《電動(dòng)力學(xué)郭碩鴻版》課件

電動(dòng)力學(xué)郭碩鴻版PPT課件郭碩鴻教授編著的《電動(dòng)力學(xué)》是一本經(jīng)典的教材，被廣泛應(yīng)用于大學(xué)物理課程。本PPT課件旨在幫助學(xué)生更好地理解和學(xué)習(xí)電動(dòng)力學(xué)的基本概念和理論。課程簡(jiǎn)介內(nèi)容該課程深入講解電動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)理論，包括靜電場(chǎng)、靜磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)、電磁波等內(nèi)容。目標(biāo)幫助學(xué)生掌握電動(dòng)力學(xué)基本概念、定理和公式，并能運(yùn)用這些知識(shí)解決實(shí)際問題。方法課程以講授為主，輔以習(xí)題練習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生在實(shí)踐中理解和運(yùn)用理論知識(shí)?？己似谀┛荚?，考察學(xué)生對(duì)課程內(nèi)容的理解和應(yīng)用能力。課程大綱電荷和電場(chǎng)靜電學(xué)基礎(chǔ)磁場(chǎng)磁場(chǎng)與電流的關(guān)系電磁波電磁場(chǎng)的傳播電路理論電磁場(chǎng)在電路中的應(yīng)用電荷和電場(chǎng)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(chǎng)。電場(chǎng)是周圍空間的一種力場(chǎng)，它對(duì)電荷施加力的影響。電荷之間的相互作用力通過電場(chǎng)傳遞。電場(chǎng)可以被描述為電場(chǎng)強(qiáng)度，它表示單位電荷受到的力的大小和方向。電場(chǎng)強(qiáng)度可以由電荷的分布來確定。電荷的分布可以是點(diǎn)電荷、線電荷、面電荷或體電荷。庫侖定律1定律內(nèi)容兩個(gè)點(diǎn)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(yīng)用計(jì)算點(diǎn)電荷之間的靜電力，分析靜電場(chǎng)。庫侖定律是靜電學(xué)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(jì)算兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的靜電力，并進(jìn)一步分析靜電場(chǎng)。高斯定理1高斯定理概述高斯定理是電磁學(xué)中一個(gè)重要的定理，它將電場(chǎng)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(yīng)用高斯定理在電磁場(chǎng)計(jì)算中具有廣泛的應(yīng)用，例如計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度、計(jì)算電勢(shì)、計(jì)算電容等等。電勢(shì)11.定義電勢(shì)是描述電場(chǎng)能量的一種物理量，通常用符號(hào)V表示。22.單位電勢(shì)的單位是伏特(V)，1伏特等于1焦耳/庫侖(J/C)。33.計(jì)算電勢(shì)可以用公式V=W/q計(jì)算，其中W是電場(chǎng)力做的功，q是電荷量。44.應(yīng)用電勢(shì)在電路分析、電磁場(chǎng)理論和電氣工程中起著重要作用。電勢(shì)能電勢(shì)能的定義電勢(shì)能是指帶電粒子在電場(chǎng)中由于電場(chǎng)力而具有的能量，它與電場(chǎng)強(qiáng)度和電荷量有關(guān)。電勢(shì)能的計(jì)算電勢(shì)能可以通過計(jì)算電場(chǎng)力做功來求得，它等于帶電粒子在電場(chǎng)中從無窮遠(yuǎn)處移動(dòng)到該位置時(shí)電場(chǎng)力所做的功。電勢(shì)能的應(yīng)用電勢(shì)能的概念在許多領(lǐng)域都有應(yīng)用，例如在電學(xué)、電子學(xué)和原子物理學(xué)中。電容器電容器是一種儲(chǔ)存電能的元件，由兩塊彼此絕緣的導(dǎo)體構(gòu)成，稱為電極。當(dāng)電容器連接到電源時(shí)，兩極之間會(huì)積累電荷，形成電場(chǎng)。電容器的電容是衡量其儲(chǔ)存電荷能力的指標(biāo)，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(dòng)。電阻是材料阻礙電流流動(dòng)的能力。電阻的大小取決于材料的性質(zhì)、長(zhǎng)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(shè)備中，電阻可以用于信號(hào)放大、濾波等功能。歐姆定律概述歐姆定律闡述了導(dǎo)體中電流與電壓和電阻之間的關(guān)系。它是一個(gè)基本定律，在電氣工程和物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)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(yīng)用歐姆定律可以用來計(jì)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?；鶢栂；舴蚨?基爾希霍夫電流定律節(jié)點(diǎn)電流代數(shù)和為零2基爾?；舴螂妷憾苫芈冯妷捍鷶?shù)和為零3應(yīng)用電路分析與計(jì)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(chǎng)磁場(chǎng)是由于運(yùn)動(dòng)電荷或磁偶極子產(chǎn)生的區(qū)域。磁場(chǎng)可以用磁場(chǎng)線來表示，磁場(chǎng)線的方向表示磁場(chǎng)的方向，磁場(chǎng)線的疏密表示磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)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(chǎng)強(qiáng)度、電荷的運(yùn)動(dòng)速度和電荷的電量有關(guān)。安培定律1安培定律磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流成正比2積分形式環(huán)路磁場(chǎng)強(qiáng)度積分等于電流3微分形式磁場(chǎng)旋度與電流密度成正比4應(yīng)用計(jì)算電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)安培定律描述了電流和磁場(chǎng)之間的關(guān)系。通過環(huán)路積分可以計(jì)算電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度。法拉第電磁感應(yīng)定律磁通量的變化當(dāng)穿過閉合回路的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小與磁通量變化率成正比。感應(yīng)電流的方向感應(yīng)電流的方向由楞次定律決定，即感應(yīng)電流的方向總是阻礙引起它產(chǎn)生的磁通量變化。應(yīng)用法拉第電磁感應(yīng)定律是許多電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)，如發(fā)電機(jī)、變壓器等。自感和互感自感線圈中電流變化會(huì)產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，變化的磁場(chǎng)反過來會(huì)在線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，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(duì)自身感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響程度?；ジ袃蓚€(gè)線圈靠近放置時(shí)，其中一個(gè)線圈中電流變化產(chǎn)生的磁場(chǎng)會(huì)穿過另一個(gè)線圈，在另一個(gè)線圈中感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)，這種現(xiàn)象稱為互感?；ジ邢禂?shù)描述了兩個(gè)線圈之間電流變化對(duì)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的影響程度。麥克斯韋方程組電磁場(chǎng)基本定律麥克斯韋方程組是描述電磁場(chǎng)的四個(gè)基本方程。統(tǒng)一電磁理論這些方程統(tǒng)一了電場(chǎng)和磁場(chǎng)，并解釋了光作為電磁波的本質(zhì)。電磁現(xiàn)象預(yù)測(cè)麥克斯韋方程組可以用于預(yù)測(cè)和解釋各種電磁現(xiàn)象，如無線電波、激光等。應(yīng)用廣泛它們?cè)诂F(xiàn)代科技中有著廣泛的應(yīng)用，例如通信、醫(yī)療、能源等領(lǐng)域。電磁波電磁波動(dòng)畫電磁波的傳播是交變電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互誘導(dǎo)形成的。電場(chǎng)和磁場(chǎng)不斷交替變化，形成一種自傳播的波動(dòng)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(zhǎng)，每種波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)著不同的能量和應(yīng)用。無線電波應(yīng)用無線電波在無線通信、廣播和雷達(dá)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用，是現(xiàn)代社會(huì)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(chǎng)和磁場(chǎng)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(chǎng)振動(dòng)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(dāng)兩列或多列波相遇時(shí)，會(huì)在某些區(qū)域相互加強(qiáng)，在另一些區(qū)域相互抵消，形成干涉現(xiàn)象。衍射當(dāng)光波遇到障礙物或孔隙時(shí)，會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，光波會(huì)繞過障礙物傳播。應(yīng)用光學(xué)儀器全息術(shù)微波技術(shù)電磁場(chǎng)中的能量電磁場(chǎng)中儲(chǔ)存的能量是電磁場(chǎng)本身所具有的能量。該能量與電場(chǎng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度的平方成正比。1/2εE2電場(chǎng)電場(chǎng)能量密度1/2μH2磁場(chǎng)磁場(chǎng)能量密度1/2(εE2+μH2)總能量電磁場(chǎng)的能量可以轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，例如機(jī)械能、熱能等。電磁場(chǎng)中的動(dòng)量動(dòng)量電磁場(chǎng)描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述電磁場(chǎng)能量和動(dòng)量線性動(dòng)量動(dòng)量密度守恒定律動(dòng)量守恒定律電磁場(chǎng)具有動(dòng)量，體現(xiàn)為電磁場(chǎng)與物質(zhì)相互作用時(shí)動(dòng)量的傳遞。分子電場(chǎng)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(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，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(chǎng)作用下產(chǎn)生誘導(dǎo)偶極矩，從而產(chǎn)生電場(chǎng)。介質(zhì)中的電場(chǎng)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(duì)電場(chǎng)的響應(yīng)程度。2電極化強(qiáng)度介質(zhì)內(nèi)部由于電極化而產(chǎn)生的附加電場(chǎng)強(qiáng)度，它與介質(zhì)的電極化強(qiáng)度成正比。3電位移矢量電位移矢量反映了介質(zhì)中電場(chǎng)的總效應(yīng)，它包括外加電場(chǎng)和介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生的附加電場(chǎng)。4邊界條件電場(chǎng)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(chǎng)在介質(zhì)界面上的連續(xù)性或不連續(xù)性。導(dǎo)體中的電場(chǎng)導(dǎo)體的性質(zhì)導(dǎo)體內(nèi)部電荷自由移動(dòng)，在外電場(chǎng)作用下重新分布。靜電平衡導(dǎo)體內(nèi)電場(chǎng)強(qiáng)度為零，電勢(shì)處處相等。表面電荷導(dǎo)體表面積聚電荷，形成表面電荷密度。電場(chǎng)方向?qū)w表面電場(chǎng)垂直于表面，指向外部。邊界條件邊界條件描述電磁場(chǎng)在不同介質(zhì)界面上的行為，例如在導(dǎo)體和絕緣體之間的界面。電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)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(huì)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(chǎng)的數(shù)值解1網(wǎng)格劃分將計(jì)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(chǎng)分布圖數(shù)值解法可以用來解決靜電場(chǎng)中的復(fù)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(chǎng)的數(shù)值解1有限元法將磁場(chǎng)區(qū)域離散成有限個(gè)單元，每個(gè)單元內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度用節(jié)點(diǎn)上的值來近似表示。通過求解線性方程組，得到每個(gè)節(jié)點(diǎn)上的磁場(chǎng)強(qiáng)度值。2有限差分法將磁場(chǎng)區(qū)域離散成網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的磁場(chǎng)強(qiáng)度用差分方程來近似表示。通過求解差分方程組，得到每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)上的磁場(chǎng)強(qiáng)度值。3邊界元法將磁場(chǎng)區(qū)域的邊界離散成線段或曲面，每個(gè)邊界單元上的磁場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度值，再利用邊界條件，計(jì)算出區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度值。時(shí)變電磁場(chǎng)的數(shù)值解1網(wǎng)格劃分將計(jì)算區(qū)域劃分為有限個(gè)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(dòng)畫等形式展示。數(shù)值方法在解決復(fù)雜電磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)操作指南實(shí)驗(yàn)安全實(shí)驗(yàn)前做好安全準(zhǔn)備，戴好護(hù)目鏡和手套。了解實(shí)驗(yàn)器材的正確使用方法。不要單獨(dú)操作危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)步驟仔細(xì)閱讀實(shí)驗(yàn)步驟準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)器材按照步驟操作記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)記錄實(shí)驗(yàn)記錄要完整、準(zhǔn)確、規(guī)范。實(shí)驗(yàn)結(jié)果要及