电磁场讲义

《电磁场电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的这个世界里，电磁场是一种无处不在却又常常被我们忽略的存在。

简单来说，电磁场是由带电粒子的运动产生的一种物理场。

想象一下，一个电子在空间中移动，它的运动会形成电流，而这个电流就会产生磁场。

反过来，如果一个磁场发生变化，又会在周围的空间中产生电场。

电场和磁场就这样相互关联、相互作用，共同构成了电磁场。

电磁场的特性可以用一些物理量来描述。

比如电场强度，它表示电场的强弱和方向；还有磁感应强度，用来衡量磁场的强弱和方向。

二、电磁场的基本规律谈到电磁场，就不得不提到麦克斯韦方程组。

这组方程就像是电磁场世界的“宪法”，规定了电磁场的行为。

麦克斯韦方程组包含四个方程，分别描述了电场的高斯定律、磁场的高斯定律、法拉第电磁感应定律以及安培麦克斯韦定律。

电场的高斯定律告诉我们，通过一个闭合曲面的电通量等于这个闭合曲面所包围的电荷量除以真空介电常数。

这就好像是说，电荷是电场的“源头”，电荷的多少决定了电场的“流量”。

磁场的高斯定律则指出，通过任何一个闭合曲面的磁通量总是为零。

这意味着磁场没有“源头”和“尾闾”，磁力线总是闭合的。

法拉第电磁感应定律表明，当穿过一个闭合回路的磁通量发生变化时，会在回路中产生感应电动势。

这是电磁感应现象的基础，也是发电机工作的原理。

安培麦克斯韦定律说明了电流和变化的电场都能产生磁场。

三、电磁波的产生当电磁场发生变化时，就会产生电磁波。

比如，一个振荡的电荷或者电流会在其周围产生不断变化的电磁场，这些变化的电磁场向空间传播，就形成了电磁波。

电磁波的产生需要有一个能够产生交变电磁场的源。

常见的例子有天线，它通过电流的快速变化来发射电磁波。

四、电磁波的特性电磁波具有很多独特的特性。

首先是它的波动性，电磁波和其他波一样，具有波长、频率和波速等特征。

波长和频率之间存在着反比关系，波速则等于光速。

电磁波在真空中的传播速度是恒定的，约为 3×10^8 米每秒。

《电磁场和电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的这个世界里，电磁场无处不在。

从你手中的手机发出的信号，到照亮房间的灯光，再到地球上的闪电，都与电磁场有着密切的关系。

那么，究竟什么是电磁场呢？简单来说，电磁场是由带电粒子的运动产生的一种物理场。

电荷的存在会在其周围产生电场，而当电荷运动起来，比如电流在导线中流动时，就会产生磁场。

电场和磁场总是相互关联、相互依存的，它们共同构成了电磁场。

想象一下，一个静止的电荷会在周围空间产生一个静电场，这个电场的强度会随着距离电荷的远近而变化。

当这个电荷开始运动，比如在导线中形成电流时，就会产生一个磁场，这个磁场的方向可以通过右手定则来判断。

电磁场具有能量和动量，它能够传递电磁力，对处于其中的带电粒子产生作用。

电磁场的性质和行为可以用麦克斯韦方程组来描述，这是一组非常重要的数学方程，它们统一了电学和磁学的现象。

二、电磁波的产生既然电磁场是由带电粒子的运动产生的，那么电磁波又是如何产生的呢？当一个带电粒子加速运动时，它周围的电磁场就会发生变化。

这种变化的电磁场会以波的形式向周围空间传播，这就是电磁波。

举个例子，一个电子在天线中来回振动，就会产生变化的电流。

这个变化的电流会导致周围的电磁场不断变化，从而产生电磁波并向外辐射。

电磁波的频率取决于带电粒子振动的频率。

电磁波的产生需要一个源，比如天线、振荡器等。

这些源能够提供能量，使得电磁场不断变化从而产生电磁波。

同时，电磁波的产生还需要一个传播介质，在真空中电磁波同样可以传播，这是因为真空中存在着电磁场的相互作用。

三、电磁波的特性电磁波具有许多独特的特性，这些特性使得它在现代科技中有着广泛的应用。

首先，电磁波是横波，这意味着它的电场和磁场的振动方向与波的传播方向垂直。

电磁波的电场和磁场在空间和时间上相互垂直，并且它们的振幅和相位之间存在着一定的关系。

其次，电磁波的传播速度是恒定的，在真空中，电磁波的传播速度约为 3×10^8 米/秒，这个速度通常被称为光速。

3. charge)讨论宏观电现象时，往往把电荷当成是连续分布的，这是因为基本电荷十分微小，一般观察到的多为大量带电粒子的集合体。

)物体所带的电荷数量叫做电量( electric quantity )。

物质的微观分析表明，电量是不连续的，是基本电荷单元e 的整数倍，coulomb ( C )。

191.60210e −=×Ideal Model(4) Point Charge点电荷是电荷分布的极限情况，可把它看作是一个体积很小而体电荷密度很大的带电小球体的极限。

在静电理论中，点电荷概念十分重要，因为不仅可将带电粒子以及几何尺寸很小的带电体（与该带电体到其它带电体的距离相比）看作点电荷，而且也可把连续分布的体、面、线电荷分割成无限多个点电荷。

the permittivity of free space ( vacuum )R r r=−由源点指向场点的矢量( the vector directed form the source point toward the point of observation ) :R R Ra r r ′==− 源点( source point ) : 产生电场的电荷的所在点，位矢用表示r ′ 场点( field point, 又称观测点, point of observation ) ：位矢用表示r 2.2.2 Calculation Formulae of ( in free space )E3. Applications of Gauss’s LawIntegral Form: 用于求解具有对称性分布的静电场问题。

如均匀带电的球体、球面，无限长带电圆柱体(面)、无限长带电直线等。

解题关键是选择合适的高斯面，使得能够将电通量密度(电场强度)从积分符号中提出。

Differential Form: 已知电场分布，求电荷分布2.3.4 Examples: example 3.8, example 3.92.4.2 The Electric Potential of Static Electric Fields 1. Definition静电场是无旋场，可用一个标量函数的负梯度表示电场强度，这个标量函数就是静电场的位函数，简称电位，用V 表示，即=VE−∇∵电位的单位是伏( V )∴电场强度的单位可以表示为伏/米（V/m）rq−qE2. Isolated Conductor with Net Charges同性电荷间存在相互排斥力，孤立导体所带的净电荷将由于排斥力而不断“飞开”，直到它们的相互排斥力被表面势垒力( surface barrier forces ) 平衡。

《电磁场和电磁波》讲义一、引言在我们的日常生活中，电磁场和电磁波无处不在。

从手机通信到微波炉加热食物，从无线电广播到卫星导航，电磁场和电磁波的应用已经深入到我们生活的方方面面。

那么，什么是电磁场和电磁波？它们是如何产生、传播和相互作用的？这就是我们在本讲义中要探讨的内容。

二、电磁场的基本概念电磁场是由电荷和电流产生的一种物理场。

电场是由电荷产生的，它描述了电荷之间的相互作用力；磁场是由电流产生的，它描述了电流之间以及电流与磁铁之间的相互作用力。

当电荷和电流随时间变化时，电场和磁场也会随之变化，并且相互关联，形成了电磁场。

电场的强度用电场强度 E 来表示，单位是伏特每米（V/m）。

电场强度的方向是正电荷在该点所受电场力的方向。

磁场的强度用磁感应强度 B 来表示，单位是特斯拉（T）。

磁感应强度的方向可以用右手螺旋定则来确定。

三、电磁波的产生电磁波是由时变的电场和磁场相互激发而产生的。

当电荷做加速运动或者电流随时间变化时，就会产生电磁波。

例如，一个振荡的电荷会在周围空间产生交变的电场和磁场，从而形成电磁波向远处传播。

最常见的电磁波产生方式是通过天线。

天线中的电流在来回振荡时，会向周围空间辐射电磁波。

不同频率的振荡电流会产生不同频率的电磁波。

四、电磁波的传播电磁波在真空中以光速传播，速度约为3×10^8 米每秒。

在介质中，电磁波的传播速度会变慢，并且与介质的性质有关。

电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播。

这与机械波（如声波）需要介质来传播是不同的。

电磁波在传播过程中，电场和磁场相互垂直，并且都垂直于电磁波的传播方向，形成了横波。

电磁波具有波动性和粒子性。

从波动性的角度来看，电磁波具有波长、频率和波速等特征。

波长是相邻两个波峰或波谷之间的距离，频率是单位时间内电磁波振动的次数，波速等于波长乘以频率。

从粒子性的角度来看，电磁波可以看作是由一个个光子组成的，光子具有能量和动量。

五、电磁波的频谱电磁波的频谱非常广泛，按照频率从低到高可以分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X 射线和伽马射线等。

《电磁场电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们的日常生活中，电和磁的现象无处不在。

当我们打开电灯，电流通过灯丝，产生光亮；当我们使用磁铁，能够吸附铁质物品。

然而，这些现象背后隐藏着一个更为神秘而又重要的概念——电磁场。

电磁场是由带电粒子的运动产生的一种物理场。

简单来说，电荷的存在会产生电场，而电流的流动会产生磁场。

当电荷和电流同时存在并且发生变化时，电场和磁场就会相互作用、相互影响，从而形成电磁场。

想象一下，一个静止的电荷周围存在着电场，这个电场就像是电荷的“势力范围”，能够对其他电荷产生力的作用。

而当电荷开始运动，比如在导线中形成电流时，就会产生磁场。

这个磁场的强度和方向会随着电流的大小和方向的变化而变化。

电磁场具有能量和动量，它可以在空间中传播，并且能够传递电磁相互作用。

例如，无线电通信就是依靠电磁场的传播来实现的。

二、电磁场的特性1、电场特性电场强度是描述电场的一个重要物理量。

它表示单位正电荷在电场中所受到的力。

电场线是用来形象地描绘电场分布的曲线，其疏密程度表示电场强度的大小，切线方向表示电场的方向。

2、磁场特性磁场强度和磁感应强度是描述磁场的关键物理量。

磁场线则用于直观地展示磁场的分布，其闭合特性反映了磁场的一些独特性质。

3、电磁波的产生变化的电场会产生变化的磁场，而变化的磁场又会产生变化的电场。

这种相互激发、交替产生的过程，使得电磁场能够以波的形式在空间中传播，这就是电磁波的产生原理。

三、电磁波电磁波是一种横波，它的电场强度和磁场强度相互垂直，并且都垂直于电磁波的传播方向。

电磁波在真空中的传播速度是一个恒定值，约为 3×10^8 米/秒。

电磁波具有广泛的频谱，从低频的无线电波到高频的伽马射线，涵盖了各种各样的波长和频率。

不同频率的电磁波具有不同的特性和应用。

1、无线电波无线电波的频率较低，波长较长。

它被广泛应用于广播、电视、通信等领域。

例如，我们通过收音机收听的广播节目就是通过无线电波传输的。

《电磁场和电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的世界中，电磁场是一种无处不在但又常常被我们忽视的存在。

简单来说，电磁场是由带电物体产生的一种物理场。

当电荷静止时，会产生静电场；当电荷运动时，就会产生磁场。

而当电荷的运动状态发生变化时，电场和磁场也会相互影响、相互作用，从而形成了电磁场。

想象一下，一个电子在空间中移动，它的周围就会产生一个变化的电场，同时这个变化的电场又会产生一个磁场，如此循环往复，就形成了电磁场。

电磁场具有能量和动量，它能够传递电磁力。

我们日常使用的各种电器设备，比如手机、电视、电脑等，都是通过电磁场来实现信号的传输和能量的传递。

二、电磁波的产生既然有了电磁场，那么电磁波又是怎么产生的呢？电磁波的产生通常是由于电荷的加速运动。

比如，在一个天线中，电流迅速地变化，导致电荷加速运动，从而产生了电磁波。

电磁波的产生过程可以类比为在池塘中扔一块石头，产生的涟漪会向四周扩散。

电荷的加速运动就像石头入水，产生的电磁波就像扩散的涟漪。

不同的电荷加速运动方式会产生不同频率和波长的电磁波。

从无线电波到微波，从红外线到可见光，从紫外线到 X 射线和伽马射线，它们都是电磁波的不同表现形式。

三、电磁波的性质电磁波具有一些重要的性质。

首先，电磁波是横波，这意味着它的电场和磁场振动方向与波的传播方向垂直。

其次，电磁波在真空中的传播速度是恒定的，大约为3×10⁸米/秒，这个速度被称为光速。

电磁波的频率和波长之间存在着一个简单的关系：速度等于频率乘以波长。

这意味着，频率越高，波长就越短；频率越低，波长就越长。

另外，电磁波具有能量，其能量大小与电磁波的频率有关，频率越高，能量越大。

四、电磁波的应用电磁波在我们的生活中有着广泛的应用。

无线电广播和电视就是利用无线电波来传输声音和图像信号。

手机通信则依靠微波频段的电磁波。

红外线在遥控器、夜视仪等设备中发挥着重要作用。

可见光让我们能够看到这个五彩斑斓的世界。

《电磁场和电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的世界中，电磁场是一种无处不在但又常常被我们忽略的存在。

简单来说，电磁场就是由带电粒子的运动所产生的一种物理场。

想象一下，当一个电子在空间中移动时，它的周围就会产生一个电场。

这个电场会对周围的其他带电粒子产生力的作用。

与此同时，如果这个电子在移动的过程中还在不断地改变速度，那么就会产生磁场。

电场和磁场就像是一对好兄弟，它们总是同时出现，相互关联，并且相互影响。

这种相互作用的结果就是我们所说的电磁场。

电磁场的强度和方向可以用数学上的向量来描述。

电场强度用 E 表示，磁场强度用 B 表示。

它们的大小和方向会随着带电粒子的运动状态以及空间位置的变化而变化。

二、电磁场的特性电磁场具有一些非常重要的特性。

首先，电磁场可以在空间中传播。

这就像我们扔一块石头到水里，会产生一圈圈的水波向外扩散一样，电磁场也能以电磁波的形式在空间中传播能量和信息。

其次，电磁场遵循一定的规律。

比如，库仑定律描述了两个静止点电荷之间的电场力作用；安培定律则描述了电流与磁场之间的关系。

再者，电磁场具有能量。

当电磁场发生变化时，能量会在电场和磁场之间相互转换。

这也是电磁波能够传播的一个重要原因。

三、电磁波的产生电磁波的产生通常需要一个源，比如一个加速运动的电荷或者一个变化的电流。

以天线为例，当电流在天线中快速变化时，就会产生迅速变化的电磁场，并向周围空间发射出去，形成电磁波。

另外，原子内部的电子在不同能级之间跃迁时，也会释放出电磁波。

这种电磁波的频率和能量与电子跃迁的能级差有关。

四、电磁波的性质电磁波具有波动性和粒子性双重性质。

从波动性的角度来看，电磁波和其他波一样，具有波长、频率、振幅等特征。

波长是相邻两个波峰或波谷之间的距离；频率则是单位时间内波振动的次数；振幅表示波的能量大小。

电磁波的频率范围非常广泛，从极低频率的无线电波到高频率的伽马射线。

不同频率的电磁波在性质和应用上有着很大的差异。

4.3 磁介质中的稳恒磁场4.3.1 磁介质的磁化自然界中所有实体物质都是磁介质。

磁介质是由原子组成的，原子内的电子围绕原子核形成轨道运动产生环形电流，形成磁偶极子。

这些磁偶极子在没有外磁场时，由于热运动而杂乱无章地排列，大量微观电流产生的磁场互相抵消，在宏观上介质没有磁性。

当有外磁场作用时，磁偶极子发生有规则地取向，大量磁偶极子产生磁场合成的结果，使介质产生了附加磁场，这就是介质的磁化现象。

为了衡量磁介质的磁化程度，可以定义一个磁化矢量来度量：[]1A/m N ii V =∆∑=m M磁化矢量是一个强度量，磁化矢量又叫磁化强度。

从产生磁场的角度看，磁化后的介质可看成是磁介质不存在，代之以大量的磁偶极子充满磁介质所占据的真空区域。

这样就可以利用真空中的磁场表达式来分析磁介质磁化后的磁场。

基于这个认识，我们把1N i i ∑=m看成是一个微分量d =d V m M从而求出d m 产生的磁矢位：()()()0m 3d d 4πμ''⨯-='-m r r r A r r r介质V 磁化后全部磁偶极矩产生的磁矢位就成为()0m 1d 4πV V μ'''=⨯∇'-⎰A r M r r()00m d d 4π4πV S V S μμ''''∇⨯⨯''=+''--⎰⎰M M n A r r r r r Ñ记 2m A/m ⎡⎤=∇⨯⎣⎦J M []m A /m =⨯K M n 分别称为体磁化电流密度和面磁化电流密度。

这样，由这两种电流密度产生的磁矢位就可写成()()()()()m m 00m d d 4π4πV S V S μμ''''=+''--⎰⎰J r K r A r r r r r r rÑ 4.3.2 磁介质中的场方程在磁介质中，虽然磁化电流的形成机制与传导电流不同，但在产生磁场的特性上两者完全一样。

第14讲 电磁场与电磁波 课程标准课标解读 1.初步了解麦克斯韦电磁场理论的基本思想，初步了解场的统一性与多样性，体会物理学对统一性的追求。

2.结合牛顿万有引力定律和麦克斯韦电磁场理论，体会物理学发展过程中对统一性的追求。

1.知道电磁场的概念及产生过程.2.了解电磁波的基本特点、发现过程及传播规律，知道电磁波与机械波的区别．知识点01 电磁场1．变化的磁场产生电场(1)实验基础：如图所示，在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里就会产生感应电流．(2)麦克斯韦的见解：电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，电场促使导体中的自由电荷做定向运动．(3)实质：变化的磁场产生了电场．2．变化的电场产生磁场麦克斯韦假设，既然变化的磁场能产生电场，那么变化的电场也会在空间产生磁场．【知识拓展1】对麦克斯韦电磁场理论的理解(1)变化的磁场产生电场①均匀变化的磁场产生恒定的电场．②非均匀变化的磁场产生变化的电场．③周期性变化的磁场产生同频率的周期性变化的电场．目标导航知识精讲(2)变化的电场产生磁场①均匀变化的电场产生恒定的磁场．②非均匀变化的电场产生变化的磁场．③周期性变化的电场产生同频率的周期性变化的磁场．【即学即练1】麦克斯韦是从牛顿到爱因斯坦这一阶段中最伟大的理论物理学家，他的科学思想和科学方法的重要意义直到20世纪科学革命来临时才充分体现出来，下列关于麦克斯韦的理论，正确的是（）A．均匀变化的电场周围产生均匀变化的磁场B．光是以波动形式传播的一种电磁振动C．水波、声波和电磁波都能在真空中传播D．当电场和磁场同时存在空间某一区域时，就会形成电磁波【答案】B【解析】A．均匀变化的电场周围产生恒定的磁场，故A错误；B．光是以波动形式传播的一种电磁振动，故B正确；C．水波、声波属于机械波，不能在真空中传播；电磁波能在真空中传播，故C错误；D．电磁波是由变化的电场和磁场，从发生区域由近及远传播形成的，故D错误。

《电磁场和电磁波》讲义一、什么是电磁场在我们生活的这个世界里，电磁场是一种看不见、摸不着，但却无处不在的“神秘力量”。

简单来说，电磁场就是由带电物体产生的一种物理场。

当电荷静止时，它只产生电场；而当电荷运动时，就会同时产生电场和磁场。

电场和磁场相互关联、相互作用，形成了电磁场。

想象一下，一个带电荷的小球，它周围的空间就存在着电场。

如果这个小球开始移动，那么它就像一个奔跑的运动员，在身后留下了磁场的“足迹”。

电场的强度可以用电场强度这个物理量来描述，它告诉我们电场对电荷的作用力有多大。

而磁场的强度则用磁感应强度来表示，反映了磁场对运动电荷或电流的作用能力。

二、电磁波的产生既然有了电磁场，那么电磁波又是怎么来的呢？当带电粒子加速运动时，它产生的电磁场就会发生变化。

这种变化的电磁场会在空间中传播出去，就形成了电磁波。

比如说，一个电子在天线中来回振荡，就会不断地产生变化的电磁场，从而发射出电磁波。

电磁波的产生需要有一个源，这个源可以是一个振荡的电路、一个原子的跃迁，甚至是宇宙中的天体活动。

三、电磁波的特性电磁波具有很多独特的特性。

首先，电磁波是横波，也就是说它的振动方向与传播方向垂直。

这就像一根绳子上下抖动，而波却沿着水平方向传播一样。

其次，电磁波在真空中的传播速度是恒定的，约为3×10^8 米每秒，这个速度被称为光速。

电磁波的频率和波长是两个重要的参数。

频率是指电磁波在单位时间内振动的次数，而波长则是电磁波在一个周期内传播的距离。

它们之间存在着一个简单的关系：速度＝频率×波长。

不同频率的电磁波具有不同的性质和用途。

例如，无线电波可以用于通信和广播，微波可以用于加热食物，红外线可以用于遥控和热成像，可见光让我们看到五彩斑斓的世界，紫外线可以杀菌消毒，X 射线可以用于医学成像，伽马射线则在核物理和天文学中有重要应用。

四、电磁波的传播电磁波可以在不同的介质中传播，包括真空、空气、水、玻璃等等。