《電動(dòng)力學(xué)》課程多媒體課件

《電動(dòng)力學(xué)》課程多媒體課件匯報(bào)人：2023-12-14課程簡(jiǎn)介與目標(biāo)電磁場(chǎng)基本理論靜電場(chǎng)與靜磁場(chǎng)電磁波傳播與輻射導(dǎo)體與介質(zhì)中電磁場(chǎng)電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作演示目錄課程簡(jiǎn)介與目標(biāo)01

電動(dòng)力學(xué)概述電動(dòng)力學(xué)定義研究電荷和電流以及它們產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的相互作用的一門(mén)學(xué)科。電動(dòng)力學(xué)與電磁學(xué)的關(guān)系電磁學(xué)包含靜電學(xué)、靜磁學(xué)和電動(dòng)力學(xué)，電動(dòng)力學(xué)是電磁學(xué)的重要組成部分。電動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域包括電磁波傳播、電磁輻射、等離子體物理、光電子學(xué)等。掌握電動(dòng)力學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法，能運(yùn)用電動(dòng)力學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。課程目標(biāo)認(rèn)真聽(tīng)課，做好筆記，完成作業(yè)，積極參與課堂討論和實(shí)驗(yàn)。學(xué)習(xí)要求課程目標(biāo)與要求《電動(dòng)力學(xué)》（第四版），郭碩鴻著，高等教育出版社。推薦教材輔助教材參考資料《電磁學(xué)》（第二版），梁燦彬著，高等教育出版社。國(guó)內(nèi)外相關(guān)期刊、會(huì)議論文等。030201教材與參考資料電磁場(chǎng)基本理論02麥克斯韋方程組的形式包括電場(chǎng)的高斯定律、電場(chǎng)的安培環(huán)路定律、磁場(chǎng)的高斯定律、磁場(chǎng)的法拉第電磁感應(yīng)定律。麥克斯韋方程組的重要性揭示了電磁波的存在，奠定了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。麥克斯韋方程組的含義描述電磁場(chǎng)的基本規(guī)律，由四個(gè)主要方程組成。麥克斯韋方程組123描述電磁場(chǎng)在不同介質(zhì)之間傳播時(shí)的行為規(guī)律。電磁場(chǎng)邊界條件的含義包括電場(chǎng)的切向分量連續(xù)、法向分量跳躍，磁場(chǎng)的切向分量跳躍、法向分量連續(xù)等。電磁場(chǎng)邊界條件的種類用于解決電磁波的反射、折射和散射等問(wèn)題。電磁場(chǎng)邊界條件的應(yīng)用電磁場(chǎng)邊界條件03電磁場(chǎng)能量與動(dòng)量的關(guān)系二者之間存在密切關(guān)系，可以通過(guò)麥克斯韋方程組進(jìn)行推導(dǎo)。01電磁場(chǎng)能量的含義描述電磁場(chǎng)所具有的能量，包括電場(chǎng)能量和磁場(chǎng)能量。02電磁場(chǎng)動(dòng)量的含義描述電磁場(chǎng)所具有的動(dòng)量，與電磁場(chǎng)的傳播方向有關(guān)。電磁場(chǎng)能量與動(dòng)量靜電場(chǎng)與靜磁場(chǎng)03真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們之間的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。描述電場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量，等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力。其大小與試探電荷無(wú)關(guān)，由電場(chǎng)本身決定。庫(kù)侖定律與電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度庫(kù)侖定律電勢(shì)描述電場(chǎng)中某點(diǎn)電勢(shì)能的物理量，等于單位正電荷從該點(diǎn)移動(dòng)到參考點(diǎn)（零電勢(shì)點(diǎn)）時(shí)電場(chǎng)力所做的功。電勢(shì)具有相對(duì)性，其大小與參考點(diǎn)的選擇有關(guān)。電勢(shì)差電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)的差值，等于單位正電荷從一點(diǎn)移動(dòng)到另一點(diǎn)時(shí)電場(chǎng)力所做的功。電勢(shì)差具有絕對(duì)性，與參考點(diǎn)的選擇無(wú)關(guān)。電勢(shì)與電勢(shì)差電流、運(yùn)動(dòng)電荷、磁體或變化電場(chǎng)周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。其基本性質(zhì)是對(duì)放入其中的磁體、運(yùn)動(dòng)電荷或電流有力的作用。磁場(chǎng)描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱和方向的物理量，在磁場(chǎng)中垂直于磁場(chǎng)方向的通電直導(dǎo)線，所受到的磁場(chǎng)作用力與電流強(qiáng)度和導(dǎo)線長(zhǎng)度的乘積的比值，叫做通電直導(dǎo)線在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。其大小與導(dǎo)線在磁場(chǎng)中的取向有關(guān)。磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場(chǎng)與磁感應(yīng)強(qiáng)度電磁波傳播與輻射04描述電磁場(chǎng)的基本方程，包括電場(chǎng)、磁場(chǎng)、電荷和電流之間的關(guān)系。麥克斯韋方程組從麥克斯韋方程組推導(dǎo)出的描述電磁波傳播的方程，揭示電磁波的波動(dòng)性質(zhì)。波動(dòng)方程針對(duì)特定邊界條件和初始條件，求解波動(dòng)方程，得到電磁波的解析解或數(shù)值解。電磁波的解電磁波方程及其解在無(wú)限大均勻媒質(zhì)中傳播的電磁波，其波陣面為一系列平行平面。平面波包括電磁波的相速度、群速度、波長(zhǎng)、頻率等參數(shù)，以及在不同媒質(zhì)分界面上的反射、折射和透射現(xiàn)象。傳播特性描述電磁波中電場(chǎng)矢量在傳播過(guò)程中的取向和變化規(guī)律，包括線極化、圓極化和橢圓極化等。極化特性平面電磁波及其傳播特性天線用于輻射和接收電磁波的裝置，可將傳輸線中的導(dǎo)行波轉(zhuǎn)換為自由空間中的電磁波，或?qū)⒆杂煽臻g中的電磁波轉(zhuǎn)換為傳輸線中的導(dǎo)行波。輻射原理基于電磁感應(yīng)和電磁場(chǎng)理論，解釋天線輻射電磁波的機(jī)制，包括電基本振子和磁基本振子的輻射特性，以及天線輻射方向圖、增益、效率等參數(shù)的計(jì)算和分析。天線與輻射原理導(dǎo)體與介質(zhì)中電磁場(chǎng)05導(dǎo)體表面電磁場(chǎng)研究導(dǎo)體表面電磁場(chǎng)分布特點(diǎn)，如感應(yīng)電荷、鏡像法等。導(dǎo)體內(nèi)部電磁場(chǎng)分析導(dǎo)體內(nèi)部電磁場(chǎng)分布規(guī)律，討論趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)等現(xiàn)象。傳輸線理論介紹傳輸線方程及其解，分析傳輸線上電磁波傳播特性。導(dǎo)體中電磁場(chǎng)分布與傳輸特性研究電磁波在不同介質(zhì)中的傳播特性，如折射、反射、散射等。介質(zhì)中電磁波傳播分析介質(zhì)在電磁場(chǎng)作用下的極化與磁化現(xiàn)象，及其對(duì)電磁場(chǎng)分布的影響。介質(zhì)極化與磁化討論介質(zhì)損耗、色散等特性對(duì)電磁波傳播的影響及其機(jī)制。介質(zhì)損耗與色散介質(zhì)中電磁場(chǎng)分布與傳輸特性等離子體中電磁波傳播研究電磁波在等離子體中的傳播特性，如截止頻率、吸收等。等離子體應(yīng)用探討等離子體在通信、材料加工、能源等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。等離子體基本性質(zhì)介紹等離子體基本概念、性質(zhì)及其分類。等離子體中電磁現(xiàn)象簡(jiǎn)介電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法簡(jiǎn)介06有限差分法基本原理及應(yīng)用實(shí)例基本原理將電磁場(chǎng)連續(xù)問(wèn)題離散化，利用差分格式替代微分格式，通過(guò)求解差分方程得到電磁場(chǎng)分布。應(yīng)用實(shí)例分析電磁波在導(dǎo)體、介質(zhì)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的傳播和散射問(wèn)題，如天線輻射、電磁兼容等。將連續(xù)電磁場(chǎng)分割為有限個(gè)小區(qū)域，對(duì)每個(gè)小區(qū)域進(jìn)行近似處理，通過(guò)求解整個(gè)系統(tǒng)的代數(shù)方程組得到電磁場(chǎng)分布?；驹矸治鲭姶旁O(shè)備（如電機(jī)、變壓器等）的性能及優(yōu)化設(shè)計(jì)，計(jì)算電磁場(chǎng)對(duì)生物體的影響等。應(yīng)用實(shí)例有限元法基本原理及應(yīng)用實(shí)例邊界元法將問(wèn)題的邊界離散化，通過(guò)求解邊界上的積分方程得到電磁場(chǎng)分布，適用于處理開(kāi)域問(wèn)題和無(wú)限域問(wèn)題。譜方法利用正交函數(shù)或基函數(shù)展開(kāi)電磁場(chǎng)，將連續(xù)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程求解，適用于處理規(guī)則形狀的區(qū)域和周期性問(wèn)題。其他數(shù)值計(jì)算方法簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作演示07實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理操作步驟注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)一：靜電場(chǎng)描繪實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與操作演示01020304通過(guò)描繪靜電場(chǎng)，幫助學(xué)生理解電勢(shì)、電場(chǎng)強(qiáng)度等概念。利用靜電場(chǎng)中的等勢(shì)線和電場(chǎng)線，通過(guò)描繪法獲得靜電場(chǎng)的分布。準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)置電極，調(diào)整電場(chǎng)，描繪等勢(shì)線和電場(chǎng)線，記錄并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境干燥，避免電磁干擾，確保測(cè)量精度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量電磁波在不同介質(zhì)中的傳播特性，幫助學(xué)生理解電磁波傳播原理。實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦冒l(fā)射天線和接收天線，測(cè)量電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速度、衰減等特性。實(shí)驗(yàn)原理準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)置發(fā)射和接收天線，選擇不同介質(zhì)進(jìn)行測(cè)量，記錄并分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果。操作步驟確保天線性能良好，選擇合適的測(cè)量距離和頻率，避免干擾。注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)三通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量天線的輻射性能，幫助學(xué)生理解