高中物理奧林匹克競(jìng)賽專題麥克斯韋方程組ppt課件.ppt

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1、第10章麥克斯韋方程組電磁場(chǎng)引言在力學(xué)現(xiàn)象中:在電學(xué)磁學(xué)電磁學(xué)及光學(xué)現(xiàn)象中：適用范圍：電磁場(chǎng)第10章麥克斯韋方程組產(chǎn)生磁場(chǎng)的原因1、電流2、變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)的原因1、電荷2、變化的電場(chǎng)?麥克斯韋理論肯定了這一點(diǎn)！穩(wěn)恒磁場(chǎng)非穩(wěn)恒時(shí)?0?S1I(t)?S2任意時(shí)刻空間每一點(diǎn)的磁場(chǎng)都是確定的，對(duì)于確定的回路積分只有唯一確定的值。S1RI（t）S2L一安培環(huán)路定理失效§1位移電流定理需要修正！方程的右邊還有一個(gè)物理量？矛盾出現(xiàn)了：在非穩(wěn)恒時(shí)，磁場(chǎng)的環(huán)路定理不成立，難道？二位移電流（1）二極板間的電位移

2、通量在充放電過程中位移電流位移電流密度定義IDRI（t）二位移電流（2）空間電位移分布不均勻IDRI（t）?S1I?S2S1RI（t）S2L二位移電流（3）傳導(dǎo)電流與位移電流之和稱為全電流和計(jì)算全電流相等矛盾解決了！！二位移電流（4）安培環(huán)路定理應(yīng)修正為S1RI（t）S2L傳導(dǎo)電流與位移電流之和稱為全電流麥克斯韋的“位移電流”假說，是對(duì)人類的巨大貢獻(xiàn)。揭示出，變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生電流，而電流的存在，就意味著磁場(chǎng)的存在。因此，變化的電場(chǎng)可以產(chǎn)生磁場(chǎng)。位移電流的特點(diǎn)（1）IDRI（t）1、大小與電位移

3、對(duì)時(shí)間的變化率相關(guān)。2、在產(chǎn)生磁場(chǎng)的作用方面與傳導(dǎo)電流等價(jià)。1、只要電場(chǎng)隨時(shí)間變化，就有相應(yīng)的位移電流.2、位移電流與傳導(dǎo)電流是完全不同的概念，僅在產(chǎn)生磁場(chǎng)方面二者等價(jià).(1)在無傳導(dǎo)電流的介質(zhì)中ID=回路導(dǎo)線段I.(1)傳導(dǎo)電流有電荷流動(dòng)，通過導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生焦耳熱.(2)ID無電荷流動(dòng)。高頻時(shí)介質(zhì)也發(fā)熱，那是分子反復(fù)極化造成.(2)在導(dǎo)體中，低頻時(shí)ID??I，可忽略；高頻時(shí)不可略位移電流的特點(diǎn)（2）例兩極板均為半徑的導(dǎo)體圓板的平板電容器接入一電路，當(dāng)充電時(shí)，極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度以的變化率增加，若兩極板

4、間為真空，忽略邊緣效應(yīng)，求(1)兩極板間的位移電流；(2)兩極板間磁感應(yīng)強(qiáng)度分布，并估算極板邊緣處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。IDRI（t）解：(1)忽略邊緣效應(yīng)，極板間場(chǎng)強(qiáng)均勻分布，則(2)兩極板間的位移電流相當(dāng)于均勻分布的柱電流，由對(duì)稱性分析可知，這將產(chǎn)生具有軸對(duì)稱的有旋磁場(chǎng)，磁感應(yīng)線是以二極板中心連線為中心的一系列同心圓。沿磁感應(yīng)線取一安培環(huán)路，根據(jù)全電流安培環(huán)路定理另一方面，由于對(duì)稱性，可以計(jì)算環(huán)路積分因此，得到電磁感應(yīng)強(qiáng)度的表達(dá)式在邊緣處§2麥克斯韋方程組一積分形式靜電場(chǎng)渦旋電場(chǎng)穩(wěn)恒磁場(chǎng)“位移磁場(chǎng)”

5、二兩類場(chǎng)同時(shí)存在Maxwell方程組三微分形式物質(zhì)方程給定初始條件和邊界條件原則上可以解決電磁場(chǎng)問題1886年29歲的赫茲發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電池通過一對(duì)線圈中的一個(gè)放電時(shí)，在另一個(gè)線圈里產(chǎn)生火花。赫茲振子高頻加速運(yùn)動(dòng)電荷諧振器1888年他總結(jié)出：電磁感應(yīng)是以波動(dòng)形式傳播的，并第一次使用了“電磁波”一詞。赫茲§10-3平面電磁波振蕩偶極振子發(fā)射的電磁波振蕩電偶極矩：偶極子附近電場(chǎng)線的變化電場(chǎng)線磁場(chǎng)線BEpBCE例：振蕩電偶極子的遠(yuǎn)場(chǎng)－近似的平面電磁波E?B傳播方向～§3電磁波自由空間1亥姆霍茲方程典型的波動(dòng)

6、方程，其解：平面波、球面波、柱面波等等電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度（大小和振動(dòng)方向）是隨時(shí)間變化的、是向外傳播的，稱為電磁波。傳播的速度真空中：拉普拉斯算符光是一種電磁波！討論輻射場(chǎng)振蕩偶極子輻射的電磁波??????~（1）Z軸上各點(diǎn)?=0或?，E=H=0（2）XY平面上?=?/2Eo、Ho最大輻射強(qiáng)度發(fā)射功率——單位時(shí)間輻射總能量如何提高振蕩電路的發(fā)射功率？~發(fā)射天線的基本單元??????~拉直2電磁波的特點(diǎn)（1）橫波場(chǎng)強(qiáng)的方向與波傳播方向垂直（3）波速（4）E、H同步（2）3電磁波的能量密度、能流密度

7、X坡印廷矢量在真空中：能量密度能流密度波的傳播速度能量傳播速度相同?射線X射線紫外線紅外線微波可見光外層電子躍遷核內(nèi)粒子作用內(nèi)層電子躍遷分子振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)核、電子自旋晶體、電子線路振蕩無線電波4電磁波譜小結(jié)實(shí)驗(yàn)定律庫(kù)侖定律畢薩定律高斯定理環(huán)路定理兩個(gè)假設(shè)揭示電磁場(chǎng)根源渦旋電場(chǎng)位移電流電場(chǎng)：由電荷和時(shí)變磁場(chǎng)產(chǎn)生；磁場(chǎng)：由電流和時(shí)變電場(chǎng)產(chǎn)生。推廣高斯定理環(huán)路定理麥克斯韋方程組電磁場(chǎng)波動(dòng)方程(電磁場(chǎng)以波動(dòng)形式傳播）預(yù)言:指出光是電磁波的一種，光在真空中的傳播速度為：電磁波，電磁波的多普勒效應(yīng)若星球遠(yuǎn)離地球，

8、我們將測(cè)到光譜的紅移現(xiàn)象。1917年斯萊弗拍攝了15個(gè)渦狀星云的光譜中13個(gè)有顯著紅移。1919年哈勃提出星系退行速度哈勃定律哈勃定律并不表示銀河系是宇宙的中心，而是顯示了一幅宇宙膨脹的圖景，多普勒理論為它提供了科學(xué)依據(jù)。討論輻射場(chǎng)振蕩偶極子輻射的電磁波??????~（1）Z軸上各點(diǎn)?=0或?，E=H=0（2）XY平面上?=?/2Eo、Ho最大輻射強(qiáng)度發(fā)射功率——單位時(shí)間輻射總能量如何提高振蕩電路的發(fā)射功率？~發(fā)射天線的基本單元??????~拉直36導(dǎo)體半導(dǎo)體絕緣體鐵磁質(zhì)順磁質(zhì)抗磁質(zhì)有靜電屏蔽電