《電動力學郭碩鴻版》課件

電動力學郭碩鴻版PPT課件郭碩鴻教授編著的《電動力學》是一本經(jīng)典的教材，被廣泛應用于大學物理課程。本PPT課件旨在幫助學生更好地理解和學習電動力學的基本概念和理論。課程簡介內(nèi)容該課程深入講解電動力學基礎(chǔ)理論，包括靜電場、靜磁場、電磁感應、電磁波等內(nèi)容。目標幫助學生掌握電動力學基本概念、定理和公式，并能運用這些知識解決實際問題。方法課程以講授為主，輔以習題練習和實驗操作，讓學生在實踐中理解和運用理論知識?？己似谀┛荚?，考察學生對課程內(nèi)容的理解和應用能力。課程大綱電荷和電場靜電學基礎(chǔ)磁場磁場與電流的關(guān)系電磁波電磁場的傳播電路理論電磁場在電路中的應用電荷和電場電荷是構(gòu)成物質(zhì)的基本粒子，它們帶有電荷，并能產(chǎn)生電場。電場是周圍空間的一種力場，它對電荷施加力的影響。電荷之間的相互作用力通過電場傳遞。電場可以被描述為電場強度，它表示單位電荷受到的力的大小和方向。電場強度可以由電荷的分布來確定。電荷的分布可以是點電荷、線電荷、面電荷或體電荷。庫侖定律1定律內(nèi)容兩個點電荷之間的靜電力與它們電荷量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比。2公式F=k*q1*q2/r^23應用計算點電荷之間的靜電力，分析靜電場。庫侖定律是靜電學的基礎(chǔ)定律，它描述了靜止電荷之間相互作用的規(guī)律。利用該定律可以計算兩個點電荷之間的靜電力，并進一步分析靜電場。高斯定理1高斯定理概述高斯定理是電磁學中一個重要的定理，它將電場與電荷聯(lián)系起來，描述了封閉曲面上的電通量與封閉曲面內(nèi)的總電荷之間的關(guān)系。2高斯定理公式高斯定理公式為：封閉曲面上的電通量等于封閉曲面內(nèi)總電荷的代數(shù)和除以真空介電常數(shù)。3應用高斯定理在電磁場計算中具有廣泛的應用，例如計算電場強度、計算電勢、計算電容等等。電勢11.定義電勢是描述電場能量的一種物理量，通常用符號V表示。22.單位電勢的單位是伏特(V)，1伏特等于1焦耳/庫侖(J/C)。33.計算電勢可以用公式V=W/q計算，其中W是電場力做的功，q是電荷量。44.應用電勢在電路分析、電磁場理論和電氣工程中起著重要作用。電勢能電勢能的定義電勢能是指帶電粒子在電場中由于電場力而具有的能量，它與電場強度和電荷量有關(guān)。電勢能的計算電勢能可以通過計算電場力做功來求得，它等于帶電粒子在電場中從無窮遠處移動到該位置時電場力所做的功。電勢能的應用電勢能的概念在許多領(lǐng)域都有應用，例如在電學、電子學和原子物理學中。電容器電容器是一種儲存電能的元件，由兩塊彼此絕緣的導體構(gòu)成，稱為電極。當電容器連接到電源時，兩極之間會積累電荷，形成電場。電容器的電容是衡量其儲存電荷能力的指標，單位是法拉（F）。電容值取決于電極的形狀、尺寸和介質(zhì)材料。電流和電阻電流是電荷的定向移動。電阻是材料阻礙電流流動的能力。電阻的大小取決于材料的性質(zhì)、長度、截面積以及溫度等因素。電阻的單位是歐姆（Ω）。電阻是電路中重要的組成部分，可以控制電流的大小，實現(xiàn)對電路的調(diào)節(jié)。例如，在電燈電路中，電阻可以控制燈泡的亮度。在電子設備中，電阻可以用于信號放大、濾波等功能。歐姆定律概述歐姆定律闡述了導體中電流與電壓和電阻之間的關(guān)系。它是一個基本定律，在電氣工程和物理學中有著廣泛的應用。公式公式為I=V/R，其中I代表電流，V代表電壓，R代表電阻。應用歐姆定律可以用來計算電路中電流、電壓或電阻的值。它還可以用來分析電路的行為，例如確定電路的功率或效率。基爾?；舴蚨?基爾?；舴螂娏鞫晒?jié)點電流代數(shù)和為零2基爾希霍夫電壓定律回路電壓代數(shù)和為零3應用電路分析與計算基爾?；舴蚨墒请娐贩治鲋械幕A(chǔ)定律，用于研究電路中電流和電壓的關(guān)系。磁場磁場是由于運動電荷或磁偶極子產(chǎn)生的區(qū)域。磁場可以用磁場線來表示，磁場線的方向表示磁場的方向，磁場線的疏密表示磁場的強弱。磁場對運動電荷有力的作用，這種力叫做磁力。磁力的大小和方向與磁場強度、電荷的運動速度和電荷的電量有關(guān)。安培定律1安培定律磁場強度與電流成正比2積分形式環(huán)路磁場強度積分等于電流3微分形式磁場旋度與電流密度成正比4應用計算電流產(chǎn)生的磁場安培定律描述了電流和磁場之間的關(guān)系。通過環(huán)路積分可以計算電流產(chǎn)生的磁場強度。法拉第電磁感應定律磁通量的變化當穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時，回路中就會產(chǎn)生感應電動勢。感應電動勢的大小感應電動勢的大小與磁通量變化率成正比。感應電流的方向感應電流的方向由楞次定律決定，即感應電流的方向總是阻礙引起它產(chǎn)生的磁通量變化。應用法拉第電磁感應定律是許多電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)，如發(fā)電機、變壓器等。自感和互感自感線圈中電流變化會產(chǎn)生變化的磁場，變化的磁場反過來會在線圈中感應出電動勢，這種現(xiàn)象稱為自感。自感系數(shù)描述了線圈中電流變化對自身感應電動勢的影響程度?；ジ袃蓚€線圈靠近放置時，其中一個線圈中電流變化產(chǎn)生的磁場會穿過另一個線圈，在另一個線圈中感應出電動勢，這種現(xiàn)象稱為互感?；ジ邢禂?shù)描述了兩個線圈之間電流變化對感應電動勢的影響程度。麥克斯韋方程組電磁場基本定律麥克斯韋方程組是描述電磁場的四個基本方程。統(tǒng)一電磁理論這些方程統(tǒng)一了電場和磁場，并解釋了光作為電磁波的本質(zhì)。電磁現(xiàn)象預測麥克斯韋方程組可以用于預測和解釋各種電磁現(xiàn)象，如無線電波、激光等。應用廣泛它們在現(xiàn)代科技中有著廣泛的應用，例如通信、醫(yī)療、能源等領(lǐng)域。電磁波電磁波動畫電磁波的傳播是交變電場和磁場相互誘導形成的。電場和磁場不斷交替變化，形成一種自傳播的波動形式。電磁波譜電磁波譜涵蓋了從低頻無線電波到高頻伽馬射線的各種波長，每種波長對應著不同的能量和應用。無線電波應用無線電波在無線通信、廣播和雷達等領(lǐng)域有著廣泛應用，是現(xiàn)代社會不可或缺的一部分?？梢姽饪梢姽馐请姶挪ㄗV中人類眼睛可以感知的部分，它使我們能夠看到世界，并賦予了色彩。偏振橫波特性電磁波的電場和磁場都垂直于傳播方向，從而表現(xiàn)出橫波的特性。偏振方向電場振動的方向即為偏振方向，可以通過偏振片控制電磁波的偏振方向。自然光自然光包含所有方向的偏振光，而偏振光只包含特定方向的偏振光。干涉與衍射干涉當兩列或多列波相遇時，會在某些區(qū)域相互加強，在另一些區(qū)域相互抵消，形成干涉現(xiàn)象。衍射當光波遇到障礙物或孔隙時，會發(fā)生衍射現(xiàn)象，光波會繞過障礙物傳播。應用光學儀器全息術(shù)微波技術(shù)電磁場中的能量電磁場中儲存的能量是電磁場本身所具有的能量。該能量與電場強度和磁場強度的平方成正比。1/2εE2電場電場能量密度1/2μH2磁場磁場能量密度1/2(εE2+μH2)總能量電磁場的能量可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，例如機械能、熱能等。電磁場中的動量動量電磁場描述物體運動狀態(tài)描述電磁場能量和動量線性動量動量密度守恒定律動量守恒定律電磁場具有動量，體現(xiàn)為電磁場與物質(zhì)相互作用時動量的傳遞。分子電場極性分子極性分子具有永久性偶極矩，例如水分子。這些偶極矩會產(chǎn)生電場，影響周圍其他分子。非極性分子非極性分子沒有永久性偶極矩，例如甲烷分子。它們可能在電場作用下產(chǎn)生誘導偶極矩，從而產(chǎn)生電場。介質(zhì)中的電場1介電常數(shù)介質(zhì)的電極化能力可以用介電常數(shù)描述，它反映了介質(zhì)對電場的響應程度。2電極化強度介質(zhì)內(nèi)部由于電極化而產(chǎn)生的附加電場強度，它與介質(zhì)的電極化強度成正比。3電位移矢量電位移矢量反映了介質(zhì)中電場的總效應，它包括外加電場和介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的附加電場。4邊界條件電場在介質(zhì)界面上的變化規(guī)律，可以用邊界條件來描述，它反映了電場在介質(zhì)界面上的連續(xù)性或不連續(xù)性。導體中的電場導體的性質(zhì)導體內(nèi)部電荷自由移動，在外電場作用下重新分布。靜電平衡導體內(nèi)電場強度為零，電勢處處相等。表面電荷導體表面積聚電荷，形成表面電荷密度。電場方向?qū)w表面電場垂直于表面，指向外部。邊界條件邊界條件描述電磁場在不同介質(zhì)界面上的行為，例如在導體和絕緣體之間的界面。電場強度電場強度的切向分量在界面上連續(xù)，法向分量在界面上不連續(xù)。磁場強度磁場強度的法向分量在界面上連續(xù)，切向分量在界面上不連續(xù)。電磁波電磁波在不同介質(zhì)界面上會發(fā)生反射和折射，邊界條件決定了反射和折射的特性。靜電場的數(shù)值解1網(wǎng)格劃分將計算區(qū)域劃分為網(wǎng)格2方程離散將微分方程轉(zhuǎn)換為差分方程3迭代求解使用迭代方法求解差分方程4結(jié)果可視化繪制電場分布圖數(shù)值解法可以用來解決靜電場中的復雜問題，例如邊界形狀不規(guī)則的電容器或帶電物體。靜磁場的數(shù)值解1有限元法將磁場區(qū)域離散成有限個單元，每個單元內(nèi)的磁場強度用節(jié)點上的值來近似表示。通過求解線性方程組，得到每個節(jié)點上的磁場強度值。2有限差分法將磁場區(qū)域離散成網(wǎng)格，每個網(wǎng)格點上的磁場強度用差分方程來近似表示。通過求解差分方程組，得到每個網(wǎng)格點上的磁場強度值。3邊界元法將磁場區(qū)域的邊界離散成線段或曲面，每個邊界單元上的磁場強度用積分方程來表示。通過求解積分方程組，得到邊界上的磁場強度值，再利用邊界條件，計算出區(qū)域內(nèi)的磁場強度值。時變電磁場的數(shù)值解1網(wǎng)格劃分將計算區(qū)域劃分為有限個網(wǎng)格單元。2差分方程將麥克斯韋方程組離散化為差分方程。3數(shù)值求解采用有限差分法、有限元法等數(shù)值方法求解差分方程。4結(jié)果可視化將數(shù)值解結(jié)果以圖像、動畫等形式展示。數(shù)值方法在解決復雜電磁場問題方面具有重要作用，能夠提供更加直觀的物理現(xiàn)象展示。實驗操作指南實驗安全實驗前做好安全準備，戴好護目鏡和手套。了解實驗器材的正確使用方法。不要單獨操作危險實驗。實驗步驟仔細閱讀實驗步驟準備實驗器材按照步驟操作記錄實驗數(shù)據(jù)分析實驗結(jié)果實驗記錄實驗記錄要完整、準確、規(guī)范。實驗結(jié)果要及