(优选)电磁场中的基本物理量.

第二章 电磁场中的基本物理量和基本实验定律2.1电磁场的源量——电荷和电流一、电荷与电荷密度 C e 1910602.1-⨯+=1、 自然界中最小的带电粒子包括电子和质子——电子电荷量191.60210C e -=-⨯←基本电荷量 一般带电体的电荷量 ,3,2,1±==n neq2、电荷的几种分布方式从微观上看，电荷是以离散的方式出现在空间中，从宏观电磁学的观点上看，大量带电粒子密集出现在某空间范围内时，可假设电荷是以连续的形式分布在这个范围内中。

空间中——体电荷 面上——面电荷 线上——线电荷体电荷：电荷连续分布在一定体积内形成的电荷体。

体电荷密度)(r 'ρ定义：在电荷空间V 内，任取体积元V ∆，其中电荷量为q ∆，则⎰'=⇒=∆∆='→∆v v dv r q dvdq v q linr )()(0ρρ 3/m c面电荷：当电荷存在于一个薄层上时，称其为面电荷。

面电荷密度)(r s 'ρ的定义：在面电荷上，任取面积元s ∆，其中电荷量为q ∆，则ds r q dsdq s q linr s s s s ⎰'=⇒=∆∆='→∆)()(0ρρ 2/m c线电荷：当电荷只分布于一条细线上时，称其为线电荷。

线电荷密度)(r l 'ρ的定义：在线电荷上，任取线元l ∆，其中电荷量为q ∆，则dl r q dldq l q linr s l l l ⎰'=⇒=∆∆='→∆)()(0 ρρ 点电荷：当电荷体积非常小，q 无限集中在一个几何点上可忽略时，称为点电荷。

点电荷的)(rδ函数表示：∞→∆=→∆vq linv 0ρ，保持总电荷不变，⎩⎨⎧'=∞'≠='-r r r r r r0)(δ 筛选特性：⎰='-vr f dv r r r f )()()(δ)()(r r q r '-=δρ当点电荷q 位于坐标原点时，)()(,0r q r rδρ=='电荷量 ⎰⎰⎩⎨⎧'='≠='-==vv r r qr r dv r r q dv r q0)()(δρ 二、电流与电流密度1、 电流强度 I定向流动的电荷形成电流，通常用单位时间通过某一截面的电荷 即电流强度表示，定义为：dtdqt q lin t i t =∆∆=→∆0)( 电流强度的大小：单位时间内S 的电荷量。

电磁场中的电势和磁势在物理学中，电磁场是一个十分重要且广泛应用的概念，它关乎着我们生活中许多方面的技术和现象。

而电磁场中的电势和磁势则是电磁场中不可或缺的两个重要量。

在本文中，我们将探讨电磁场中电势和磁势的概念及其应用。

首先，让我们来看一下电势的概念。

电势是描述电场中某一点电位能的大小的物理量。

在电场中，电荷所具有的电位能取决于其所处的位置。

当电荷处于静止状态时，它所具有的电势是一个标量量，用来描述单位正电荷在该点所具有的电势能。

电势的单位是伏特（V）。

我们可以通过公式V=U/q来计算电势，其中U表示电位能，q表示电荷。

电势在我们的日常生活中有着重要的应用，尤其是在电力领域。

例如，电势差（电压）是描述电路中电流流动的重要物理量。

我们可以通过测量两个点之间的电势差来判断电流的大小和方向。

电势差也是电力设备中的一个关键参数，例如电池、发电机和变压器等。

此外，电势还被广泛应用于静电喷涂、电化学分析和粒子加速器等领域。

接下来，我们来讨论一下磁势的概念。

磁势是描述电磁场中磁力势能的物理量。

在磁场中，磁势和电势类似，都是描述单位磁极在该点所具有的势能。

磁势是一个矢量量，它具有大小和方向之分。

磁势的单位是安培（A）。

我们可以通过磁势的梯度来计算磁场的强度和方向。

磁势在现代科技中也有着广泛的应用。

例如，磁力计是一种利用反映磁势变化的仪器，它被用于测量磁场的强度和方向。

另外，磁势也被应用于磁共振成像（MRI）技术中，该技术被广泛用于医学诊断和科学研究。

通过测量磁势的变化，我们可以了解到物质的结构和性质。

在电磁场中，电势和磁势是密不可分的。

它们共同构成了电磁场的基本力量，影响着物质的运动和相互作用。

在电磁学中，我们通过电场的势分布和磁场的势分布来描绘整个电磁场。

通过电势和磁势的计算和测量，我们可以深入探究电磁场的运动规律和相互作用机制。

总之，电磁场中的电势和磁势是电磁学的重要概念，它们在物理学和工程学领域都有着广泛的应用。

电磁场考试试题及答案一、选择题1. 下列哪个物理量不是描述电磁场的基本量？A. 电场强度B. 磁感应强度C. 电势D. 磁化强度2. 静电场的本质特征是：A. 磁场产生于电场B. 电场产生于静电荷C. 电场与磁场相互作用D. 电场与静电荷相互作用3. 关于电磁场的能量密度，以下说法正确的是：A. 电磁场的能量密度只与电场强度有关B. 电磁场的能量密度只与磁感应强度有关C. 电磁场的能量密度与电场和磁感应强度都有关D. 电磁场的能量密度与电荷和电流有关4. 电磁波中电场和磁场的相互关系是：A. 电场和磁场以90°的相位差波动B. 电场和磁场以180°的相位差波动C. 电场和磁场处于同相位波动D. 电场和磁场没有固定的相位关系5. 有一根长直导线，通有电流，要使其产生的磁场最强，应将观察点放置在：A. 导线的外侧B. 导线的内侧C. 导线的中央D. 对称轴上二、填空题1. 电荷为2μC的点电荷在距离它10cm处的电场强度大小为______ N/C。

2. 一根长度为50cm的直导线通有5A的电流，它产生的磁感应强度大小为______ T。

三、简答题1. 什么是电磁场？它的基本特征是什么？电磁场是一种通过电荷和电流相互作用而产生的物质场。

它基于电荷和电流的特性，表现为电场和磁场的存在和相互作用。

电磁场的基本特征包括：电场与静电荷相互作用，磁场与电流相互作用，电磁场遵循麦克斯韦方程组等。

2. 电场与磁场有何区别和联系？电场是由电荷产生的一种物质场，描述电荷对其他电荷施加的作用力的特性。

而磁场则是由电流产生的一种物质场，描述电流对其他电流施加的作用力的特性。

电场和磁场之间存在密切的联系，根据麦克斯韦方程组的推导可知，变化的电场会产生磁场，而变化的磁场也会产生电场。

3. 什么是电磁波？其特点是什么？电磁波是由电场和磁场相互耦合在空间中传播的波动现象。

其特点包括：- 电磁波是横波，电场与磁场的振动方向垂直于波传播方向。

磁场的基本物理量一、磁感应强度磁感应强度：表示磁场内某点磁场强弱和方向的物理量，磁感应强度是矢量，用 B 表示。

磁感应强度的大小:用该点磁场作用于1m 长,通有 1A 电流且垂直于该磁场的导体上的力 F 来衡量，即 B =F /(l I)。

磁感应强度的方向: 电流产生的磁场，B 的方向用右手螺旋定则确定； IB 磁场的基本物理量主要包括：磁感应强度、磁通、磁场强度、磁导率等。

永久磁铁磁场，在磁铁外部，B 的方向由N 极到二、磁通磁通：磁感应强度 B 与垂直于该磁场方向的面积S 的 乘积，称为通过该面积的磁通，用Φ表示,即 Φ=BS 或 B= Φ ／S♣均匀磁场: 各点磁感应强度大小相等，方向相同的 磁场。

也称匀强磁场。

磁感应强度的单位:国际单位制:特[斯拉](T ) [T ]=Wb/m 2 (韦伯/米2) 电磁制单位:高斯(Gs ) 1T=104 Gs ♣磁感应强度在数值上可以看成为与磁场方向垂直的单位面积所通过的磁通，故又称磁通密度。

磁通的单位：三、磁场强度磁场强度H ：计算磁场时所引用的一个物理量。

国际单位制：韦[伯](Wb ) [Wb ]=伏∙秒 电磁制单位：麦克斯韦(Mx ) 1Wb=108 Mx♣ 借助磁场强度建立了磁场与产生该磁场的电流之间的关系。

即安培环路定律（或称全电流定律）。

♣ 磁场强度方向与产生磁场的电流方向之间符合右手螺旋定则。

I H 单位：国际单位制:安每米（A/m )电磁制单位:奥斯特（O e ） 1 A/m=4π⨯10-8 Oe任意选定一个闭合回线的围绕方向，凡是电流方向与闭合回线围绕方向之间符合右手螺旋定则的电流作为正、反之为负。

其中： 是磁场强度矢量沿任意闭合 线（常取磁通作为闭合回线）的线积分； ⎰l H d 是穿过闭合回线所围面积的电流的代数和。

∑I ♣安培环路定律电流正负的规定：⎰∑=I l H d ♣安培环路定律（全电流定律）I 1HI 2【例1】环形线圈如图，其中媒质是均匀的， 试计算线圈内部各点的磁场强度。

第2章 电磁场中的基本物理量和基本实验定律在静止和稳定的情况下，确立分布电荷)/(3m C ρ与分布电流)/(2m A J的概念。

在电荷守恒的假定前提下，确立电流连续性方程。

在库仑实验定律和安培力实验定律的基础上建立代表电场和磁场的基本物理量。

在电荷分布和电流分布已知的条件下，提出计算电场与磁场的矢量积分公式。

§2.1 电磁场的源量一、电荷与电荷分布任何带电体的电荷量都是电子电荷量的整数倍。

Ce Jn ne q 1910602.1-⨯-=∈=微观上看，电荷是以离散的方式出现在空间的。

但从宏观电磁学的观点上看，大量的带电粒子密集地出现在某空间体积内时，可以假定电荷以连续分布的形式充满于该体积中。

1、体电荷密度 定义：τρτ∆∆=→∆q r 0lim)(单位：3/m C 。

)(r ρ是空间位置的连续函数，是一个标量场。

体积τ内的电荷量：⎰=ττρd r q )(2、面电荷密度定义：Sq r S S ∆∆=→∆0lim )(ρ单位：2/m C 。

面积S 内的电荷量：⎰=SS dS r q )(ρ3、线电荷密度定义：lq r l l ∆∆=→∆0lim)(ρ单位：m C /。

曲线l 上的电荷量：⎰=ll dl r q )(ρ4、点电荷密度 （1）δ函数δ函数的定义： ⎩⎨⎧'=∞'≠='-r r r r r r0)(δδ函数的性质：)()()()(z z y y x x r r '-'-'-='-δδδδ⎩⎨⎧'='≠='-⎰r r r r d r r10)(ττδ )()()(r f d r r r f '='-⎰ττδ （2）点电荷的δ函数表示)()(r r q r '-=δρ二、电流与电流密度若空间分布的电荷是流动的，则该体积空间内就有电流存在。

电流强度的定义：单位时间内穿过面积S 的电荷量。

磁场和电场是电磁学中的两个基本概念，它们各自具有独特的物理量。

电场的物理量包括：
1. 电场强度（E）：描述电场在特定点的力的性质和方向，单位是牛顿每库仑（N/C）或伏特每米（V/m）。

电场强度是一个矢量场，表示在电场中某一点处静止电荷所受的力的方向和大小。

2. 电位移矢量（D）：也称为电通量密度，与电场强度相关，它考虑了介质的极化效应。

D 是电场强度E与介质的极化强度P的矢量和，通常用于描述介质中的电场。

3. 电势（V）：描述电场中的势能分布情况，单位是伏特（V）。

电势是一个标量场，表示在电场中某一点处单位电荷所具有的势能。

磁场的物理量包括：
1. 磁感应强度（B）：描述磁场在特定点的磁效应强度和方向，单位是特斯拉（T）。

磁感应强度是一个矢量场，反映了磁场对磁性物质作用的大小和方向。

2. 磁场强度（H）：描述磁场源（如电流）产生的磁场强度，单位是安培每米（A/m）。

磁场强度是一个矢量场，与产生磁场的电流密切相关。

3. 磁通量（Φ）：描述通过某个面积的磁感线的数量，单位是韦伯（Wb）。

磁通量是一个标量，表示磁场穿过某个特定面积的总磁效应。

总之，在电磁学中，电场和磁场是通过麦克斯韦方程组相互联系的。

电场可以由电荷产生，而磁场则可以由移动的电荷（电流）或变化的电场产生。

这两个场的交互作用构成了电磁波的基础，而电磁波是现代通信和许多其他技术领域的核心部分。

第一章 电磁场和电磁波基础1 电磁学基本物理量 2 电磁场定律 3 边界条件 4 本构关系 5 波动方程 6 场和方程的复数形式 7 波数和波阻抗 8 均匀平面波 9 平面波的反射和折射 10 坡印亭定理1 电磁学基本物理量在电磁场基本方程中，所涉及到的基本物理量有：E ：称为电场强度（伏/米）H ：称为磁场强度（安/米）D ：称为电通密度（库/米 2） B ：称为磁通密度（韦/米 2）电位移矢量 磁感应强度⎯真空→ ε 0 E ⎯ ⎯ ⎯真空→ μ 0 H ⎯ ⎯J ：电流密度（安/米 2）ρ ：电荷密度（库/米 ）3⎧ ⎪基本物理量：E , B ⎨ ⎪导出物理量：D, H ⎩瞬时值或时域表示 一般情况下，各场量和源量既是空间坐标的函数，又是时 间的函数，即2 电磁学场定律电磁学场定律描述场和源的关系，包括积分形式场定 律和微分形式场定律。

微分场定律形式把某点的场与就在该点的源及该点 的其它场量联系起来，适用于场、源量都是连续函数并有 S 连续的导数的良态域。

•⎧ E = E ( r , t ) = E ( x, y , z , t ) ⎪ ⎪ D = D ( r , t ) = D ( x, y , z , t ) ⎪ B = B ( r , t ) = B ( x, y , z , t ) ⎪ ⎨ ⎪ H = H ( r , t ) = H ( x, y , z , t ) ⎪ ρ = ρ (r , t ) = ρ ( x, y, z , t ) ⎪ ⎪ J = J (r , t ) = J ( x, y, z , t ) ⎩对应不同时刻，这些场量和源量的方向和数值会发生变 化，对应着一般时变场，称为场量的时域表示，或者瞬时 值。

P⎧ ⎪场：E , B ⎨ ⎪源：ρ，J ⎩2.1 自由空间场定律 2.2 物质中场定律V2.1 自由空间场定律∇× E = −B∂B （1a） ∂t∂ε 0 E （1b） ∂tVS自由空间指真空或同真空基本上具有同样特性的任 何其它媒质 （如空气） 自由空间场定律描述纯粹的源 ρ 、 。