闽江学院
本科毕业论文(设计)
题目电磁学现象及规律探究的概述
学生姓名江贤晶
学号 120071001137
系别物理学与电子信息工程系
年级 2007级
专业物理学
指导教师李雪梅
职称讲师
完成日期 2010.11.01－2011.5.20
闽江学院本科毕业论文（设计）诚信声明书
本人郑重声明：
兹提交的毕业论文（设计）《电磁学现象及物理规律探究的概述》，是本人在指导老师苏启录的指导下独立研究、撰写的成果；论文（设计）未剽窃、抄袭他人学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，论文（设计）中所引用的文字、研究成果均已在论文（设计）中以明确的方式标明；在毕业论文（设计）工作过程中，本人恪守学术规范，遵守学校的有关规定，依法享有和承担由此论文（设计）产生的权利和责任。
声明人（签名）：江贤晶
2011年5月7日
摘要
随着科技日新月异的发展，电磁学走上历史舞台扮演着不可或缺的角色，它的应用已如旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家。本文基于向读者描述传统电磁学的基本内容，致力于对基本概念和基本规律的阐述。本文顺着从电现象引出电磁学规律的主线，从库伦定律发现后为研究方便引入电场和磁场概念讲到电磁波，着重概述电磁学的基础现象和规律，并根据本人的理解向读者讲述电磁学的应用。
关键词：电磁学电场磁场电磁波
Abstract Keywords:
目录
引言 (6)
一、静电场
1.库伦定律 (7)
2.电场 (7)
二、磁场
1.奥斯特实验 (9)
2.安培环路定理 (10)
3.通电螺线管上的磁场 (11)
4.载流线圈的磁场 (12)
5.电磁感应现象 (12)
6.楞次定律 (14)
三、塞曼效应
1.正常塞曼效应 (15)
2.反常塞曼效应 (16)
四、电磁波
1.麦克斯韦方程组 (17)
2.平面电磁波 (19)
3.可见光（光波） (19)
电磁学的应用
总结
注释 (22)
参考文献 (23)
致谢 (24)
引言
研究物质规律的物理在生活中扮演着一个及其重要的角色，清晨当迈出你的第一步时你是否考虑到物理已经和你接触了呢？物理伴随着生活的每一步，深入生活的每一个角落。物理中每一个规律的发现都是历史·辉煌的见证，它们指引着人类认识自然认识世界的步伐，将我们引向那充满幻想的世界。而众多物理规律中有一类规律把我们的距离拉近了，曾今的一封信让我心急如焚，可如今即使天涯海角，思时也无非咫尺，这就是电磁学规律的一个重要应用，应用于广泛的通信！
电磁学规律的应用还不仅限于通信，它有这更广阔的应用范围，它给生活带来了福音，给世界带来了交响曲，然而在寻找这些电磁学规律中物理学家们却是历尽千辛万苦。今天让我们畅游在漫漫的反思中。
电磁学是研究电、磁和电磁的相互左右的现象，及其规律和应用的物理学分支的学科。它是物理学的一个分支。广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门研究电性和磁性交互关系的学科，本文也将重点从电与磁之间的关系找出电磁学规律。
从狭义的观点上看，电、磁两种现象本是认为是独立无关的两门学科，当然很多因素也关于磁学本身的发展和应用，正如近代磁性材料和磁学技术的发展，各种此现象和磁效应的发现和应用等等，使得磁学的范围不段的扩张，这样到目前磁学的范围就已经足够另立门户，成为一门独立的学科也是理所当然，所以实际中已经将电磁学作为一门与电学平起平坐的学科来研究了。
从广义上认识，根据近代物理学的观点，磁的现象是由运动电荷（电流）所产生的，因而在电学的范围内必然不同程度地包含磁学的内容，所以电磁学和电学的内容很难截然区分开来，二者并没有太明显的界限，甚至有时也将电磁学简称为电学。磁学主要研究电磁波、电磁场以及有关电荷、带电物体的电力学等等。这样电磁学的规律的电学的发展，同时我认为又电学引出电磁学的分水岭在于法拉第的电磁感应现象的发现，让我们来了解一下如何从简单的电现象引出电磁学的规律。
一、静电场
（一）库伦定律
欲从电学中找到电磁学规律的发现，首先我们得先从电现象入手，找到电学中动力学关系和磁动力关系就不难知道电与磁之间存在着怎么的关系。让我们认识一下库伦定律，了解两点电荷之间的关系，库仑定律：
（图1-1）
是电磁场理论的基本定律之一。真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线,同名电荷相斥，异名电荷相吸。公式：
F=k*(q1*q2)/r^2 （式1-1）
其中F是两点电荷之间所受的库伦力，k是比例常数，q1、q2分别代表两点电荷所带的电荷量，r是两点电荷的距离。[4][8]
（二）电场
在很多没有直接接触的力现象中力的相互作用需要有介质的存在，例如马拉车，马能拉动车肯定少不了绳子的存在，只有将马和马车栓在一起才能使马在奔跑中带动马车。再如声音的传播，我们聊天时虽然对方并没有将声带直接贴在我们的耳朵上，但我们能听到对方的声音，这是因为有空气介质的存在。加入我们生活的空间没有空气的存在，那么所谓的聊天只能看到对方嘴唇的动作，并不能听到声音……但刚才说过的例子中q1、q2明显没有直接接触，又似乎没有介质的存在，那么q1、q2之间存在的库伦力又是怎样传递的呢？历史上对这个问题
有很多争论，一类人认为这种力并不需要介质的存在就可以之间传递，甚至更不需要时间，不受时间的限制，力的作用就能从一个物体直接传递到另一个物体上。另一种观点认为空间中存在着科学家还未发现的弹性物质——“以太”，电场力就是通过“以太”来传递的。这些观点都被近代物理学家所否认并引入电场。而且还将点电荷在电场中受到的力F与电荷量q0的比值称为电场强度，用字母E 来表示：
E=F/q
以下是几种电荷模型的电场分布：
正点电荷负点电荷
等量异种电荷
（图1-2）
更多的电磁分布这里就不再多举。[4]
二、磁场
我们现在先来看看以下实验现象：
（图2-1）
本实验的原理图如上图所示，其中深黑色的直导线是原来的导线，就是还没通电时的导线，灰色的导线是通有电流后导线原导线移动的位置。如上图，在导线中通有电流大小为I的电流，这样导线的位置就会发生改变，当电流的方向时导线互相吸引，电流方向相反时导线互相排斥，牛顿第二定律告诉我们，当物体状态发生改变时肯定要受到外力的作用，导线从原来的静止状态开始运动，使得导线的形状发生改变，这说明导线受到力的作用，问题就产生了，导线明显受到了力的作用，那通电导线中相互间的作用力从何而来？以下将对这个问题进行简易的解释。
（一）奥斯特实验
库伦定律说明了两点电荷之间存在着相互作用，在这基础上物理学家们发现带电物体接触磁场时也能产生力的作用，说到这就少不了说奥斯特实验了，奥斯特实验说明了通电导线与磁性物质之间存在着力的作用，奥斯特是丹麦的科学家，他在1820年4月的一节课中，他讲授了电与磁的课程，他做了一个实验中无意发现了这个现象：通电铂丝扰动玻璃罩内的指南针，虽然效应很弱，看上去也很不规则，但奥斯特却对这种无意间发现的现象产生浓厚的兴趣，在课后他进行了大量的电池反复做了同样的实验对自己的假设进行验证。奥斯特在做实验时
还在磁针与导线间放入玻璃、金属、木头等物质，然而磁针的偏转并不因此减弱或者消失[8]，他的实验可以如下概述：
(图2-2）
上图是奥斯特实验的简易实验图，导线中通有大小为I的电流，在导线旁放一个小磁针，众所周知磁针在地磁场的作用下沿南北取向，但磁针在电流的作用下会产生偏转，说明磁针与导线间存在着力的作用。当断开电源时磁针重新南北指向，这个实验中的单一变量是导体是否通电，这样我们就能很明确的得到一个结论：通电导体对磁性物质有力的作用。这样就能说明通电导体不仅能产生电场，它也能产磁性质，并又此产生的磁场使奥斯特实验中的磁针发生偏转。[5]
也像电荷一样奥斯特实验中通电导线和磁针之间并没有直接的接触，他们之间又是以什么形式传递力的作用呢？与电荷之间的作用力一样，磁性物质周围也存在场的性质，所以物理学家引入的磁场的概念，并以字母B代表磁场强度。这样就不难解释图二所示实验中产生的现象，通电导线能产生磁场，实验中两导线所通电流方向相同时产生的磁场使得两导线互相吸引，相反当电流的方向相反时产生的磁场使得两导线互相排斥，图二中的第一个实验就是因为导线通的电流相同导线互相吸引，最后出现的现象必然是两导线同时向内弯曲，第二个实验磁场间的相互作用使得导向向外弯曲！
（二）安培环路定理
由奥斯特实验得到了惊人的结论，那么通电导体产生的磁场又是怎样的呢？这个问题我们让安培我们解答：安培知道奥斯特的发现时非常惊讶，他注意到了
这个发现的重要性，立刻对电流间的作用进行了精密的研究，他发现图2-3所示实验现象，他便由此猜想到所有的磁性都能用电流置换[5]。
随后安培便花了大量的时间研究导体中电流所产生磁场的性质。这里我们取简单的一个种模型（通电直导线）为例，许多实验证实了通电直导线产生的磁场如图。
（图2-3）
以上就是安培环路定理，磁场的方向应服从右手螺旋定则[4]：手握导线，大拇指指向电流方向，那么其余四个手指的环绕方向就是磁场的方向，而且在这种简单的模型中产生磁场的强度还满足公式：
02r I
B πμ=
（式2-1） 注：②
（三）通电螺线管上的磁场
现在我们来讨论一下通电螺线管，我记得初中我们学到电磁感应现象的时候就是通过通电螺线管来说明的，下图就是一个通电螺线管：
（图2-4）
根据电磁感应现象的原理，我们不难理解通电螺线管周围会有磁场的存在，如上图在软铁上绕有导线，并在导线中通有电流大小为I的电流，在螺线管中磁场的方向同样服从右手定则，将右手的四个手指弯曲并指向电流环绕的方向，那样大拇指所指向的方向就是磁场的方向。当然在这种情况中如果要求场强的大小还需知道软铁的性质，本文不在这里做解释[4]。
（四）载流线圈的磁场
下面我们来看看通电线圈中磁场的方向是如何的，下面是通电导线圈的模型：
（图2-5）
如上图，导线圈中通有电流的大小为I，这种模型服从右手螺旋定则，将右
手的四只手指指向电流方向沿线圈环绕，右手大拇指伸直，大拇指指向的方向就是磁场的方向，上图模型的磁场方向如上图所示。这种情可以当做简单的通电螺线管来理解，通电螺线管中线圈的匝数较多，而本模型中可以认为是线圈匝数为一的通电螺线管[4]。
（五）电磁感应现象
上述内容能很清楚的知道通电导体能产生磁场，我们能不能根据以上结论做一个假设呢？我们假设磁场也可能产生电流或者电动势。带着这个问题我们访问法拉第任何认识这个问题的。
法拉第是英国著名的物理学家和化学家。他发现了电磁感应现象，这在物理学上起着很重要的作用。电磁感应现象是指放在变化磁通量中的导体，会产生电动势。此电动势称为感应电动势或者感生电动势，若将此导体闭合成一回路，则该电动势会驱使电子流动，形成感应电流（感生电流）。电磁感应现象不止揭示了电与磁的内在联系，而且为电与磁之间的相互转化奠定了实验基础。以下为感生电动势的普适公式。
E＝nΔΦ/Δt (式2-2-1)
其中E代表的是感应电动势，n是螺线管的匝数，φ
?是磁通量的改变量，t?是时间的改变量。其中螺线管中的电流方向我们可以根据右手螺旋定则将其判断出来：
（图2-6）
将右手握住螺线管并使得右手的大拇指向磁场的方向，那么四肢手指环绕的方向就是电流的流向。
电磁感应现象告诉我们变化磁场中产生的感应电动势，坦若我们所选择的导
体是一个闭合回路，所产生的感应电流的方向又该是如何呢？让我们做一下这个简单的实验，实验原理图如下图所示：
（图2-7）
其中ABCD 是闭合回路，AB 间接有一个灵敏电流表，CD 是灵活边，并以0V （0
V 可变化）的速度向右运动，匀强磁场的方向大小也如图所示。当0V =0的时候灵敏电流表没有发生偏转，当0V 不等于0的时候电流表发生偏转，即在闭合线圈ABCD 中产生感应电流。CD 边滑动得越快，灵敏电流表的偏转角度也越大，即感应电流越大。当CD 边朝反向运动时，感应电流的方向也相反。大量的实验同样验证着导线切割磁场产生的感应电流的方向必服从左手定则，将左手摊开大拇指指着导线的运动方向，让磁感线穿过手心，四个手指所指的方向就是感应电流的方向。（注：⑤）
前面我们所接触到的式2-2-1是在特殊情况下才能适用，但在一般情况下必须使用普适方程[9]：
???=s
S d B dt d
-ε （式2-2-2）
（六）楞次定律
说到感应电流的方向就少不了介绍楞次定律的介绍，
（图2-8）
上图是把磁棒的N极插入线圈和从线圈中拔出的实现，实验中所产生的感应电流的方向也标在图中。作图所示是将磁棒插入线圈的情况，磁棒的感应线方向朝下，很明显的当磁棒插入过程中的向下的磁通量增加。根据右手定则可知，这时感应电流所激发的磁场方向朝上，其作用相当于阻碍磁通量的增加。在右图所示的N极拔出的情况中，穿过线圈向下的磁通量明显减少，而这时感应电流所激发的磁场的方向是向下的，其作用相当于阻碍磁通量的减少，在其他实验中也可以发现这样的规律，所以我们可以得到这样的结论：闭合回路中的感应电流的方向，总是使得它所激发的磁场来阻碍引起感应电流的磁通量的变化。这个结论叫做楞次定律。
在以上导体切割磁感线的实验中，我们也能用楞次定律来判断出感应电流的方向。
（图2-9）
当CD的速度
V=0时，由于磁场是一定的，所以这种情况下没有磁通量的
变化，这样灵敏电流表自然不会发生偏转，因为没有感应电流的产生，
V不等
于0却CD向右运动时，闭合回路中垂直纸面向上的磁通量不断增加，根据楞次定律闭合回路ABCD所产生的感应电流必然要激发垂直纸面向里的磁通量来阻碍磁通量的变化，这与左手定则相吻合。同样，当CD向左运动时，垂直纸面向外的磁通量不断减少，由此产生的感应电流也激发垂直纸面向里的磁通量来阻碍磁通量的变化。
三、塞曼效应
（一）正常塞曼效应
电子的发现，使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来，洛伦慈的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应，统一地解释了电、磁、光现
象。洛伦兹认为电具有“原子性”，电的本身是由微小的实体组成的，后来这些微小的实体被称为电子，他以电子的概念为基础来解释物质的电性质，从电子论推导出运动电荷在磁场中要受到力的作用，既洛伦兹力。他把物体的发光解释成原子内部电子的震动产生的，所以当光源放在磁场中时，光源的原子内电子的震动将发生改变，使得电子的震动频率增大或者减小，导致光谱线的增宽或分裂，之后洛伦兹的学生塞曼发现了塞曼效应，证实了洛伦兹的预言，塞曼与洛伦兹共同获得1902年的诺贝尔物理学奖。
塞曼效应是指磁场中的光源发出的光谱线分裂成几条谱线的现象。这种现象就是光源中的电子与磁场发生相互作用而产生的现象，塞曼效应可分为正常与非正常塞曼效应，本文简单介绍一下正常塞曼效应，它指的是光源中一条谱线在外磁场的作用下一分为三，彼此间隔相等。而这种现象只能再原子中电子数目为偶数并形成独态的原子时，才能有正常的塞曼效应。在这里本文用镉原子为例，镉的643.847nm 谱线是1121P D →跃迁的结果，这里共有九个跃迁，镉原子正常塞曼效应的原子中的电子跃迁如下图：
（图3-1）塞曼效应
根据以上电子跃迁图，塞曼得到了镉原子的三条正常塞曼效应的谱线。
?
?
???
??-+=B B B B μμυυ0h h '，
’‘ (式3-1)
这比表明了当一条谱线在磁场的作用下分裂成三条谱线，谱线间的间隔相等，而已这个间隔等于B
B
时的现象称为塞曼效应[2]。
（二）反常塞曼效应
1897年12月，普雷斯顿报告说，在很多实验实例中，塞曼分裂的数目可以不是三个，数目也不尽相同。在以后近三十年内，虽经许多人的尝试但一直未能得到很合理的解释，从而被称为反常塞曼效应。后来这些疑问在电子自旋假设的提出后迎刃而解。
我们现在来分析一下钠主线的塞曼分裂，钠是单电子体系，所以对原子磁矩
产生主要贡献的是单个电子，黄色双线是2P
1/2，3/2 2S
1/2
之间跃迁的结果,这就
是一种反常塞曼效应的结果。
（图3-2）钠原子的反常塞曼效应
上图为钠原子在磁场中的反常塞曼效应的谱线分裂图，分裂谱线相应的频率
为[2]
L g m g m )(1122-+='νν （式3-2）
L g m g m ~)(~~1
12
2
-+='νν （式3-3）
注： ①
我们可以从图3-2中看出：钠D 线中的589.6nm 谱线分裂成四条而不是三条，而且两相临谱线的间距是不一样的。589.0那条谱线分列成六条，这六条谱线的间距倒是一样的。这两种分裂在原来谱线的位置上不再出现谱线，这些情况不像正常塞曼效应所描述的。[2]
四、电磁波
电与磁的关系已经在上述文章中得到了充分的确立，扑嗍迷离的电磁学使得众多物理学家对电与磁之间的关系产生了极大的兴趣，他们也为物理学做出了杰出的贡献。
电磁学从原来的两门相互独立的两门科学（电学和磁学）发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于两个重要的试验发现，即电流的磁效应和变化磁场的电效应。这两个试验现象加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明气重大影响的电工和电子技术。但是电磁学的规律并非到这里就结束了，本节说道麦克斯韦公式的时候也简单的提到了电磁波，以下将对电磁波进行简单的说明。
（一）麦克斯韦方程组
同时磁现象和电现象的这种紧密紧密联系在一起关系不止以上想象在说明着，这种关系也可以从麦克斯韦方程中就能看出：麦克斯韦的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，他们相互联系相互激发组成一个统一的电磁场。麦克斯韦进一步将电场和磁场的所有规律综合起来，建立了完整的电磁场理论体系。这个理论体系就是所谓
的麦克斯韦方程组。这样电磁现象和磁现象的关系变得更难区分开来。
麦克斯韦电磁理论的重大意义，不仅在与这个理论支配着一切宏观电磁现象（包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等），而且在与它将光学现象统一在这个论论框架之内，深刻地影响着人们认识物质世界的思想。麦克斯韦方程组在电磁学中的地位如同牛顿运动定律在经典力学中的地位一样。以麦克斯韦方程组为核心的电磁学理论，是经典物理学最引以自豪的成就之一，它揭示了电磁相互作用的完美统一，给整个物理学树立了这样的一个信念：物质的各种相互作用在更高层次上应该是统一的。这样，这个理论就可以广泛的应用到技术领域。
麦克斯韦方程组的完美是令人震惊的，它融合了高斯定律和安培定律，也就因为这个方程组完美统一了电磁场，让爱因斯坦始终想以同样的方式统一引力场，并把宏观与微观两种力整理在同一个方程组中：既著名的“大统一理论”。然而爱因斯坦走到人生的终点也没有完成这个历史使命。
麦克斯韦方程组是麦克斯韦在十九世纪的描述电场与磁场的四个基本方程。该方程组完整的概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。以下方程组为麦克斯韦方程组的微分形式。
=??=????-
=?+??=??→
→
→
→
→
→
→
B D t
B E J
t
D H ρ （式4-1）
以下方程组是麦克斯韦方程组的积分形式。
??????????→→
→
→
→
→
→
→
→
→→
→???+=????-=?=?=?S L
S
L S
S
S t D H S B L E S B S E d I dl d t d 0
d q
d （式4-2）
注：③
电与磁之间的相互感应的发现，使得科学走向了一个新的境界。在麦克斯韦方程组的带领下科学走上了新高潮，科学开拓了新领域，带着我们不断认识自然认知自我[3]。
（二）平面电磁波
电磁波有同相振荡且相互垂直的电场和磁场在空间中以波的形式移动，且传播方向总是垂直于电场和磁场构成的平面，有效的传递能量和动量，其模型可见下图。[6]
（图4-1）电磁波
结合上图和麦克斯韦方程组我们可以很清楚的看出，电磁波是电磁场的一种运动形态，变化的电场会产生磁场（即电流产生磁场），变化的磁场产生电场，电场与磁场的能量交替转换使得电磁波以一定速度向外传播，而且在真空中的传播速度为光速c（3.0*108米/秒）。变化的磁场和变化的电场构成了一个不可分离的电磁场，变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波，也称为电波。
电磁场是电场和磁场的相互结合体，顾名思义电磁波的传播并不需要介质的存在，但在介质中传播时同种频率的电磁波，在不同的介质中的传播速度不一样，而不同频率的电磁波，在同一介质中传播时，频率越大折射率也越大，而且速度越小[7]。由于机械波与电磁波一样都具有波粒二象性（注：④），所以电磁波也具有机械波的性质，例如：折射、反射、散射等等。
电磁波可以按照频段分类，从低频率到高频率，包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线（伦琴射线）和伽马射线等等。人眼所能接受到电
第8卷 第2期 2006年3月天津职业院校联合学报Journal of T i a nji n Vocati o nal I n stitutes NO.2V o.l 8M ar .2006 电磁学知识结构体系与教学研究 向永红,贺 静,王泽玲 (天津工程职业技术学院,天津市 300280) 摘 要: 电磁学知识结构体系分为/静态0知识结构和/动态0知识结构。在电磁学教学中,只有把教育理论与电磁学内容有机结合起来进行教学改革,才能有效地提高学生的科学素质,达到事半功倍的效果。 关键词: 电磁学;知识结构;教学改革 中图分类号:O 441 文献标识码:A 文章编号:1673-582X (2006)02-0139-04 收稿日期:2005-09-26 作者简介:向永红(1967-),女,湖南人,天津工程职业技术学院高级讲师,学士,主要研究物理教学;贺静(1964-),女,河北省人,天津工程职业技术学院讲师,主要研究经济数学;王泽玲(1962-),女,天津人,天津工程职业技术学院讲师,主要研究计算机信息技术。 电磁运动是物质的一种基本运动形式,电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用。其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象,电磁辐射和电磁场等。为了便于研究,把电现象和磁现象分开处理,实际上,这两种现象总是紧密联系而不可分割的。透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系,才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学。只有在教育科学理论指导下,从物理学的本身进行研究,并从它自身的特点出发挖掘物理教学的育人功能,才可能寻找出最佳的教学结构体系。按照这样的思路,我们在电磁学的教学中作了一些探索性的工作,即把教育科学中的/结构理论0及系统科学的一些成果与电磁学自身的特点相结合,建立了一个电磁学教学结构体系,从实践反馈的信息来看效果是好的。 一、电磁学知识结构体系 所谓学科知识结构理论指的是美国心理学家布鲁纳倡导的,而又被美国教育哲学家施瓦布等人完善的关于课程的理论。布鲁纳指出:/不论我们选教什么学科,务必掌握该学科的结构。0我们从他的代表作《教育过程》中领会他所指的学科结构是由学科的基本概念,基本原理、基本定律组成的体系。但重大欠缺是他的学科结构只注重了理论知识的组成,施瓦布等人针对这种理论的不足,补充、完善了学科结构理论,他主张从概念的产生、形成过程以及知识体系的形成过程,还有主体认识过程的操作/工具0一研究方法去把握结构。可见,知识结构应包括两个方面,为区分起见,我们将这两个方面所反映的知识结构分别称为/静态0知识结构一反映一定历史阶段的理论知识成果和/动态0知识结构一展现了理论认识成果的产生及发展过程。学科知识结构是两者的有机统一,这样的知识结构便是在教学中务必使学生掌握的基本结构。结构的概念来源于系统科学,因此知识结构体系具有这样几个特征:整体性、稳定性、层次性和动态性。我们从三个方面对电磁学知识结构体系进行研究。 (一)电磁学/静态0知识结构体系 电磁学是物理课中最/成熟0同时又是最重要的组成部分,它不仅内容丰富、应用广泛,而且在概念和处理问题方法上都是继力学之后一个新的里程碑。整个电磁学是以下列问题发展演进的。第一,电磁作用的本质和机制是什么?电磁场是否是物质?第二,电场与磁场究竟是彼此无关的,还是有内在联系的相互制约的统一体?电磁场变化运动的规律如何?有什么重要的物质性质?第三,怎样描述电磁场与物质(指有质量的实物)的相互作用?各种物质的微观电磁结构如何?怎样描述物质的电磁性质?第四,麦克斯韦的电磁场理论是怎样建立的?有何预言?他的实验如何作出最终的决定性判断?为什么它被誉为19世纪物理学最伟大的成就?从它的建立能够得到什么重要的启迪?第五,如何用/场0的观点来定义、分析和总结电路中的概念和规律,使我们对电路有更深刻的理解?上述问题横贯电磁学整个课程之中,给予全面的回答也并非电磁学这一部分的任务,但应以此统帅全课,吸引学生关注怎样逐步解决以#139#
电磁学的发展史 摘要： 电磁学是物理学的一个重要分支，有今天的地位它经过漫长的发展历程。人类在公元500年前就发现了电磁现象,但是电磁学的发展和广泛应用在18世纪以后. 18世纪,人们通过对电和磁的定量研究,发现了许多重要的规律.19世纪,科学家们发现了电和磁的相互联系,电磁感应、电磁场、电磁波等理论得到不断发展和广泛应用。早期的电磁学的研究比较零散，由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关。同时由于磁学本身的发展和应用展用等等，磁学的内容不断扩大，所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。 早期的电磁学研究 早期的电磁学研究比较零散，下面按照时间顺序将主要事件列出如下： 1650年，德国物理学家格里凯在对静电研究的基础上，制造了第一台摩擦起电机。1720年，格雷研究了电的传导现象，发现了导体与绝缘体的区别，同时也发现了静电感应现象。1733年，杜菲经过实验区分出两种电荷，称为松脂电和玻璃电，即现在的负电和正电。他还总结出静电相互作用的基本特征，同性排斥，异性相吸。1745年，荷兰莱顿大学的穆欣布罗克和德国的克莱斯特发明了一种能存储电荷的装置－莱顿瓶，它和起电机一样，意义重大，为电的实验研究提供了基本的实验工具。1752年，美国科学家富兰克林对放电现象进行了研究，他冒着生命危险进行了著名的风筝实验，发明了避雷针。1777年，法国物理学家库仑通过研究毛发和金属丝的扭转弹性而发明了扭秤。1785－1786年，他用这种扭秤测量了电荷之间的作用力，并且从牛顿的万有引力规律得到启发，用类比的方法得到了电荷相互作用力与距离的平反成反比的规律，后来被称为库仑定律在早期的电磁学研究中，还值得提到的一个科学家是大家都已经在中学物理课本中学过的欧姆定律的创立者－欧姆。欧姆,1787年3月16日生于德国埃尔兰根城，父亲是锁匠。父亲自学了数学和物理方面的知识，并教给少年时期的欧姆，唤起了欧姆对科学的兴趣。16岁时他进入埃尔兰根大学研究数学、物理与哲学，由于经济困难，中途缀学，到1813年才完成博士学业。欧姆是一个很有天才和科学抱负的人，他长期担任中学教师，由于缺少资料和仪器，给他的研究工作带来不少困难，但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究，自己动手制作仪器。欧姆对导线中的电流进行了研究。他从傅立叶发现的热传导规律受到启发，导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。因而欧姆认为，电流现象与此相似，猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力，即现在所称的电动势，并且花了很大的精力在这方面进行研究。开始他用伏打电堆作电源，但是因为电流不稳定，效果不好。后来他接受别人的建议改用温差电池作电源，从而保证了电流的稳定性。但是如何测量电流的大小，这在当时还是一个没有解决的难题。开始，欧姆利用电流的热效应，用热胀冷缩的方法来测量电流，但这种方法难以得到精确的结果。后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来，巧妙地设计了一个电流扭秤，用一根扭丝悬挂一磁针，让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置。再用铋和铜温差电池，一端浸在沸水中，另一端
电动力学课程论文 ——麦克斯韦方程组 物理四班 张秋红 2011012658
麦克斯韦方程组 我们都知道，电动力学是研究电磁现象的经典的动力学理论，它主要研究电磁场的基本属性、运动规律以及电磁场和带电物质的相互作用。由这可知，电动力学中最重要的就是对电场和磁场的规律研究，进而总结出性质，方程等等。而电动力学中解释电磁现象的基本规律的理论，就是麦克斯韦方程组。在这里，我将阐述麦克斯韦方程组的建立和内容，发现过程，以及麦克斯韦方程组的应用和意义。 同所有方程和规律的建立过程一样，麦克斯韦方程组的建立并不是一蹴而就的，他也是也是由特殊到一般、由现象到本质逐步深入而建立而成的。 一，建立和内容 要说一个理论的建立，就不得不提理论的建立者。麦克斯韦方程组的建立者，是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦。提到麦克斯韦，我们就会想到电磁波，就像提到牛顿我们就会想到万有引力一样。事实上，麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦这一整个阶段中最伟大的理论物理学家，经典电磁理论的创始人。麦克斯韦主要从事电磁理论、分子物理学、统计物理学、光学、力学、弹性理论方面的研究。他建立的电磁场理论，将电学、磁学、光学统一起来，是19世纪物理学发展的最光辉的成果，是科学史上最伟大的综合之一。麦克斯韦被普遍认为是继法拉第以后，集电磁学大成的物理学家，他对基础自然科学的贡献仅次于艾萨克·牛顿。
麦克斯韦方程组是麦克斯韦在库仑定律、安培定律、毕奥—萨伐尔定律、法拉第电磁感应定律以及由它们推证出的高斯定理、安培环路定理的基础上进行分析、推理、概括和提高的成果。他是一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。它由四个方程组成：描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。即描述了电场和磁场的性质以及变化的电磁场相互激化的规律。 麦克斯韦方程组的形式，一般有两种，积分形式和微分形式。 积分形式 微分形式 其实，麦克斯韦最初形式的方程组由20个等式和20个变量组成。他曾尝试用四元数来表达，可是并没有成功。现在所使用的数学形式
物理电磁学论文 现代人的生活已经离不开电，与此同时，电磁也充斥着我们生活中的每一个角落。随着电磁学，电磁技术的发展，我们已经离不开它了，在越来越多的领域，越来越多的角落，电磁学都在发挥着它的作用。1电磁对家庭输电的影响 现在人们越来越关注周围的生活环境了，所谓的污染已经不再是我们的眼睛所能看到的垃圾，耳朵听到的噪声，鼻子闻到的恶臭，还有我们看不见，摸不着的电磁辐射。随着科学技术的发展和信息社会的到来，我们的居室内不仅有冰箱，彩色电视机，洗衣机，微波炉和空调机等家用电器，而且不少家庭中还有计算机，传真机等多种信息交流的工具，相应地，进入每个家庭的输电线强磁场对人体也特别有害处。 摘要：介绍了电磁学计算方法的研究进展和状态，对几种富有代表性的算法做了介绍，并比较了各自的优势和不足，包括矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及复射线方法等。 关键词：矩量法；有限元法；时域有限差分方法；复射线方法 1 引言 1864年Maxwell在前人的理论（高斯定律、安培定律、法拉第定律和自由磁极不存在）和实验的基础上建立了统一的电磁场理论，并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律，这就是著名的Maxwell方程。在11种可分离变量坐标系求解Maxwell方程组或者其退化形式，最后得到解析解。这种方法可以得到问题的准确解，而且效率也比较高，但是适用范围太窄，只能求解具有规则边界的简单问题。对于不规则形状或者任意形状边界则需要比较高的数学技巧，甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来，随着电子计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法发展起来，并得到广泛地应用，相对于经典电磁理论而言，数值方法受边界形状的约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点，一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决，常需要将多种方法结合起来，互相取长补短，因此混和方法日益受到人们的重视。 2 电磁场数值方法的分类 电磁学问题的数值求解方法可分为时域和频域2大类。频域技术主要有矩量法、有限差分方法等，频域技术发展得比较早，也比较成熟。时域法主要有时域差分技术。时域法的引入是基于计算效率的考虑，某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时，频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算，然后做傅里叶反变换才能求得解答，计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化，采用时域法更加直接。另外还有一些高频方法，如GTD，UTD和射线理论。 从求解方程的形式看，可以分为积分方程法（IE）和微分方程法（DE）。IE和DE相比，有如下特点：IE法的求解区域维数比DE法少一维，误差限于求解区域的边界，故精度高；IE法适合求无限域问题，DE法此时会遇到网格截断问题；IE法产生的矩阵是满的，阶数小，DE法所产生的是稀疏矩阵，但阶数大；IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题，DE 法可直接用于这类问题〔1〕。 3 几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出，在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前，作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法，有限元法已非常著名。
生活中的电磁学 地球上的第一个生命在大约在46亿年前诞生，就在这时，电磁就与生命结下了不解之缘，伴随生命形式从低等走向高等，也见证着整个生物界的一次次变革。而在科技快速发展的今天，电磁更是与生命紧密的联系着，小到移动电话，大到卫星通信，无一不是与电磁紧密相连的。可以说，没有电磁，就没有信息时代，恐怕连人类的整个文明都要倒退几个世纪了。 近些年中，人们对电磁的研究在不断地深入，对磁场、电磁场能、太阳磁场能等与生命之间的能量转化和转移的研究正逐步成为二十一世纪的热门研究方向。 电磁学在生活中的应用有许多，与人们生活息息相关的比如电磁炉、微波炉等给人们生活带来了极大地方便，而最近十分流行的蓝牙耳机，也是电磁学发展的结果。下面就具体介绍几个电磁学在人们生活中的应用实例。 1.电磁炉 （微波炉电路图）
（1）电磁炉主要结构有两大部分构成：电子线路部分及结构性包装部分。 ①电子线路部分包括：功率板、主机板、灯板、线圈盘及 热敏支架、风扇马达等。 ②结构性包装部分包括：瓷板、塑胶上下盖、风扇叶、风 扇支架、电源线、说明书、功率贴纸、操作胶片、合格 证、塑胶袋、防震泡沫、彩盒、条码、卡通箱。 （2）电磁炉工作原理： 采用磁场感应电流（又称为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交变磁场、当用含铁质 锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力线而在锅具底 部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅具铁分子 高速无规则运动，分子互相碰撞、摩擦而产生热能（故： 电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热 传导给锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1 倍）使器具本身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从 而达到煮食的目的。 （3）电磁炉的优点： 热效率高；更安全（无明火烹调好处多）；更环保（卫生、清洁）；更精确（温度控制准确）；更多能（煎、炒、 炸、煮、炖全能）；更方便（操作简单外形秀丽）。2.蓝牙
电磁改变生活 一LC振荡电路应用----校园一卡通： 我们生活离不开货币，但是在校园内随时拿着一把现金很不方便，尤其还要找零，就更繁琐了。但现在我们有了校园一卡通，无论是吃饭打水，还是坐车买东西，只要在校园内有卡就能行！那么，一卡通的原理是什么呢？ 其实校园一卡通的结构并不是十分复杂，运用的都是电磁学知识，其实质是以射频识别技术为核心的非接触式IC卡。卡内主体就是一个集成电路芯片（IC）和一个感应线圈（LC振荡器）。但是与其配套的读卡器，也就是我们平时刷卡的机器结构就复杂得多了。内部结构分为射频区和接口区：射频区内含调制解凋器和电源供电电路，直接与天线连接；接口区有与单片机相连的端口，还具有与射频区相连的收／发器、16字节的数据缓冲器、存放64对传输密钥的ROM、存放3套密钥的只写存储器，以及进行3次证实和数据加密的密码机、防碰撞处理的防碰撞模块和控制单元。 读卡器随时都在发着频率和LC振荡器固有频率相同的脉冲，当卡靠近时，产生电磁激励，LC振荡器产生共振，导通芯片工作，读写数据。 一、涡流的应用----电磁炉 科大食堂在冬天就会卖一些煮菜，当你买的时候菜还在电磁炉上
煮着，这样在寒冷的冬天，我们就可以一直有热乎乎的菜吃，这是多么幸福的事！ 时至今日，电磁炉在我们的生活中已经必不可少，它无需明火或传导式加热而让热直接在锅底产生，因此热效率得到了极大的提高。它是一种高效节能橱具，完全区别于传统所有的有火或无火传导加热厨具。电磁炉是利用电磁感应加热原理制成的电气烹饪器具。使用时，加热线圈中通入交变电流，线圈周围便产生一交变磁场，交变磁场的磁力线大部分通过金属锅体，在锅底中产生大量涡流，从而产生烹饪所需的热。在加热过程中没有明火，因此安全、卫生。电磁炉的功率一般在700～1800W之间，它的结构主要由外壳、高级耐热晶化陶瓷板、PAN 电磁线盘、加热电路板、控制电路板、显示电路板、风扇组件及电源等组成。电磁炉使我们的生活更加美好舒适！ 二、电磁波应用----微波炉 现在人们生活很忙碌，饭不一定能准时吃，经常到工作完成了饭也已经凉了，这时候微波炉就是我们的最好选择，因为只需食物放进去一会就热了，简单方便！在我们学校每个食堂和宿舍门口都有一个微波炉供我们使用！ 微波炉里没有火，是靠微波，即高频电磁波，作为微波炉的热源。微波是频率为300兆赫到30万兆赫的电磁波。微波炉实际上就是一台微波发生器, 它产生的微波频率是2450兆赫。这种微波有一个非常有趣的习性，遇到像肉类、禽蛋、蔬菜这些饱含水分的食物，微波会
电磁场的相对论变换 摘要：该文章我们从实验事实出发导出洛伦兹变换，接着讨论相对论的时空性质，然后研究物理规律协变性的数学形式。在此基础上根据相对性原理，我们把描述电磁规律的麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式写成协变形式，并导出电磁场的变换关系。最后介绍运动带电粒子激发的电磁场。 关键词：洛伦兹变换、协变性、相对性原理
目录 引言 (1) 1 爱因斯坦的基本假设 (2) 1.1伽利略变换 (2) 1.2伽利略相对性原理 (3) 1.3爱因斯坦的选择 (3) 2 相对论力学的若干结论 (3) 2.1洛伦兹变换 (4) 2.2四维速度 (4) 2.3四维动量 (5) 3电磁规律的协变性和电荷不变性 (5) 4电磁场的变换 (7) 4.1电磁场的变换公式 (7) 4.2运动点电荷的电场 (9) 4.3运动点电荷的磁场 (12) 结束语 (15) 参考文献 (16) 致谢 (18)
引言 现代科学技术发展迅速，经典电磁场理论的应用已深入到许多领域中去，要了解在这些领域中如何应用电磁场的基本原理来解决各种实际问题还需要进一步学习进一步有关的知识。本文就几个关系比较密切的发面作以简单的初步介绍，目的在于对电磁场理论的发展和应用有所了解，同时也有助于对已学过的知识加深认识，并为进一步学习创造条件。 麦克斯韦的电磁场理论和相对论的发展有密切关系，麦克斯韦提出的电磁理论和当时经典力学的时空概念不适合。这是19世纪后期物理学者讨论和研究的重要问题之一。爱因斯坦提出狭义相对论后问题才得到澄清。麦克斯韦的电磁理论和狭义相对论基本原理是一致的，学习相对论有助于深化对电磁场理论的了解。借助相对论可是我们知道，磁现象的出现是电荷的相对运动的结果，从而获得对电和磁的统一性的进一步认识。
电磁场与电磁波课程总结 时代背景 麦克斯韦方程组是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦在19世纪建立的一组描述电场、磁场与电荷密度、电流密度之间关系的偏微分方程。它由四个方程组成：描述电荷如何产生电场的高斯定律、论述磁单极子不存在的高斯磁定律、描述电流和时变电场怎样产生磁场的麦克斯韦-安培定律、描述时变磁场如何产生电场的法拉第感应定律。麦克斯韦方程组在电磁学中的地位，如同牛顿运动定律在力学中的地位一样。它揭示出电磁相互作用的完美统一，而这个理论被广泛地应用到技术领域。 1831年，法拉第发现了电磁感应现象，揭示了电与磁之间的重要联系，为电磁场完整方程组的建立打下了基础。截止到1845年，关于电磁现象的三个最基本的实验定律：库仑定律（1785年），安培-毕奥-萨伐尔定律（1820年），法拉第定律（1831-1845年）已被总结出来，法拉第的“电力线”和“磁力线”概念已发展成“电磁场概念”。场是一种看不见摸不着而又确实存在的东西，它可以用来描述空间中的物体分布情况，进而用空间函数来表征。“场”概念的提出，使得人们从牛顿力学的束缚中摆脱出来，从而对微观以及高速状态等人类无法用肉眼观测的世界，有了更加深入的认识。1864年，麦克斯韦集以往电磁学研究之大成，创立了电磁场的完整方程组。1868年，麦克斯韦发表了《关于光的电磁理论》这篇短小而重要的论文，明确地将光概括到电磁理论中，创立了“光的电磁波学说”。这样，原来相互独立发展的电、磁和光就被巧妙地统一在电磁场这一优美而严整的理论体系中，实现了物理学的又一次大综合。 德国物理学家赫兹深入研究了麦克斯韦电磁场理论，决定用实验来验证它。通过多年的实验探索，于1886年首先发现了“电磁共振”现象，紧接着在1888年发表了《论动电效应的传播速度》一文，以确凿的实验事实证实了麦克斯韦关于电磁波的预言和光的电磁理论的正确性，到此，麦克斯
闽江学院 本科毕业论文(设计) 题目电磁学现象及规律探究的概述 学生姓名江贤晶 学号 120071001137 系别物理学与电子信息工程系 年级 2007级 专业物理学 指导教师李雪梅 职称讲师 完成日期 2010.11.01－2011.5.20
闽江学院本科毕业论文（设计）诚信声明书 本人郑重声明： 兹提交的毕业论文（设计）《电磁学现象及物理规律探究的概述》，是本人在指导老师苏启录的指导下独立研究、撰写的成果；论文（设计）未剽窃、抄袭他人学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，论文（设计）中所引用的文字、研究成果均已在论文（设计）中以明确的方式标明；在毕业论文（设计）工作过程中，本人恪守学术规范，遵守学校的有关规定，依法享有和承担由此论文（设计）产生的权利和责任。 声明人（签名）：江贤晶 2011年5月7日
摘要 随着科技日新月异的发展，电磁学走上历史舞台扮演着不可或缺的角色，它的应用已如旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家。本文基于向读者描述传统电磁学的基本内容，致力于对基本概念和基本规律的阐述。本文顺着从电现象引出电磁学规律的主线，从库伦定律发现后为研究方便引入电场和磁场概念讲到电磁波，着重概述电磁学的基础现象和规律，并根据本人的理解向读者讲述电磁学的应用。 关键词：电磁学电场磁场电磁波
Abstract Keywords:
目录 引言 (6) 一、静电场 1.库伦定律 (7) 2.电场 (7) 二、磁场 1.奥斯特实验 (9) 2.安培环路定理 (10) 3.通电螺线管上的磁场 (11) 4.载流线圈的磁场 (12) 5.电磁感应现象 (12) 6.楞次定律 (14) 三、塞曼效应 1.正常塞曼效应 (15) 2.反常塞曼效应 (16) 四、电磁波 1.麦克斯韦方程组 (17) 2.平面电磁波 (19) 3.可见光（光波） (19) 电磁学的应用 总结 注释 (22) 参考文献 (23) 致谢 (24)
生物与电磁学 [摘要] 本片文章一方面描述了生物活体特别是人体自身的电磁过程及其与生命活动的关系和宏观表现形式。生物体的各种电磁信号及其性质。另一方面，描述了外界电磁场对生物活体的作用以及各种电磁场对生物系统的各种生物学效应。 [关键词] 生物电磁信号；生物热效应；生物非热效应 Biology and electromagnetism Abstract：The article describes the one hand, living organisms, especially the body's own electromagnetic process and its relationship with life activities and macro forms. A variety of organisms and the nature of electromagnetic signals. On the other hand, describes the external electromagnetic field effects on living organisms and a variety of electromagnetic fields on biological systems of various biological effects. Key words：Bio-electromagnetic signals;Bio-thermal effect;Non-thermal effects of biological 生物中的电与磁 生物体电磁信号的内容相当广泛，包括心电、心磁、脑电、脑磁、生物阻抗和神经肌电刺激等等。生物体电磁信号帮助我们研究生物体自身的电磁过程和其生命活动的关系。 心电与心磁 心脏周围的组织和体液都能导电，因此可将人体看成为一个具有长、宽、厚三度空间的容积导体。心脏好比电源，无数心肌细胞动作电位变化的总和可以传导并反映到体表。在体表很多点之间存在着电位差，也有很多点彼此之间无电位差是等电的。心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，这些生物电的变化称为心电。 心脏的心房和心室肌肉的周期性收缩和舒张伴随着复杂的交变生物电流，由此而产生了心磁场。上面提到1963年首次测得人体心磁场，其强度为-1010特斯拉。其随时间的变化曲线称为心磁图（MCG）。 脑电与脑磁 人脑可人为诱发出一种脑电变化，如心理事件或认知事件诱导出的脑电位变化，被称作事件相关电位（ERP、event-related potential），亦称为认知电位。事件相关电位一般都比自发电位微弱，这些微弱的信号常常被淹没在自发电位中难以觉察。要提取这些信号，可以对被试者多次进行事件刺激，每次都会产生一定的微弱信号，再通过计算机将含有这些微弱信号的自发电位进行叠加和平均化处理，由于自发脑电的波形与刺激间没有固定关系，但每次由相同事件诱发出的电位的波形则是一致的，这样，相同的诱发出来的电位就会叠加起来，越来越大，结果与事件相关的电位信号就会从自发脑电的背景中突显出来，这样就可以记录到事件相关电位。 脑磁技术（MEG）记录的是根据神经元的突触后电位所产生的电流形成的相关脑磁场信号。当动作电位沿细胞膜这到突触时，囊泡中的神经递质释放到突触间隙中，产生触后电位。突触后电位的时空跨距明显大于动作电位，在单位面积（数平方厘米）脑皮层的数千个锥体细胞几乎同步发放的神经冲动能够形成集合电流，并产生与电流
摘要：介绍了电磁学计算方法的研究进展和状态，对几种富有代表性的算法做了介绍，并比较了各自的优势和不足，包括矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及复射线方法等。 关键词：矩量法；有限元法；时域有限差分方法；复射线方法 1 引言 1864年Maxwell在前人的理论（高斯定律、安培定律、法拉第定律和自由磁极不存在）和实验的基础上建立了统一的电磁场理论，并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律，这就是著名的Maxwell方程。在11种可分离变量坐标系求解Maxwell方程组或者其退化形式，最后得到解析解。这种方法可以得到问题的准确解，而且效率也比较高，但是适用范围太窄，只能求解具有规则边界的简单问题。对于不规则形状或者任意形状边界则需要比较高的数学技巧，甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来，随着电子计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法发展起来，并得到广泛地应用，相对于经典电磁理论而言，数值方法受边界形状的约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点，一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决，常需要将多种方法结合起来，互相取长补短，因此混和方法日益受到人们的重视。 本文综述了国内外计算电磁学的发展状况，对常用的电磁计算方法做了分类。 2 电磁场数值方法的分类 电磁学问题的数值求解方法可分为时域和频域2大类。频域技术主要有矩量法、有限差分方法等，频域技术发展得比较早，也比较成熟。时域法主要有时域差分技术。时域法的引入是基于计算效率的考虑，某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时，频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算，然后做傅里叶反变换才能求得解答，计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化，采用时域法更加直接。另外还有一些高频方法，如GTD，UTD和射线理论。 从求解方程的形式看，可以分为积分方程法（IE）和微分方程法（DE）。IE 和DE相比，有如下特点：IE法的求解区域维数比DE法少一维，误差限于求解区域的边界，故精度高；IE法适合求无限域问题，DE法此时会遇到网格截断问题；IE法产生的矩阵是满的，阶数小，DE法所产生的是稀疏矩阵，但阶数大；IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题，DE法可直接用于这类问题〔1〕。 3 几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出，在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前，作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法，有限元法已非常著名。 有限元法是以变分原理为基础的一种数值计算方法。其定解问题为： 应用变分原理，把所要求解的边值问题转化为相应的变分问题，利用对区域D 的剖分、插值，离散化变分问题为普通多元函数的极值问题，进而得到一组多元的代数方程组，求解代数方程组就可以得到所求边值问题的数值解。一般要经过如下步骤： ①给出与待求边值问题相应的泛函及其变分问题。 ②剖分场域D，并选出相应的插值函数。 ③将变分问题离散化为一种多元函数的极值问题，得到如下一组代数方程组：
静电加速器的研究与探讨 静电加速器的发明，为人类文明发展作出了巨大贡献。使核物理学、粒子物理学得到了迅速发展。加速器的发明和发展的过程，也就是人类认识物质结构、特别是认识亚原子结构的过程， 通过研究能进一步明确人类认识物质结构的发展方向。 上图动带型静电高压发生器的工作原理图。把高压电极近似看做闭合金属壳，则壳的内壁只能具有与壳内空间的电荷异号的电荷，即负电荷，故针尖得到的正电荷不断传到电极外壁，并使电极与地之间的电压不断升高。这是从内部向导体壳输送电荷的一个实例。随着输电带的运动，带上的电荷进入高压电极。极内刮电针排同高压电极相连和输电带之间所形成的电场，同样使气体电晕放电，从而使电荷转移到高压电极上去。随着不停传送电荷，高压电极的电压很快地升高。假设高压电极对地的电容是C,当它上面积累的电荷是Q时，它对地的电压可由公式：V=Q/C来决定。
有了高压发生器再配上离子源、加速管、分析器、电压稳定和控制系统以及真空系统等必要的部件就构成了一台完整的质子静电加速器。 图2为质子静电加速器典型的结构简图。为了提高静电加速器的工作电压(即离子束能量)和束流强度，近代静电加速器都是安放在钢筒内。钢筒内充有绝缘性能良好的高压气体,以提高静电高压发生器的耐压强度;绝缘支柱上均装有分压环及分压电阻（或电晕针组件）等部件，以使电场沿绝缘支柱、加速管和输电
带（链）尽可能地均匀分布。钢筒外的分析器（磁或静电分析器）是为了对经过加速的带电粒子进行质量和能量选择而设置的。带电粒子流通过分析器后再经过一段束流输运管道，最后打到靶上，提供物理实验使用。靶束流大小，根据实验要求,一般可在纳安到几十微安范围内调节。质子静电加速器加速粒子能量可以平滑调节，能散度可以做得很小，它一直是低能核物理的主要设备。质子静电加速器除用于基础研究、核技术应用外，还应用于离子注入、放射性剂量仪表校刻等方面，同时它也为分子生物学、表面物理、束－箔光谱学等边缘学科的发展提供了重要的技术设备。电子静电加速器主要用于辐射化学、放射生物学、材料和元件的辐射改性(辐射处理)以及辐射育种、金属探伤和空间辐射模拟等。特别是辐射处理在工业上有广泛用途。
浅谈如何学好大学物理中的电磁学 【摘要】电磁运动是物质的又一种基本运动形式，电磁相互作用是自然界已知的四种基本相 互作用之一，也是人们认识得较深入的一种相互作用。在日常生活和生产活动中，在对物质结构的深入认识过程中，都要涉及电磁运动。因此，理解和掌握电磁运动的基本规律，在理论上和实际上都有及其重要的意义，这也就是我们所说的电磁学。简要概括了学习物理学的 意义，详细论述了如何学好大学物理中的电磁学。 【关键词】物理学；电磁学；高斯定理；安培环路定理 【正文】 一、引言 物理学是关于自然界最基本形态的科学，是一切自然科学的基础，处于诸多自然科学 学科的核心地位物理学的发展，广泛而直接地推动着技术的革命和社会的文明。 物理是一门基础学科，初中、高中均开有物理课，一般包括力学、热学、电磁学等部分。 在中学时，只限于让同学们了解物理中的最基本内容，一些公式、定理是直接给出，如电磁 学中的楞次定律就是直接给出的。而进入大学后，大学物理仍然是包括力学、热学、电磁 学等部分，但是内容加深了许多，更注重的是推导过程，而不是结论。电磁学部分牵涉的 内容更加广泛，了解电磁学简史是十分必要的。电磁学知识从公元前数百年古希腊人发现 琥珀吸引草屑和磁石吸引磁铁开始到麦克斯韦方程组的建立，再到当今场论的进一步发展，使得电磁学史相当庞大复杂。因此，有选择性地了解电磁学史对学好电磁学可以达到事倍功 半的效果。 电磁学是物理学的一个分支，是物理学中非常重要的内容。电学与磁学领域有著紧密关系，广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的 学科。主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。 二、基本原理 电场和磁场中的一些基本概念，在中学物理中，我们已经很熟悉了，如静电场、稳恒磁场等。对于大学物理中的电磁学部分，最重要的是麦克斯韦方程组，而我们在解题时用到最多的是其中两
电是物理学地一个分支.广义地电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与交互关系地学科.主要研究电磁波，以及有关电荷，带电物体地动力学等等. 电磁学综述 电磁学是研究和地相互作用现象，及其规律和应用地分支学科.根据近代学地观点，磁地现象是由运动所产生地，因而在电学地范围内必然不同程度地包含磁学地内容.所以，电磁学和地内容很难截然划分，而“电学”有时也就作为“电磁学”地简称.文档收集自网络，仅用于个人学习 早期，由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关地，同时也由于磁学本身地发展和应用，如近代磁性材料和磁学技术地发展，新地磁效应和磁现象地发现和应用等等，使得磁学地内容不断扩大，所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行地学科来研究了.文档收集自网络，仅用于个人学习 电磁学从原来互相独立地两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整地分支学科，主要是基于两个重要地实验发现，即和变化地磁场地电效应.这两个实验现象，加上关于变化产生磁场地假设，奠定了电磁学地整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响地电工和电子技术.文档收集自网络，仅用于个人学习 麦克斯韦电磁理论地重大意义，不仅在于这个理论支配着一切宏观(包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等)，而且在于它将光学现象统一在这个理论框架之内，深刻地影响着人们认识物质世界地思想.文档收集自网络，仅用于个人学习 电子地发现，使电磁学和原子与物质结构地理论结合了起来，洛伦兹地电子论把物质地宏观电磁性质归结为原子中电子地效应，统一地解释了电、磁、光现象.文档收集自网络，仅用于个人学习 和电磁学密切相关地是经典电动力学，两者在内容上并没有原则地区别.一般说来，电磁学偏重于电磁现象地实验研究，从广泛地电磁现象研究中归纳出电磁学地基本规律；经典电动力学则偏重于理论方面，它以和洛伦兹力为基础，研究电磁场分布，电磁波地激发、辐射和传播，以及带电粒子与电磁场地相互作用等电磁问题，也可以说，广义地电磁学包含了经典电动力学.文档收集自网络，仅用于个人学习 电磁学与相对论 电磁学地基本方程为麦克斯韦方程组，此方程组在地相对运动转换（伽利略变换）下形式会变，在伽里略变换下，在不同座标下会不同.保持麦克斯韦方程组形式不变地变换为洛伦兹变换，在此变换下，不同惯性座标下光速恒定.文档收集自网络，仅用于个人学习廿世纪初迈克耳孙莫雷实验支持光速不变，光速不变亦成为地地基石.取而代之，洛伦兹变换亦成为较伽利略变换更精密地惯性座标转换方式.文档收集自网络，仅用于个人学习电磁学地有关公式 定律：;文档收集自网络，仅用于个人学习 电场强度： 点电荷电场强度：; 匀强电场： 电势能：? φ 电势差? ?φ?φ? 静电力做功???? 电容定义式 电容επ 带电粒子在匀强电场中地运动 加速匀强电场*;
摘要：介绍电磁学以及它的发展史,还有和其他科学的联系。 关键词： 电磁学电动力学法拉第麦克斯韦赫兹奥斯特电与磁 一，电磁学简介： 电磁学是研究电和磁的相互作用现象，及其规律和应用的物理学分支学科。根据近代物理学的观点，磁的现象是由运动电荷所产生的，因而在电学的范围内必然不同程度地包含磁学的内容。所以，电磁学和电学的内容很难截然划分，而“电学”有时也就作为“电磁学”的简称。电磁学是物理学的一个分支。电学与磁学领域有着紧密关系，广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。 电磁学或称电动力学或经典电动力学。之所以称为经典，是因为它不包括现代的量子电动力学的内容。电动力学这样一个术语使用并不是非常严格，有时它也用来指电磁学中去除了静电学、静磁学后剩下的部分，是指电磁学与力学结合的部分。这个部分处理电磁场对带电粒子的力学影响。早期，由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关，同时也由于磁学本身的发展和应用，如近代磁性材料和磁学技术的发展，新的磁效应和磁现象的发现和应用等等，使得磁学的内容不断扩大，所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。 电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于两个重要的实验发现，即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。这两个实验现象，加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。 二，电磁学的发展： 电磁波的发现由于历史上的原因（最早，磁曾被认为是与电独立无关的现象），同时也由于磁学本身的发展和应用，如近代磁性材料和磁学技术的发展，新的磁效应和磁现象的发现和应用等等，使得磁学的内容不断扩大，而磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究。电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于两个重要的实验发现，即电的流动产生磁效应，而变化的磁场则产生电效应。这两个实验现象，加上J.C.麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。 麦克斯韦电磁理论的重大意义，不仅在于这个理论支配着一切宏观电磁现象（包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等），而且在于它将光学现象统一在这个理论框架之内，深刻地影响着人们认识物质世界的思想。电子的发现，使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来，H.A.洛伦兹的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应，统一地解释了电、磁、光现象。 麦克斯韦《电磁论》发表后，由于理论难懂，无实验验证，在相当长的一段时间里并未受到重视和普遍承认。1879年，柏林科学院设立了有奖征文，要求证明以下三个假设：①如果位移电流存在，必定会产生磁效应；②变化的磁力必定会使绝缘体介质产生位移电流； ③在空气或真空中，上述两个假设同样成立。这次征文成为赫兹进行电磁波实验的先导。 1885年，赫兹利用一个具有初级和次级两个绕组的振荡线圈进行实验，偶然发现：当初级线圈中输入一个脉冲电流时，次级绕组两端的狭缝中间便产生电火花，，赫兹立刻想到，
电磁学论文题目: 电磁学在地震方面的应用 院(系): 数理学院 专业年级： 12电子 姓名: 张春亮 学号: 20120406152
电磁学在地震方面的应用 摘要：电磁学方法是国内外公认的有良好发展前景的地震监测预报方法之一。地震电磁学的技术应用是地震豫报构基础：随着我国地震预报技求的不断进步，地震工作者对地震电磁学的研究不断深入。本文简要介绍了地震电磁观测研究的原理和现状，分析了当前存在的一些问题，并总结了今后的发展趋势。 关键词：原理；现状；问题；发展趋势 由于地震减灾的迫切需求，与地震相关的电磁学研究已发展成为一门独立的“地震电磁学1”学科，并已成为当前国内外地学研究的热点之一。由于它是利用非力学的电磁学方法来研究地震的孕育和发生的过程，有别于传统的地震学的力学方法，因而可以加深对地震这一自然现象本身的更完整的认识，为地震物理机理研究奠定重要的理论基础。 一. 利用电磁学监测预报地震原理 早在18世纪，人们就知道了地磁和地电流在地震前会发生变化。观测地电流，现在测地下一对电极间的电压，在历史上测电极问的电流，所以测得的物理量是电场，但不叫地电位，而称地电流。电压随着用地下电极测得的数赫兹以下的电场变化而变化，因而通常都把这种电压变化作为地电流来测量地壳主要由离子结晶的岩石构成，带磁性的岩石也多。这些岩石因应力和变形的变化而产生压皂和压电磁，所以认为电磁场随着地震前兆的地壳应力及变形的变化而改变，从而导致地电流变化和电波辐射。这些均为国内外的地下核爆炸实验和炸药爆炸实验以及岩石破坏实验在定性上予以证实。而且还测到了地震前兆的岩石变形和龟裂舶产生以及水渗裂缝导致的地电流变化。 在断层面有许多强度高的部分——Asperity。震前，应力租变形都集中在这些Asperity上。其结果，应力和变形达到界限，Asperity就不断崩裂。强度最高的Asperity保持到最后，一旦它被破坏，也就是地震发生之时。因此，在地震前由于Asperity的应力和变形骤变而辐射电波，其强度在临震前达到最大，这也和观测是一致的。 二. 地震电磁观测研究的现状 迄今为止的观测与研究已初步证实了孕震过程中的电磁现象是客观存在的，但由于实际地震孕育过程的复杂性、地球内部结构的非均匀性等原因，我们对地震电磁现象的认识和理解依然非常有限。而连续的电磁观测无疑会为进一步深人研究地震电磁学问题提供必要的观测资料。因此，关于地震电磁观测台网的研究也日益受到重视。例如，我国以中国地震局为核心，在过去的数十年间逐步在全国范围内布设了各类电磁台网，随着国家对防震减灾事业的日益重视，我国的地震电磁观测台网得到了飞速的发展；日本以位于中部的东海地区为核心建起了一个先进的数字化遥测电磁观测台网；台湾也启动了一项以电磁学方法为核心来研究地震前兆机制的卓越研究计划，并新建了一些以地震监测和预报研究为目的的电磁台站；除了常规地表电磁观测外，卫星技术也倍受重视，继法国于2004年6月发射了世界上首颗地震电磁探测微型卫星(DEME．TER)后，其它一些国家也正在酝酿类似的卫星研究计划。 三. 存在的主要问题 随着地震电磁学的迅速发展，其在地震研究中的地位愈来愈重要。 在我国，一方面在国家的大量投入和支持下，电磁观测台网不断得以发展，电磁观测资料也不断丰富；但另一方面，这些宝贵的观测资料并没有充分发挥预期的作用。因此，如何在维持观测的同时持续开展相应的应用基础研究是当前地
探索·发现之电磁波遥控技术 2014年12月 摘要： 快捷方便的生活是现代社会每个人都追求的，于是遥控行业应运而生。红外遥控由于其发射和接收方便、结构简单、成本低、可靠性较高, 因而早已在家用电器中得到广泛应用。目前在智能仪器和工业控制系统中的应用也越来越广泛。我与新生研讨课小组找到这个方向，先学习红外遥控知识，“知己知彼，方能百战不殆”，了解了相关的电路理论知识和前人所作的工作，确定了实验电路图。之后又购买了相应的零件，亲自动手焊接了电路，进行了红外遥控的实验。本文主要研究了红外遥控的原理，介绍了我和小组成员制作遥控灯的具体过程。 关键字：红外遥控、电路焊接、发射接收 1.引言 现代社会是一个追求快捷便利的社会，红外遥控灯有着易操作、应用范围广等特点，于是遥控灯在强大的市场需求下应运而生。 我于我们小组在自2013年11月份以来的为期半年多的研究时间内，了解了红外遥控技术的有关原理和相关技术，进行了多次实验操作，发现了其中的不足并提出了相关的解决措施。希望能对后续研究者有所帮助。本文以我的研究历程为主线展开，介绍了我和其他组员所做的工作和所学到的相关知识，以及最后得到的结论与提出的设想。 2.红外遥控的理论知识背景 2.1红外概述 从光学的角度而言，红外在频率低于红色光的不可见光的无线光谱的整个频率中占有很小一个频率段，波长为0.75—100微米之间，其中0.75—3微米
之间的红外光称为近红外，3—30微米之间的红外光称为中红外，30—100微米之间的称为远红外。红外光就其性质而言很简单，与普通光线的频率特性没有很大的区别，但是，由于任何有热量的物体均有能量产生，所以红外的利用非常广泛，而且不可取代，能否检测红外、能测到多少红外或者红外检测的技术是否可以应用于任何自然的或想象的场合是红外应用技术的关键。 当今红外技术的一个重要分支是红外通信技术的应用，这个应用的发展非常迅速，尤其是红外通信应用于计算机设备中，近几年的发展已经表现出其非常成熟的特性。 2.2红外遥控技术的原理基础 红外遥控的发射电路是采用红外发光二极管来发出经过调制的红外光波；红外接收电路由红外接收二极管、三极管或硅光电池组成，它们将红外发射器发射的红外光转换为相应的电信号，再送后置放大器。 发射机一般由指令键(或操作杆)、指令编码系统、调制电路、驱动电路、发射电路等几部分组成。当按下指令键或推动操作杆时，指令编码电路产生所需的指令编码信号，指令编码信号对载波进行调制，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射经调制的指令编码信号。 接收电路一般由接收电路、放大电路、调制电路、指令译码电路、驱动电路、执行电路(机构)等几部分组成。接收电路将发射器发出的已调制的编码指令信号接收下来，并进行放大后送解调电路，解调电路将已调制的指令编码信号解调出来，即还原为编码信号。指令译码器将编码指令信号进行译码，最后由驱动电路来驱动执行电路实现各种指令的操作控制（机构）。