn)代電磁理論得到了迅速的發(fā)展。多新的研究課題，使現(xiàn)代電磁理論得到了迅速的發(fā)展。 1887年，德國科學(xué)家年，德國科學(xué)家赫茲赫茲用火花隙激勵一個環(huán)狀天線，用火花隙激勵一個環(huán)狀天線，用另一個帶隙的環(huán)狀天線接收，證實了麥克斯韋關(guān)于電磁波用另一個帶隙的環(huán)狀天線接收，證實了麥克斯韋關(guān)于電磁波存在的預(yù)言，這一重要的實驗導(dǎo)致了后來無線電報的發(fā)明。存在的預(yù)言，這一重要的實驗導(dǎo)致了后來無線電報的發(fā)明。從此開始了電磁場理論應(yīng)用與發(fā)展時代，并且發(fā)展成為當代從此開始了電磁場理論應(yīng)用與發(fā)展時代，并且發(fā)展成為當代最引人注目的學(xué)科之一。最引人注目的學(xué)科之一。三電磁場理論的

8、應(yīng)用三電磁場理論的應(yīng)用 無線電報無線電報: 1895年，意大利年，意大利馬可尼馬可尼成功地進行了成功地進行了2.5公里距離的無公里距離的無線電報傳送實驗。線電報傳送實驗。1896年，年，波波夫波波夫進行了約進行了約250米距離的類米距離的類似試驗似試驗, 1899年年, 無線電報跨越英吉利海峽的試驗成功；無線電報跨越英吉利海峽的試驗成功；1901年，跨越大西洋的年，跨越大西洋的3200公里距離的試驗成功。馬可尼以其在公里距離的試驗成功。馬可尼以其在無線電報等領(lǐng)域的成就，獲得了無線電報等領(lǐng)域的成就，獲得了1909年的諾貝爾物理學(xué)獎。年的諾貝爾物理學(xué)獎。無線電報的發(fā)明，開始了利用電磁波時期。無線電

9、報的發(fā)明，開始了利用電磁波時期。有線電話有線電話: 1876年，美國年，美國A.G. 貝爾貝爾在美國建國在美國建國100周年博覽會上展示周年博覽會上展示了他所發(fā)明的有線電話。了他所發(fā)明的有線電話。 此后，有線電話便迅速普及開來。此后，有線電話便迅速普及開來。電視電視: : 1884年，德國年，德國尼普科夫尼普科夫提出機械掃描電視的設(shè)想，提出機械掃描電視的設(shè)想，1927年，英國貝爾德成功地用電話線路把圖像從倫敦傳至大西洋年，英國貝爾德成功地用電話線路把圖像從倫敦傳至大西洋中的船上。中的船上。茲沃霄金茲沃霄金在在1923和和1924 年相繼發(fā)明了攝像管和顯年相繼發(fā)明了攝像管和顯像管。像管。1931

10、年，他組裝成世界上第一個全電子電視系統(tǒng)。年，他組裝成世界上第一個全電子電視系統(tǒng)。廣播廣播: : 1906年，美國年，美國費森登費森登用用50千赫頻率發(fā)電機作發(fā)射機，用微千赫頻率發(fā)電機作發(fā)射機，用微音器接入天線實現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航船上的報務(wù)員聽到了他從音器接入天線實現(xiàn)調(diào)制，使大西洋航船上的報務(wù)員聽到了他從波士頓播出的音樂。波士頓播出的音樂。1919年，第一個定時播發(fā)語言和音樂的無年，第一個定時播發(fā)語言和音樂的無線電廣播電臺在英國建成。次年，在美國的匹茲堡城又建成一線電廣播電臺在英國建成。次年，在美國的匹茲堡城又建成一座無線電廣播電臺。座無線電廣播電臺。雷達雷達: : 二次世界大戰(zhàn)前夕，飛機成為主

11、要進攻武器。英、美、二次世界大戰(zhàn)前夕，飛機成為主要進攻武器。英、美、德、法等國競相研制一類能夠早期警戒飛機的裝置。德、法等國競相研制一類能夠早期警戒飛機的裝置。1936年，年，英國的瓦特設(shè)計的警戒雷達最先投入了運行。有效地警戒了英國的瓦特設(shè)計的警戒雷達最先投入了運行。有效地警戒了來自德國的轟炸機。來自德國的轟炸機。1938年，美國研制成第一部能指揮火炮年，美國研制成第一部能指揮火炮射擊的火炮控制雷達。射擊的火炮控制雷達。1940年，多腔磁控管的發(fā)明，微波雷年，多腔磁控管的發(fā)明，微波雷達的研制成為可能。達的研制成為可能。1944年，能夠自動跟蹤飛機的雷達研制年，能夠自動跟蹤飛機的雷達研制成功。成

12、功。1945年，能消除背景干擾顯示運動目標的顯示技術(shù)的年，能消除背景干擾顯示運動目標的顯示技術(shù)的發(fā)明發(fā)明,使雷達更加完善。在整個第二次世界大戰(zhàn)期間使雷達更加完善。在整個第二次世界大戰(zhàn)期間,雷達成了雷達成了電磁場理論最活躍的部分。電磁場理論最活躍的部分。衛(wèi)星通信技術(shù)衛(wèi)星通信技術(shù): 1958年年, 美國發(fā)射低軌的美國發(fā)射低軌的“斯科爾斯科爾”衛(wèi)星成功衛(wèi)星成功,這是第一顆這是第一顆用于通信的試驗衛(wèi)星。用于通信的試驗衛(wèi)星。1964年年,借助定點同步通信衛(wèi)星首次實借助定點同步通信衛(wèi)星首次實現(xiàn)了美、現(xiàn)了美、 歐、非三大洲的通信和電視轉(zhuǎn)播。歐、非三大洲的通信和電視轉(zhuǎn)播。1965年年,第一顆商用第一顆商用定點

13、同步衛(wèi)星投入運行。定點同步衛(wèi)星投入運行。1969年年, 大西洋、太平洋和印度洋上空大西洋、太平洋和印度洋上空均已有定點同步通信衛(wèi)星均已有定點同步通信衛(wèi)星,衛(wèi)星地球站已遍布世界各國，這些衛(wèi)衛(wèi)星地球站已遍布世界各國，這些衛(wèi)星地球站又和本國或本地區(qū)的通信網(wǎng)接通。衛(wèi)星通信經(jīng)歷星地球站又和本國或本地區(qū)的通信網(wǎng)接通。衛(wèi)星通信經(jīng)歷10年年的發(fā)展，終趨于成熟。的發(fā)展，終趨于成熟。衛(wèi)星定位技術(shù)衛(wèi)星定位技術(shù): : 1957年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們試圖將雷達引入衛(wèi)星，實現(xiàn)以衛(wèi)星為基年衛(wèi)星發(fā)射成功后，人們試圖將雷達引入衛(wèi)星，實現(xiàn)以衛(wèi)星為基地對地球表面及近地空間目標的定位和導(dǎo)航。地對地球表面及近地空間目標的定位和導(dǎo)航。1

14、958年底，美國開始研究實年底，美國開始研究實施這一計劃，于施這一計劃，于1964年研究成功子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。年研究成功子午儀衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。1973年美國提出了年美國提出了由由24顆衛(wèi)星組成的實用系統(tǒng)新方案，即顆衛(wèi)星組成的實用系統(tǒng)新方案，即GPS計劃。計劃。1990年最終的年最終的GPS方案方案是由是由21顆工作衛(wèi)星和顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成。顆在軌備用衛(wèi)星組成。其它應(yīng)用其它應(yīng)用： 陰極射線示波器，變壓器，噴墨打印機，陰極射線示波器，變壓器，噴墨打印機， 微波爐，電磁爐，微波爐，電磁爐， x x射線透射，射線透射，CTCT掃描磁分離器，心電圖，掃描磁分離器，心電圖， 回旋加速器，礦物的分選，回旋加速器，礦物的分選， 電磁式生物芯片，隱形飛機，電磁高速公路等等電磁式生物芯片，隱形飛機，電磁高速公路等等 拍攝的一張拍攝的一張X X射線照片，射線照片，倫琴夫人的手骨與戒指倫琴夫人的手骨與戒指 四、內(nèi)容安排四、內(nèi)容安排根據(jù)教材，本教