大学物理--电磁学部分

大学物理电磁学引言电磁学是物理学的一个重要分支，研究电荷之间相互作用的原理和电磁波的特性。

在大学物理学中，电磁学是必学的一门课程，它涵盖了电荷、电场、电势、电流、电磁感应、电磁波等基本概念和原理。

本文将介绍大学物理电磁学的基本原理和相关内容。

一、电荷和电场电荷是电磁学的基本物理量之一，分为正电荷和负电荷。

正电荷和负电荷相互吸引，相同电荷相互排斥。

电场是电荷在周围产生的一种力场，用于描述电荷对其他电荷的作用力。

电场强度是衡量电场强弱的物理量，它的定义是单位正电荷所受的力。

二、电场的产生和性质电荷在空间中形成的电场是由电荷成对产生的。

当有多个电荷时，它们各自产生的电场可以叠加。

电场的性质包括电场的线性性质、电场的无旋性和电场的势能。

三、电势和电势能电势是描述电场对单位正电荷做的功的物理量。

电势是标量，它对应于电场的能量分布。

电势能是电荷在电场中具有的能量，它是由电势引起的。

四、电容和电容器电容是描述电场在电荷分布上的储存能力的物理量。

电容器是用来储存电荷和能量的装置，由两个导体之间的介质隔开，形成电场。

常见的电容器包括电容器、平行板电容器和球形电容器。

五、电流和电阻电流是电荷随时间变化的物理量，是单位时间内流过某个横截面的电荷量。

电阻是导体对电流流动的阻碍，它符合欧姆定律。

电流在电路中的运动受到欧姆定律和基尔霍夫定律的约束。

六、磁场和磁感应磁场是由带电粒子的运动产生的物理现象，描述了磁力的作用。

磁感应是描述磁场强度的物理量。

电流在导线中产生磁场，被称为安培环路定律。

七、电磁感应和法拉第定律电磁感应是通过磁场的变化产生电场的现象。

法拉第定律描述了导体中感应电动势与磁通量变化的关系。

法拉第定律是电磁感应定律的基础，它是电磁感应现象的定量描述。

八、电磁波和光学电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种波动现象。

电磁波具有电磁场的传播性质，包括光学、无线电波等各种波动现象。

结论大学物理电磁学是电磁学的基本课程，涵盖了电荷、电场、电势、电流、电磁感应、电磁波等内容。

大学物理电磁学《大学物理》是一门综合学科，其中电磁学是其中重要的一部分。

从宏观上讲，电磁学研究了电磁场和电磁力，以及它们作用于电荷的现象。

从微观上来看，电磁学通过研究电磁场和电磁力的构成，以及电磁场和电磁力交互作用的机理，以及它们对电荷的作用，来对它们进行研究。

电磁学的历史电磁学是一门极具挑战性的科学，自古以来，人们一直在探索这门科学的奥秘，从中研究探索有关电磁现象的机理。

19世纪末，美国物理学家迈克尔福特(Michael Faraday)发现了电磁感应，标志着电磁学研究迈出了重大的一步，自此，伽利略、穆勒、萨维尔等物理学家为电磁学的研究作出了重要的贡献。

定义和概念电磁学是物理学的一门分支，它用来研究电磁场、电磁力和电磁场的构成以及交互作用，以及它们对电荷的作用。

电磁场是一种独立于物体的抽象物理量，在空间中以向量的形式表示；电磁力是由电磁场产生的作用在电荷上的力；电荷是保存电磁力的物理现象。

定律电磁学研究中最重要的定律是磁电现象定律，有三种形式，分别是：(1)伽利略定律；(2)穆勒-安培定律；(3)萨维尔定律。

伽利略定律伽利略定律(Gauss Law)(也称有关电荷分布的伽利略定律)又称为“电荷守恒定律”，即“物体的外壳表面上的电荷总量不变”，这是自然界中电荷守恒的定律。

伽利略定律用来计算外壳上的电荷总量，也可以用来计算电位场、流动电流和电容量。

穆勒-安培定律穆勒-安培定律是德国物理学家穆勒(Heinrich Hertz)和英国物理学家安培(James Clerk Maxwell)在研究电磁学的基础上推出的一种定律。

该定律于1873年提出，主要描述了电磁场中电荷运动和磁场产生之间的相互关系。

具体而言，它认为电磁场是由交叉的电流和磁场相互作用而产生的，也就是说，电荷的运动会产生磁场，磁场的变化也会产生电场。

萨维尔定律萨维尔定律(Maxwell Equations）是英国物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦所提出的电磁场的最基本方程式。

大学物理电磁学是物理学的一个重要分支，主要研究电磁现象的规律和本质。

电磁学在科学技术、工业生产和日常生活中都有着广泛的应用。

本文将从电磁学的基本概念、基本定律和电磁波的传播等方面对大学物理电磁学进行介绍。

一、基本概念1.电荷：电荷是物质的一种属性，分为正电荷和负电荷。

电荷间的相互作用规律是：同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。

2.电场：电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质，它对放入其中的电荷有作用力。

电场的强度用电场强度E表示，单位是牛/库仑。

3.磁场：磁场是磁体周围空间里存在的一种特殊物质，它对放入其中的磁体有作用力。

磁场的强度用磁感应强度B表示，单位是特斯拉。

4.电磁波：电磁波是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量。

电磁波在真空传播速度与光速一样，速度为30万千米/秒。

二、基本定律1.库仑定律：库仑定律是描述电荷之间相互作用的定律，其内容为：真空中两点电荷间的作用力与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的平方成反比，作用力在它们的连线上。

2.安培定律：安培定律是描述电流和电流激发磁场的定律，其内容为：电流I1通过一条无限长直导线时，在距离导线r处产生的磁场强度H1与I1成正比，与r成反比，即H1与I1r成反比。

磁场方向垂直于电流方向和通过点的平面。

3.法拉第电磁感应定律：法拉第电磁感应定律是描述磁场变化引起电场变化的定律，其内容为：穿过电路的磁通量发生变化时，产生感应电动势。

感应电动势的大小与磁通量变化率成正比，与电路的匝数成正比。

4.麦克斯韦方程组：麦克斯韦方程组是描述电磁场分布和电磁波传播的四个偏微分方程，包括库仑定律、法拉第电磁感应定律、安培定律和位移电流定律。

三、电磁波的传播1.电磁波的发射：电磁波的产生通常是通过振荡电路实现的。

当振荡电路中的电场和磁场相互垂直且同相振荡时，电磁波便会产生并向外传播。

电磁学部分总结 静电场部分第一部分：静电场的基本性质和规律电场是物质的一种存在形态，它同实物一样也具有能量、动量、质量等属性。

静电场的物质特性的外在表现是：(1)电场对位于其中的任何带电体都有电场力的作用(2)带电体在电场中运动,电场力要作功——电场具有能量1、描述静电场性质的基本物理量是场强和电势，掌握定义及二者间的关系。

电场强度 电势2、反映静电场基本性质的两条定理是高斯定理和环路定理要掌握各个定理的内容，所揭示的静电场的性质，明确定理中各个物理量的含义及影响各个量的因素。

重点是高斯定理的理解和应用。

3、应用(1)、电场强度的计算a)、由点电荷场强公式 及场强叠加原理 计算场强q FE =⎰∞⋅==aa ar d E q W U 0∑⎰⎰=⋅=ΦiSe qS d E 01ε ⎰=⋅0r d E L 02041r rq E πε=iiE E ∑=一、离散分布的点电荷系的场强二、连续分布带电体的场强其中，重点掌握电荷呈线分布的带电体问题b)、由静电场中的高斯 定理计算场源分布具有高度对称性的带电体的场强分布一般诸如球对称分布、轴对称分布和面对称分布，步骤及例题详见课堂笔记。

还有可能结合电势的计算一起进行。

c)、由场强和电势梯度之间的关系来计算场强（适用于电势容易计算或电势分布已知的情形），掌握作业及课堂练习的类型即可。

（2）、电通量的计算2041i ii i i i r r q E E πε∑=∑=⎰⎰π==0204d r rq E d E εUgradU E -∇=-=)(k zU j y U i x U ∂∂+∂∂+∂∂-=a)、均匀电场中S 与电场强度方向垂直b)、均匀电场，S 法线方向与电场强度方向成q 角c)、由高斯定理求某些电通量（3）、电势的计算a)、场强积分法（定义法）——根据已知的场强分布，按定义计算b)、电势叠加法——已知电荷分布，由点电荷电势公式，利用电势叠加原理计算第二部分：静电场中的导体和电介质 一、导体的静电平衡状态和条件导体内部和表面都没有电荷作宏观定向运动的状态称为静电平衡状态。

大学物理——电磁学电磁学是物理学中的一门基础学科，研究电荷之间相互作用的规律性和电磁波的产生、传播以及与物质的相互作用。

电磁学的理论和应用范围广泛，是现代通讯、信息技术、能源领域中必不可少的一门科学。

1. 静电学静电学是电磁学的一个分支，主要研究静电场、电荷分布和电势等基本概念及其相互关系。

静电学的基本定理是库仑定律，它描述了电荷之间的相互作用力与其距离的平方成反比。

此外，静电学还研究电荷密度、电场强度、电荷守恒定律、高斯定理等。

2. 恒定电流学恒定电流学是研究静态电荷（即不随时间变化的电荷）所产生的电流和电场。

这一分支的基本定理为安培定律，它描述了电流与导线长度、截面积的乘积和导体电荷密度的乘积成正比。

恒定电流学还研究电阻、电势差、欧姆定律、基尔霍夫定律等。

3. 电磁场电磁场是指在空间中存在的包含电场和磁场的物理场。

电磁场的基本方程是麦克斯韦方程组，它是电磁学研究的核心。

麦克斯韦方程组包括四个方程，其中两个是描述电场的方程，另外两个是描述磁场的方程。

这些方程可以用来描述电磁波的产生、传播和与物质的相互作用等现象。

4. 电磁波电磁波是电场和磁场在空间中传播的波动现象。

电磁波的产生需要电荷在空间中振动，形成变化的电场和磁场，产生一种横波。

电磁波的特点是在真空中传播，速度是光速，而且具有波长和频率等特征。

电磁波的应用极广，包括无线通信、雷达、移动通讯等。

5. 辐射现象辐射现象是指电荷加速时会产生电磁波辐射的现象。

这一现象是电子学的基础，也是实现电子器件中心频率和带宽的重要途径。

辐射现象的基本定理是洛伦兹方程，它描述了电子发射电磁辐射能量的表达式。

强烈的电磁辐射还会带来安全风险，例如核辐射和光辐射等。

总之，电磁学是一门广泛应用的学科，在通讯技术、信息技术、能源等领域中都有着重要的应用。

它不仅具有基础理论的重要性，还承担着促进社会发展和改善人类生活的使命。

6. 电动力学电动力学是电磁学的一个分支，主要研究带电粒子在电场和磁场中的运动规律。

大学物理电磁学
第一章：静止电荷的电场
讲授内容：电荷、库仑定律、电场和电场强度以及场强叠加原理、电场线和电通量、高斯定律、利用高斯定律求静电场的分布基本要求：掌握静电场场强的概念及其叠加原理、能求解连续带电体的场强分布；理解用高斯定理律计算电场的条件和方法本章重点：电场强度的矢量叠加性、高斯定律
本章难点：微积分的应用
1.库仑定律
注意：矢量符号的印刷体以黑体加粗表示，手写书写体时必须带上标箭头。

2. 叠加原理：两个以上的点电荷对一个点电荷的作用力等于各个点电荷。

单独存在时对该点电荷的作用的矢量和。

3.电场：是电荷周围空间里存在的一种特殊物质。

4.电场强度：是用来表示电场的强弱和方向的物理量，下面是定义式。

5.电场线：是为了直观形象地描述电场分布而在电场中引入的一些假想的曲线。

电场线的特性：
a.始于由正电荷，止于负电荷；
b.电场线不相交；
c.静电场线不闭合；
（曲线上每一点的切线方向为电场方向；电场线的疏密程度代表场强大小）
6.电通量：通过电场中某一个面的电场线数叫做通过这个面的电场强度通量。

注：一般规定由内向外的方向为各处面元法向的正方向。

7.高斯定律：
8.电偶极子：电偶极子由等量异号电荷构成，电偶极矩方向由负电荷指向正电荷。

大学物理《电磁学》PPT课件•电磁学基本概念与原理•静电场中的导体和电介质•恒定电流及其应用•磁场性质与描述方法•电磁感应原理及技术应用•电磁波传播特性及技术应用目录CONTENTS01电磁学基本概念与原理电场强度描述电场强弱的物理量，其大小与试探电荷所受电场力成正比，与试探电荷的电荷量成反比。

静电场由静止电荷产生的电场，其电场线不随时间变化。

电势与电势差电势是描述电场中某点电势能的物理量，电势差则是两点间电势的差值，反映了电场在这两点间的做功能力。

欧姆定律描述导体中电流、电压和电阻之间关系的定律。

恒定电流电流大小和方向均不随时间变化的电流。

静电场与恒定电流磁场磁感应强度磁性材料磁路与磁路定律磁场与磁性材料由运动电荷或电流产生的场，其对放入其中的磁体或电流有力的作用。

能够被磁场磁化并保留磁性的材料，分为永磁材料和软磁材料。

描述磁场强弱的物理量，其大小与试探电流所受磁场力成正比，与试探电流的电流强度和长度成反比。

磁路是磁性材料构成的磁通路径，磁路定律描述了磁路中磁通、磁阻和磁动势之间的关系。

描述变化的磁场产生感应电动势的定律。

法拉第电磁感应定律描述感应电流方向与原磁场变化关系的定律。

楞次定律描述磁场与变化电场之间关系的定律。

麦克斯韦-安培环路定律由变化的电场和磁场相互激发而产生的在空间中传播的电磁振荡。

电磁波电磁感应与电磁波麦克斯韦方程组及物理意义麦克斯韦方程组由四个基本方程构成的描述电磁场基本规律的方程组，包括高斯定理、高斯磁定理、法拉第电磁感应定律和麦克斯韦-安培环路定律。

物理意义麦克斯韦方程组揭示了电磁现象的统一性，预测了电磁波的存在，为电磁学的发展奠定了基础。

同时，该方程组在物理学、工程学等领域具有广泛的应用价值。

02静电场中的导体和电介质导体在静电场中的性质静电感应当导体置于外电场中时，导体内的自由电子受到电场力的作用，将重新分布，使得导体内部电场为零。

静电平衡当导体内部和表面的电荷分布不再随时间变化时，称导体达到了静电平衡状态。

大学物理（电磁学部分）试题库及答案解析一、 选择题1.库仑定律的适用范围是()A 真空中两个带电球体间的相互作用； ()B 真空中任意带电体间的相互作用； ()C 真空中两个正点电荷间的相互作用； ()D 真空中两个带电体的大小远小于它们之间的距离。

〔 D 〕2.在等量同种点电荷连线的中垂线上有A 、B 两点,如图所示，下列结论正确的是()A A B E E ，方向相同；()B A E 不可能等于B E ,但方向相同；()C A E 和B E 大小可能相等，方向相同；()D A E 和B E 大小可能相等，方向不相同。

〔 C 〕4.下列哪一种说法正确()A 电荷在电场中某点受到的电场力很大,该点的电场强度一定很大；()B 在某一点电荷附近的任一点,若没放试验电荷,则这点的电场强度为零；()C 若把质量为m 的点电荷q 放在一电场中,由静止状态释放,电荷一定沿电场线运动；()D 电场线上任意一点的切线方向,代表点电荷q 在该点获得加速度的方向。

〔 D 〕5.带电粒子在电场中运动时()A 速度总沿着电场线的切线，加速度不一定沿电场线切线；()B 加速度总沿着电场线的切线，速度不一定沿电场线切线；()C 速度和加速度都沿着电场线的切线；()D 速度和加速度都不一定沿着电场线的切线。

〔 B 〕7．在真空中的静电场中，作一封闭的曲面，则下列结论中正确的是A.通过封闭曲面的电通量仅是面内电荷提供的B.封闭曲面上各点的场强是面内电荷激发的C.由高斯定理求得的场强仅由面内电荷所激发的D.由高斯定理求得的场强是空间所有电荷共同激发的〔 D 〕9、下面说法正确的是(A)等势面上各点场强的大小一定相等；(B)在电势高处，电势能也一定高；(C)场强大处，电势一定高；(D)场强的方向总是从电势高处指向低处〔 D 〕10、已知一高斯面所包围的体积内电量代数和为零，则可肯定：（A ）高斯面上各点场强均为零。

（B ）穿过高斯面上每一面元的电通量均为零。

大学物理：电磁学电磁学是物理学的一个分支，主要研究电磁现象、电磁辐射、电磁场以及它们与物质之间的相互作用。

在本文中，我们将探讨电磁学的基本概念、历史背景、研究领域以及在现实生活中的应用。

一、基本概念1、电荷与电荷密度电荷是物质的一种属性，它可以产生电场。

电荷分为正电荷和负电荷。

电荷的分布可以用电荷密度来描述，它表示单位体积内所包含的电荷数量。

2、电场与电场强度电场是空间中由电荷产生的力线所形成的场。

电场强度是描述电场强弱的物理量，它与电荷密度有关。

3、磁场与磁感应强度磁场是由电流或磁体产生的场。

磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，它与电流密度和磁场中的电荷有关。

4、电磁波电磁波是由电磁场产生的波动现象，它包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。

二、历史背景电磁学的研究可以追溯到17世纪和18世纪，当时科学家们开始研究静电和静磁现象。

19世纪初，英国物理学家迈克尔·法拉第发现了电磁感应定律，即变化的磁场可以产生电流。

1864年，英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦将法拉第的发现与自己的研究结合起来，提出了著名的麦克斯韦方程组，预言了电磁波的存在。

三、研究领域1、静电学：研究静止电荷所产生的电场、电势、电容、电导等性质。

2、静磁学：研究静止磁场以及磁体和电流所产生的磁场和磁场分布。

3、电磁感应：研究变化的磁场和电场以及它们之间的相互作用和变化规律。

4、电磁波：研究电磁波的产生、传播、散射、反射和吸收等性质以及在各种介质中的行为。

四、应用电磁学在现实生活中有着广泛的应用，如：1、电力工业：利用电磁感应原理发电、输电和用电。

2、通信工程：利用电磁波传递信息，包括无线电通信、微波通信、光纤通信等。

3、电子技术：利用电磁学原理制造电子设备，如电视机、计算机、雷达等。

4、磁悬浮技术：利用磁力使物体悬浮，减少摩擦和能耗。

5、医学成像：利用电磁波和磁场进行医学诊断和治疗。

大学物理电磁学基础知识点汇总一、电场1、库仑定律库仑定律描述了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向沿着它们的连线。

其表达式为：＄F ＝ k\frac{q_1q_2}｛r^2}＄，其中$k$为库仑常量，＄q_1$和$q_2$为两个点电荷的电荷量，＄r$为它们之间的距离。

2、电场强度电场强度是描述电场力的性质的物理量，定义为单位正电荷在电场中所受到的力。

其表达式为：＄E ＝＼frac{F}｛q}＄。

对于点电荷产生的电场，其电场强度的表达式为：＄E ＝ k\frac{q}｛r^2}＄，方向沿径向向外（正电荷）或向内（负电荷）。

3、电场线电场线是用来形象地描述电场的一种工具。

电场线的疏密表示电场强度的大小，电场线的切线方向表示电场强度的方向。

静电场的电场线不闭合，始于正电荷或无穷远，终于负电荷或无穷远。

4、电通量电通量是通过某一面积的电场线条数。

对于匀强电场，通过平面的电通量为：＄＼Phi ＝ ES\cos\theta$，其中$E$为电场强度，＄S$为平面面积，＄＼theta$为电场强度与平面法线的夹角。

5、高斯定理高斯定理表明，通过闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的电荷量的代数和除以$＼epsilon_0$。

即：＄＼oint_S E\cdot dS ＝＼frac{1}｛＼epsilon_0}＼sum q$。

高斯定理是求解具有对称性电场分布的重要工具。

二、电势1、电势电势是描述电场能的性质的物理量，定义为把单位正电荷从电场中某点移动到参考点（通常取无穷远处）时电场力所做的功。

某点的电势等于该点到参考点的电势差。

点电荷产生的电场中某点的电势为：＄V ＝ k\frac{q}｛r}＄。

2、等势面等势面是电势相等的点构成的面。

等势面与电场线垂直，沿电场线方向电势降低。

3、电势差电场中两点之间的电势之差称为电势差，也称为电压。

其表达式为：＄U_{AB} ＝ V_A V_B$。