2022-2023学年高二物理竞赛课件：电磁学（电动力学）简介

电磁学（电动力学）简介 电磁学的研究对象（与力学、热学对比） 带电物体（charge）的性质 静止的电荷；运动的电荷；（电荷产生电场） 运动的电荷产生电流，由此产生磁场。 电场、磁场的互相转换；电磁场；电磁波。 经典电磁学（电动力学）的系统研究比力学和热学晚一个多世纪，主要集中在18-19世纪，以库仑、安培、伏特、法拉第、麦克斯韦等人的贡献为主。 在研究方法上，电磁学比力学和热学（统计物理）更系统、简明，麦克斯韦方程组可搞定一切！下面就是数学推导（常微方程、复变函数、偏微方程等）。 麦克斯韦方程组     电磁基本规律的归纳 1. 电场高斯定理： 2. 磁场高斯定理：    3. 电场环路定理： 4. 磁场环路定理：   麦克斯韦方程组 积分形式 微分形式 解决有限空间电磁场问题 解决电磁场空间 分布问题 预 言 了 电 磁 波 的 存 在 真空中的麦克斯韦方程组（不同的单位制） 国际制 （SI Unit） 高斯制 （Gauss Unit）  发射 接收  1831年：法拉第（1791-1867） 发现电磁感应 1865年：麦克斯韦（1831-1879） 完善了电磁方程并预言电磁波 1888年：赫兹（1857-1894） 验证了电磁波的发射与传播  赫兹实验     电磁波的产生与传播 ＋ － ＋ － 辐射能与频率的4次方成正比 偶极振子的辐射 ——最重要的电磁辐射模型 变化的电场 — 磁场 变化的磁场 — 电场 地位对称 变化率也随时间变化 变化的电场、磁场同时存在，又以对方存在为前提 电磁场——互相依存、同时存在的变化的电场和磁场 电磁波的传播机制 光 、X射线、放射性辐射等都是电磁波，只是频率或波长有很大差别。 按波长或频率的顺序把电磁波排列起来——电磁波谱。以真空中的波长作为电磁波谱的标度。 无线电波： 长波：几千米； 中波： 103m-50m； 短波： 50-10m； 微波：10m-1mm； 红外线： 10-2cm-760nm； 可见光：760-400nm； 紫外线： 400-5nm ； X 射线： 1-10-3nm； 电磁波谱 电磁学引发的革命 经典电磁学（电动力学）与伽利略时空变换严重矛盾！（光是一种电磁波） 举个简单例子：在一个参考系中静止的电荷，它只产生静电场、没有磁场；但在另一个相对运动的参考系观察，它同时产生电场和磁场！在不同的惯性系观察到不同的物理现象，严重违背“相对性原理”。 由此，洛仑兹等人提出“洛仑兹变换”取代“伽利略变换”用在麦克斯韦方程组里，企图弥补经典物理的大厦，不料越补越麻烦，干脆，爱因斯坦彻底推翻经典假设，在微观、高速运动范畴引入相对论。 $