2020年高中物理竞赛（基础篇）—电磁学 第十章 麦克斯韦电磁理论 (共76张PPT)

第十章 麦克斯韦电磁理论 §10.1 实验规律的总结和推广 §10.2 麦克斯韦方程组和边界条件 §10.3 电磁波 §10.4 电磁波的辐射 §10.5 电磁波谱 §10.6 电磁场的能量、动量和角动量 §10.1 实验规律的总结和推广 1实验规律的总结 2实验规律的推广和位移电流假设 电磁学发展简介 1840年前后，大部分电磁学实验规律相继发现，剩下的问题是对这些实验规律进行概括和总结，寻求他们之间的联系，建立统一理论。 当时电磁理论存在许多学派，他们均试图建立起统一的电磁理论。 超距作用观点 近距作用观点 §10.1.1 实验规律的总结 静电学中的基本实验规律库仑定律 描述静电场性质的高斯定理和环路定理 静磁学中的基本实验规律安培定律 描述静磁场性质的高斯定理和安培环路定理 麦克斯韦提出涡旋电场的假设 电荷守恒定律（实验总结） §10.1.2实验规律的推广和位移电流假设 静电场是一个保守力场，做功与路径无关。 但在迅变的情况下，变化的磁场产生涡旋电场，若空间既存在静止电荷，又存在变化磁场，那么空间总电场的环流量将不为零。 考虑安培回路定律：其物理意义是无论载流回路周围是真空还是磁介质，都可以写成： 安培回路定律在迅变情况下是否成立呢？ 答案 不成立。 构造不同两个曲面，由安培回路定理可得不同的结果： 在电流随时间变化时安培回路定律不再适用。 电位移通量和位移电流 引入电位移通量：通过任一曲面S的电位移通量。 由此，麦克斯韦定义了位移电流ID和电流密度jD（电位移矢量的时间变化率）： 传导电流和位移电流合起来称为全电流。 在非稳定情况下，凡传导电流中止的地方，由位移电流接上。 由此，麦克斯韦把安培回路定律推广到非恒定情况下也适用的普遍形式： 在普遍情况下，全电流是产生磁场的源。 位移电流的物理本质是：空间中随时间变化的电场可以激发磁场。 假定空间中不存在自由电荷和传导电流，则： 即随时间变化的磁场在空间激发电场；随时间变化的电场在空间激发磁场；两个方程相差一个符号，这恰恰是电磁波在空间传播所需要的。 §10.2 麦克斯韦方程组和边界条件 麦克斯韦在对电磁现象的实验做了以上创造性的总结和发展后，得到了普遍情况下电磁场必须满足的四个方程： 在空间中有介质存在时需加上描述介质性质的本构方程：