電動(dòng)力學(xué)基本內(nèi)容復(fù)習(xí)提綱課件

電動(dòng)力學(xué)基本內(nèi)容電動(dòng)力學(xué)基本內(nèi)容Maxwell方程組和Lorentz力靜電/磁場(chǎng)求解方法動(dòng)電，即電磁波的發(fā)射（輻射）/傳播/接收（吸收）狹義相對(duì)論電動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)（低速）＋狹義相對(duì)論（高速）是一個(gè)完備的理論，非常好用宏觀電磁現(xiàn)象的規(guī)律，涉及微觀則多半失效Review電動(dòng)力學(xué)基本內(nèi)容電動(dòng)力學(xué)基本內(nèi)容Review1

電動(dòng)力學(xué)Ｉ主要內(nèi)容1．電磁場(chǎng)的基本規(guī)律2．靜電問題和靜磁問題的求解3．電磁波的傳播

電動(dòng)力學(xué)II主要內(nèi)容１．電磁波的輻射２．狹義相對(duì)論３．電磁場(chǎng)與物質(zhì)相互作用宏觀電動(dòng)力學(xué)緒論電動(dòng)力學(xué)Ｉ主要內(nèi)容電動(dòng)力學(xué)2第一章電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律總結(jié)電磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)定律一般規(guī)律：Maxwell方程組本章重點(diǎn)：從特殊到一般，由一些重要的實(shí)驗(yàn)定律及一些假設(shè)總結(jié)出麥克斯韋方程。主要內(nèi)容：

真空中麥?zhǔn)戏匠?；討論介質(zhì)電磁性質(zhì)，得出介質(zhì)中麥?zhǔn)戏匠?；給出求解麥?zhǔn)戏匠痰倪呏店P(guān)系；引入電磁場(chǎng)能量、能流并討論電磁能量的傳輸。本章難點(diǎn)：電磁場(chǎng)的邊值關(guān)系、電磁場(chǎng)能量。第一章電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律總結(jié)電磁現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)定律一般規(guī)律：3第一章電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律1.基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律電荷:電流:電荷守恒律:（電流連續(xù)性方程）全空間總電荷守恒穩(wěn)恒電流第一章電磁現(xiàn)象的普遍規(guī)律1.基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律電荷:電流:電荷4庫侖定律:畢奧-薩伐爾定律:高斯定理數(shù)學(xué)上Gauss定理:環(huán)路定理Stokes定理:電流元：安培環(huán)路定律磁高斯定理靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)基本方程庫侖定律:畢奧-薩伐爾定律:高斯定理數(shù)學(xué)上Gauss定理5電磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng)(法拉第電磁感應(yīng)定律)位移電流(2)變化電場(chǎng)激發(fā)磁場(chǎng)(麥克斯韋位移電流假設(shè))電磁場(chǎng)變化磁場(chǎng)激發(fā)電場(chǎng)(法拉第電磁感應(yīng)定律)位移電流(2)6帶電粒子運(yùn)動(dòng)電磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子作用LorentzNewton運(yùn)動(dòng)規(guī)律Maxwell感應(yīng)電場(chǎng)位移電流-------全電流安培環(huán)路定理Review描述包含粒子、電磁場(chǎng)體系的完整、自洽的動(dòng)力學(xué)方程Maxwell方程組Lorentz力Newton方程＋＋(必須掌握)帶電粒子運(yùn)動(dòng)電磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子作用LorentzNewton7宏觀極化強(qiáng)度矢量：2.電磁場(chǎng)與介質(zhì)的相互作用宏觀磁化強(qiáng)度矢量:電磁場(chǎng)引起介質(zhì)的磁化和極化磁化和極化出現(xiàn)磁化電流和極化電流、極化電荷誘導(dǎo)電流激發(fā)磁場(chǎng)宏觀極化強(qiáng)度矢量：2.電磁場(chǎng)與介質(zhì)的相互作用宏觀磁化強(qiáng)度矢83.介質(zhì)中的麥克斯韋方程組Review3.介質(zhì)中的麥克斯韋方程組Review9介質(zhì)的電磁本構(gòu)方程各向同性線性介質(zhì):導(dǎo)體:Review介質(zhì)的電磁本構(gòu)方程各向同性線性介質(zhì):導(dǎo)體:Review10麥克斯韋方程組+介質(zhì)的電磁本構(gòu)方程研究電磁場(chǎng)在介質(zhì)中傳播和與介質(zhì)相互作用的基本方程必須掌握麥克斯韋方程組+介質(zhì)的電磁本構(gòu)方程研究電磁場(chǎng)在介質(zhì)中傳播和與114.麥克斯韋方程組對(duì)應(yīng)的邊值關(guān)系介質(zhì)邊界電磁場(chǎng)方程連續(xù)介質(zhì)內(nèi)部電磁場(chǎng)方程子區(qū)域1子區(qū)域2子區(qū)域3子區(qū)域4區(qū)域外邊界區(qū)域內(nèi)邊界任意區(qū)域電磁場(chǎng)方程Review必須掌握4.麥克斯韋方程組對(duì)應(yīng)的邊值關(guān)系介質(zhì)邊界電磁場(chǎng)方程連續(xù)介質(zhì)124.交界面處的麥?zhǔn)戏匠瘫仨氄莆?.交界面處的麥?zhǔn)戏匠瘫仨氄莆?35.電磁場(chǎng)的能量和能流電磁場(chǎng)具有做功的能力----能量電磁場(chǎng)的能量分布在電磁場(chǎng)所在的空間區(qū)域能量隨電磁場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)而傳遞線性各向同性介質(zhì)：必須掌握5.電磁場(chǎng)的能量和能流電磁場(chǎng)具有做功的能力----能量電磁14場(chǎng)對(duì)物質(zhì)作功場(chǎng)能量的增加流入?yún)^(qū)域的能量能量守恒定律場(chǎng)對(duì)物質(zhì)作功場(chǎng)能量的增加流入?yún)^(qū)域的能量能量守恒定律15介質(zhì)內(nèi)的電磁能量和能流自由電荷束縛電荷電磁場(chǎng)動(dòng)能或焦耳熱極化能或磁化能、介質(zhì)損耗介質(zhì)中場(chǎng)能量的改變：介質(zhì)的極化和磁化線性各向同性介質(zhì)：介質(zhì)內(nèi)的電磁能量和能流自由電荷束縛電荷電磁場(chǎng)動(dòng)能或焦耳熱極化16第二章靜電場(chǎng)1.靜電問題第二章靜電場(chǎng)1.靜電問題17或區(qū)域內(nèi)交界面邊界上或區(qū)域內(nèi)交界面邊界上18導(dǎo)體表面上的邊值關(guān)系導(dǎo)體的靜電條件:1.導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)為零;2.電荷只能分布在表面;3.表面上電場(chǎng)沿法線方向,表面為等勢(shì)面.整個(gè)導(dǎo)體為等勢(shì)體.導(dǎo)體表面的邊值條件:金屬導(dǎo)體表面上的邊值關(guān)系導(dǎo)體的靜電條件:1.導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)為零;導(dǎo)19靜電場(chǎng)的能量一般方程：

能量密度

若已知

，總能量為

不是能量密度總能量

僅討論均勻介質(zhì)靜電場(chǎng)的能量一般方程：能量密度若已知，總能量為20唯一性定理的表述(1)在區(qū)域中每個(gè)均勻的子區(qū)域內(nèi)滿足泊松方程：空間區(qū)域內(nèi)靜電場(chǎng)唯一確定的條件為：(2)在區(qū)域中每?jī)勺訁^(qū)域邊界上滿足邊值條件：（

n由i區(qū)域指向j區(qū)域）(4)給定區(qū)域表面上或之值。(3)已知區(qū)域內(nèi)的電荷密度、；唯一性定理的表述(1)在區(qū)域中每個(gè)均勻的子區(qū)域21導(dǎo)體存在時(shí)唯一性定理（1）導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零，導(dǎo)體是等勢(shì)體（2）電荷以面電荷形式分布于表面導(dǎo)體的靜電平衡條件：對(duì)給定電勢(shì)值，將導(dǎo)體看成是區(qū)域邊界之一即可若區(qū)域中存在導(dǎo)體，給定導(dǎo)體上的電勢(shì)值或總電荷值，其他區(qū)域條件如前述，則電場(chǎng)唯一確定。導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)為零對(duì)給定電荷值，只要包圍導(dǎo)體的表面有：?

導(dǎo)體存在時(shí)唯一性定理（1）導(dǎo)體內(nèi)部電場(chǎng)為零，導(dǎo)體是等勢(shì)體導(dǎo)222.分離變量法求解區(qū)域內(nèi)部無自由電荷分布拉普拉斯(Laplace)方程根據(jù)所求解問題的邊界條件選擇不同的坐標(biāo)系球面邊界：球坐標(biāo)系柱面邊界：柱坐標(biāo)系直角坐標(biāo)系2.分離變量法拉普拉斯(Laplace)方程根據(jù)所求解23zxy取對(duì)稱軸為Ｚ軸電勢(shì)與方位角無關(guān)必須掌握球面邊界：球坐標(biāo)系z(mì)xy取對(duì)稱軸為Ｚ軸電勢(shì)與方位角無關(guān)必須掌握球面邊界：球坐標(biāo)24解題步驟根據(jù)具體條件確定常數(shù)選擇坐標(biāo)系和電勢(shì)參考點(diǎn)坐標(biāo)系選擇主要根據(jù)區(qū)域中分界面形狀，參考點(diǎn)主要根據(jù)電荷分布是有限還是無限；分析對(duì)稱性、分區(qū)寫出拉普拉斯方程在所選坐標(biāo)系中的通解；（1）外邊界條件：電荷分布有限解題步驟根據(jù)具體條件確定常數(shù)選擇坐標(biāo)系和電勢(shì)參考點(diǎn)分析對(duì)稱25注意：邊界條件和邊值關(guān)系是相對(duì)的。導(dǎo)體邊界可視為外邊界，給定（接地），或給定總電荷Q，或給定。電荷分布無限，電勢(shì)參考點(diǎn)一般選在有限區(qū)。如

（直角坐標(biāo)或柱坐標(biāo)），電勢(shì)可選在坐標(biāo)原點(diǎn)。均勻場(chǎng)中，（2）內(nèi)部邊值關(guān)系：介質(zhì)分界面上一般討論分界面無自由電荷的情況注意：邊界條件和邊值關(guān)系是相對(duì)的。導(dǎo)體邊界可視為外邊界，給定26鏡像法的基本問題在點(diǎn)電荷附近有導(dǎo)體或介質(zhì)存在時(shí)，空間的靜電場(chǎng)是由點(diǎn)電荷和導(dǎo)體的感應(yīng)電荷或介質(zhì)的束縛電荷共同產(chǎn)生的。那么，導(dǎo)體的感應(yīng)電荷或介質(zhì)的極化電荷對(duì)場(chǎng)點(diǎn)而言能否用場(chǎng)空間以外的區(qū)域（導(dǎo)體或介質(zhì)內(nèi)部）某個(gè)或幾個(gè)假想的電荷來代替呢？鏡像法概念、適用情況鏡像法：用假想點(diǎn)電荷來等效地代替導(dǎo)體邊界面上的面電荷分布，然后用空間點(diǎn)電荷和等效點(diǎn)電荷迭加給出空間電勢(shì)分布。適用情況：

所求區(qū)域有少許幾個(gè)點(diǎn)電荷，它產(chǎn)生的感應(yīng)電荷一般可以用假想點(diǎn)電荷代替。b)導(dǎo)體邊界面形狀比較規(guī)則，具有一定對(duì)稱性。c)給定邊界條件Review3.電像法鏡像法的基本問題在點(diǎn)電荷附近有導(dǎo)體或介質(zhì)存在時(shí)，空間的靜電場(chǎng)27注意幾點(diǎn)：a)像電荷必須放在研究的場(chǎng)域外。b)不能改變?cè)羞吔鐥l件（實(shí)際是通過邊界條件來確定假想電荷的大小和位置）。c)

放置像電荷后，就認(rèn)為原來的真實(shí)的導(dǎo)體或介質(zhì)界面不存在，把整個(gè)空間看成是無界的均勻空間。并且其介電常數(shù)應(yīng)是所研究場(chǎng)域的介電常數(shù)。d)像電荷是虛構(gòu)的，它只有等效作用。而其電量并不一定與真實(shí)的感應(yīng)電荷或極化電荷相等。e)鏡像法所適應(yīng)的范圍是：①場(chǎng)區(qū)域的電荷是點(diǎn)電荷，無限長(zhǎng)帶電直線；②導(dǎo)體或介質(zhì)的邊界面必是簡(jiǎn)單的規(guī)則的幾何面（球面、柱面、平面）。Review注意幾點(diǎn)：Review28a)正確寫出電勢(shì)應(yīng)滿足的微分方程及給定的邊界條件；b)根據(jù)給定的邊界條件計(jì)算像電荷的電量和所在位置；c)由已知電荷及像電荷寫出勢(shì)的解析形式；d)根據(jù)需要要求出場(chǎng)強(qiáng)、電荷分布以及電場(chǎng)作用力、電容等。二、鏡像法的具體應(yīng)用解題步驟：Reviewa)正確寫出電勢(shì)應(yīng)滿足的微分方程及給定的邊界條件；二、鏡像29ＺaQ3.電像法區(qū)域內(nèi)存在點(diǎn)電荷ＺaQ3.電像法區(qū)域內(nèi)存在點(diǎn)電荷30(１)總的電勢(shì)是區(qū)域內(nèi)的電荷和邊界上感應(yīng)電荷電勢(shì)的代數(shù)和；(２)感應(yīng)電荷的電勢(shì)滿足拉普拉斯方程要求鏡象電荷處于區(qū)域外！(３)感應(yīng)電荷的設(shè)置要使給定的邊界條件得到滿足．必須掌握4.格林(Green)函數(shù)區(qū)域內(nèi)存在連續(xù)電荷分布了解(１)總的電勢(shì)是區(qū)域內(nèi)的電荷和邊界上感應(yīng)電荷電勢(shì)的代數(shù)和；315.電多極矩掌握5.電多極矩掌握32掌握掌握33相互作用能的意義體系電荷集中在原點(diǎn)時(shí)，在外場(chǎng)中的能量；體系等效電偶極子在外場(chǎng)中的能量；體系等效電四極子在外場(chǎng)中的能量。若外場(chǎng)為均勻場(chǎng)相互作用能的意義體系電荷集中在原點(diǎn)時(shí)，在外場(chǎng)中的能量；體系等34帶電體系在外場(chǎng)中受到的力和力矩設(shè)W為帶電體系在外場(chǎng)中的靜電勢(shì)能，則帶電體系在外場(chǎng)中受到的力（假定Q不變）以下僅討論和相當(dāng)于帶電體系集中在一點(diǎn)上點(diǎn)電荷在外場(chǎng)中受到的作用力若為均勻場(chǎng)電偶極子只在非均勻場(chǎng)中受力。帶電體系在外場(chǎng)中受到的力和力矩設(shè)W為帶電體系在外場(chǎng)中的35掌握掌握36第三章靜磁場(chǎng)靜磁場(chǎng):1.靜磁場(chǎng)問題的基本方程靜磁場(chǎng):第三章靜磁場(chǎng)靜磁場(chǎng):1.靜磁場(chǎng)問題的基本方程靜磁場(chǎng):37矢勢(shì):矢勢(shì)的意義:2.矢勢(shì)及其微分方程規(guī)范條件:掌握了解矢勢(shì):矢勢(shì)的意義:2.矢勢(shì)及其微分方程規(guī)范條件:掌握了解383.磁標(biāo)勢(shì)在求解的區(qū)域無電流分布:在區(qū)域中存在磁化的介質(zhì):基本方程:(已知)3.磁標(biāo)勢(shì)在求解的區(qū)域無電流分布:在區(qū)域中存在磁化的介質(zhì):39掌握掌握404.磁多極矩磁偶極矩掌握4.磁多極矩磁偶極矩掌握41電動(dòng)力學(xué)基本內(nèi)容復(fù)習(xí)提綱ppt課件42第四章電磁波的傳播1.基本方程第四章電磁波的傳播1.基本方程43色散介質(zhì)的介電性質(zhì):色散色散介質(zhì)的介電性質(zhì):色散44時(shí)諧電磁波:Helmholtz方程必須掌握時(shí)諧電磁波:Helmholtz方程必須掌握452.平面波解基本特征必須掌握3.電磁波在介面上的反射和折射掌握分析方法2.平面波解基本特征必須掌握3.電磁波在介面上的反射和折464.有導(dǎo)體存在時(shí)電磁波的傳播(1)導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷分布衰減時(shí)間:良導(dǎo)體4.有導(dǎo)體存在時(shí)電磁波的傳播(1)導(dǎo)體內(nèi)的自由電荷分布衰47(2)導(dǎo)體內(nèi)的電磁波(2)導(dǎo)體內(nèi)的電磁波48電動(dòng)力學(xué)基本內(nèi)容復(fù)習(xí)提綱ppt課件49穿透深度:垂直入射:穿透深度:垂直入射:50(3)導(dǎo)體表面上的反射垂直入射:掌握分析方法(3)導(dǎo)體表面上的反射垂直入射:掌握分析方法515.諧振腔(1)諧振腔問題基本方程區(qū)域里邊界上區(qū)域里邊界上(2)簡(jiǎn)單諧振腔矩形、平行鏡面必須掌握5.諧振腔(1)諧振