电动力学.
电动力学的第一章总结
第一章 电磁现象的普遍规律本章重点：从特殊到一般，由实验定律加假设总结出麦克斯韦方程。
主要内容：讨论几个定律，总结出静电场、静磁场方程；找出问题，提出假设，总结真空中麦氏方程； 讨论介质电磁性质，得出介质中麦氏方程； 给出求解麦氏方程的边值关系；引入电磁场能量，能流并讨论电磁能量的传输。
§1. 电荷和静电场一、 库仑定律和电场强度1. 库仑定律一个静止点电荷Q 对另一静止点电荷Q '的作用力为:34rrQ Q F o πε'=⑴ 静电学的基本实验定律 （2）两种物理解释超距作用： 一个点电荷不需中间媒介直接施力与另一点电荷。
场传递： 相互作用通过场来传递。
对静电情况两者等价。
2. 点电荷电场强度每一电荷周围空间存在电场：即任何电荷都在自己周围空间激发电场。
它的基本性质是：电荷对处在其中的其它电荷具有作用力。
对库仑定律重新解释:描述一个静止点电荷激发的电场对其他任何电荷的电场力。
描述电场的函数——电场强度定义：试探点电荷F ，则30()4F Q rE x Q rπε==' 它与试探点电荷无关，给定Q ，它仅是空间点函数，因而是一个矢量场——静电场。
3．场的叠加原理（实验定律）n 个点电荷在空间某点的场强等于各点电荷单独存在时在该点场强的矢量和，即：3110()4nni ii i i i Q r E x E r πε====∑∑。
4．电荷密度分布体密度： ()0limV Q dQx V dVρ∆→∆'==''∆ 面密度： ()0lim S Q dQx S dS σ∆→∆'==''∆ 线密度 ： ()0lim l Q dQx l dl λ∆→∆'==''∆ ()dQ x dV ρ''=()()(),,VSLQ x dV Q x dS Q x dl ρσλ''''''===⎰⎰⎰5．连续分布电荷激发的电场强度()30()4Vx r E x dV r ρπε''=⎰或()30()4S x r E x dS rσπε''=⎰ 或 ()30()4L x rE x dl r λπε''=⎰ 对于场中的一个点电荷，受力F Q E '=仍然成立。
电动力学
英国物理学家和化学家。
最主要贡献：1831年发现了电磁感应现象。 1834年他研究电流通过溶液时产生的化 学变化，提出了法拉第电解定律。这一定 律为发展电结构理论开辟了道路。 1845年9月13日法拉第发现，一束平面偏 振光通过磁场时发生旋转，这种现象被称 为“法拉第效应”。法拉第认为光具有电 磁性质，是光的电磁波理论的先驱 1852年他引进磁力线概念。 他的很多成就不仅非常重要、且是带根 本性的理论。
单位张量与矢量、 张量的点乘
I C C I C I AB AB I AB
I : AB A B
2 B A 1.计算 A B A B 2.证明 M b a c a b c 与矢量 c 垂直,即 M c 0
林斯顿。遵照他的遗嘱，不举行任何丧礼，不筑坟 墓，不立纪念碑，骨灰撒在永远对人保密的地方， 为的是不使任何地方成为圣地。 爱因斯坦的后半生一直从事寻找大统一理论的工作， 不过这项工作没有获得成功，现在大统一理论是理 论物理学研究的中心问题。 爱因斯坦是耶路撒冷希伯来大学的注册商标
§2 矢量代数与张量初步
难点：公式多、数学推导较繁杂；解题难度大、
相对论概念不易理解。
二、电动力学与电磁学的联系与区别
范围
既讨论静场又讨论变化场，外加相对论。
深度
从矢量场论出发，总结电磁现象普遍规律，解题更具一般性。
方法
建立模型、求解方程、注重理论。
数学
矢量分析与场论、线性代数、数理方程、特殊函数 „
三、理论物理的特点
电动力学公式总结
电动力学公式总结电动力学是物理学中研究电荷间相互作用及其相关现象的分支学科。
电动力学公式是描述电场、电势、电流、电荷等电动力学量之间关系的数学表达式。
本文将总结常见的电动力学公式，并进行简要解释。
1. 库仑定律（Coulomb's Law）库仑定律用于描述两个电荷之间的相互作用力。
假设两个电荷分别为q1和q2，它们之间的作用力F由以下公式给出：F = k * (q1 * q2) / r^2其中，k为库仑常数，r为两个电荷间的距离。
2. 电场强度（Electric Field Strength）电场强度描述在给定点附近单位正电荷所受到的力的大小和方向。
电场强度E由以下公式给出：E =F / q其中，F为单位正电荷所受的力，q为正电荷的大小。
3. 电势差（Electric Potential Difference）电势差描述电场对电荷进行的功所引起的状态变化。
电势差V由以下公式给出：V = W / q其中，W为电场对电荷进行的功，q为电荷的大小。
4. 高斯定理（Gauss's Law）高斯定理是一个描写电场线分布和电荷分布之间关系的重要定理。
它表示电场的流出和流入电荷的总和等于电荷总量除以真空介电常数ε0。
该定理由以下公式给出：∮E · dA = (1 / ε0) * Q_enclosed其中，E为电场强度，dA为微元的面积矢量，Q_enclosed为电荷的总量。
5. 法拉第电磁感应定律（Faraday's Law of Electromagnetic Induction）法拉第电磁感应定律描述通过磁场的变化引起的电场变化。
它由以下公式给出：ε = -dΦ/dt其中，ε代表感应电动势，dΦ/dt为磁通量的变化率。
6. 奥姆定律（Ohm's Law）奥姆定律描述了电流、电压和电阻之间的关系。
根据奥姆定律，电流I等于电压V与电阻R的比值，即：I = V / R其中，I为电流，V为电压，R为电阻。
电动力学(全套课件)ppt课件
电磁波的传播遵循惠更斯原理，即波 面上的每一点都可以看作是新的波源。
电磁波在真空中的传播速度等于光速， 而在介质中的传播速度会发生变化。
电磁波的能量与动量
01
电磁波携带能量和动量，其能量密度和动量密度与 电场和磁场的振幅平方成正比。
02
电磁波的能量传播方向与波的传播方向相同，而动 量传播方向则与波的传播方向相反。
03
电磁波的能量和动量可以通过坡印廷矢量进行描述 和计算。
06
电动力学的应用与发展前 景
电动力学在物理学中的应用
描述电磁现象
电动力学是描述电荷和电流如何 产生电磁场，以及电磁场如何对 电荷和电流产生作用的理论基础。
解释光学现象
光是一种电磁波，电动力学为光 的传播、反射、折射、衍射等现 象提供了理论解释。
麦克斯韦方程组与电磁波
01
麦克斯韦方程组是描述电磁场的基本方程组，包括高斯定律、 高斯磁定律、法拉第电磁感应定律和安培环路定律。
02
电磁波是由变化的电场和磁场相互激发而产生的，其传播速度
等于光速。
麦克斯韦方程组揭示了电磁波的存在和传播规律，为电磁学的
03
发展奠定了基础。
电磁波的性质与传播
电磁波具有横波性质，其电场和磁场 振动方向相互垂直，且都垂直于传播 方向。
电场能量
W=∫wdV，表示整个电场 中的总能量。
功率
P=UI，表示单位时间内电 场中消耗的能量或提供的 能量。
04
恒磁场
磁感应强度与磁场强度
磁感应强度的定义与物理意义 磁感应强度与磁场强度的关系
磁场强度的定义与计算 磁场的叠加原理
安培环路定理与磁通量
01
安培环路定理 的表述与证明
电动力学
4. 磁场的散度
磁场的通量
磁场的散度 S 任意
S B dS 0
S B dS V ( B)dV 0
B 0
恒定磁场的另一基本方程。
B 0J
B 0
结论： 恒定磁场 ——无源，有旋
5. 例题（p.13 例）
电流 I 均匀分布于半径为 a 的无穷长直导线内，求空
间各点磁感应强度，并由此计算磁场的旋度。
1. 介质的概念
介质
分子
原子核：正电荷 电子： 负电荷
电中性 分子电流杂乱
宏观物理量 ← 微观量的平均 （宏观无穷小 内包含 大量的微观粒子）
外场
正负电荷相对位移，极性分子取向 —— 极化
分子电流取向规则化
—— 磁化
束缚电荷（极化电荷）→ 附加电场 E’
诱导电流（磁化电流等）→ 附加磁场 B’
2. 介质的极化
r
dV
'
JdV ' JdSdl Idl
B( x)
0 4
Idl
r
r3
3. 磁场的环量和旋度
安培环路定理：
L B dl 0I 0 S J dS
磁场的旋度
L B dl S ( B) dS
S 任意
B 0J
讨论： (1) 安培环路定理的微分形式，恒定磁场的基本方程 (2) 某点磁场的旋度只与该点的电流密度有关
）
t
(1) 法拉第电磁感应定律的微分形式
(2) 感应电场是有旋场
(3) 感应电场是由变化磁场激发的
2. 位移电流
电荷守恒定律
J
0
非恒定电流
磁场旋度
t
B 0J
矛盾！？
B 0 J 0
论动体的电动力学
论动体的电动力学
1 电动力学：内在的奥秘
电动力学是一门集电动力、机械力和能源学在一起的力学学科，一般用于研究运动物体中所发挥的力和活动时所显示的能量行为。
它也是一门研究系统如何响应外力，释放动能和在运动过程中发挥力的学科，是机械、电、光、声、振动等力学系统的综合研究。
电动力学的研究通常涉及两个主要工作领域：动力学和电磁学。
从动力学的角度研究，主要包括分析力对物体的作用，物体的运动和物体在运动过程中的变形；从电磁学的角度研究，主要包括研究运动物体的电磁特性，如电流回路、电磁电容、静电源和电磁感应等。
在可应用性方面，电动力学发挥了巨大的作用，它可以解释各种物理系统如发动机、飞机涡扇发动机、磁力传动机等。
其中真空电动力学是电动力学的一个重要应用，它研究的实体介质的重要研究，是关于介质的真空电磁性能及真空电气磁学变换的研究，用于分析实体介质在真空条件下的电磁特性。
电动力学也是电工学中重要的一个分支，由电磁感应理论和电磁学变换理论组成，用于解释地球运动、地球潮汐运动等不同运动系统中发生的电磁运动。
它也为量子电动力学提供理论支持，在作用等离子体中，用电磁学变换原理，通过磁场在原子核中加速粒子，产生X 射线。
电动力学的研究和应用已逐渐发展趋向复杂，它不仅在物理和工程中具有强大的启发作用，而且在探索物质本质的深层奥秘中也发挥着重要的作用。
在未来，电动力学的研究将给人们带来更多惊喜，将为更多的实际应用服务，也将深入探索系统复杂性和非线性动力学之间的关系。
电动力学第三版pdf
电动力学第三版pdf1.引言电动力学是电磁学中最基础的分支之一，主要研究电场和磁场的产生、作用及其相互作用的规律。
电动力学在现代物理学、电子工程学以及许多其他科学领域中都有着广泛的应用。
自1820年奥斯特发现电流所产生的磁场以来，电磁理论经历了一系列重要的发展演变，最终在麦克斯韦时代得到了完美的阐述和表述。
目前，电动力学的研究已经深入到了极小的粒子水平，成为物理学、工程学以及现代信息科技的基础。
2.基本原理电动力学研究的是电荷及其运动所产生的电场、磁场和电磁力的作用规律，这里介绍一些基本原理。
2.1真空中的电场在真空中放置两个电荷，它们之间会产生电场。
电场是指电荷周围的空间中，每个位置受到的电力作用大小和方向的描述。
电场通过场强E来描述，单位是牛/库仑。
两个点电荷Q1和Q2之间电势能U可以用电势差计算:U=k*Q1*Q2/d其中k为库仑常数（8.9876×109牛·米²/库仑²），d为两个电荷之间的距离。
电荷q在电场E中所受到的电场力F可以根据库仑定律计算:F=qE2.2真空中的磁场通电导线周围的磁场也与电场一样，可以用磁场强度B表示，单位是特斯拉。
根据安培环路定理，通过一定面积的环路所包围的通电导线电流的总和等于环路上产生的磁通量，即如果有一个平面的环路，它的一周包围线导体，则磁场强度B的大小可以计算为: B=mu*I/2*pi*R其中mu为磁导率，R为环路的半径，单位均为SI单位。
根据安培定律，通过回路内的各点产生的磁场的代数和等于该回路所围面积的磁通量的变化率。
2.3电磁感应定律法拉第感应定律是关于电磁感应的基本定律之一，其主要表述是：当导线中存在变化的磁通量时，沿导线方向会产生加在其上的电动势。
即:E=-Δϕ/Δt其中E为感应电动势，ϕ为磁通量。
电磁感应定律在电动力学以及现代工程学中都有着广泛的应用，如变压器、电动机等设备均基于此原理。
3.应用电动力学是许多现代技术的基础，在电子工程、通讯、计算机、光学和生物医学等领域都有广泛应用。
电动力学
基地拓展训练子课题
分子反应动力学是在分子和原子的水平上观察和研究化学 反应的最基本过程——分子碰撞；从中揭示出化学反应的 基本规律，使人们能从微观角度直接了解并掌握化学反应 的本质。
准经典轨线法的基本思想是，将A、B、C三个原子都近似 看作是经典力学的质点，通过考察它们的坐标和动量(广义 坐标和广义动量)随时间的变化情况，就能知道原子之间是 否发生了重新组合，即是否发生了化学反应，以及碰撞前 后各原子或分子所处的能量状态。通过计算各种不同碰撞 条件下原子间的组合情况，并对所有结果作统计平均，就 可以获得能够和宏观实验数据相比较的理论动力学参数。
《电动力学》授课计划表
《电动力学》授课计划表
——2015-2016学年第1学期
本学期上课18周（包括国庆节放假1周） 实际讲课17周，共34讲
《电动力学》授课计划表
《电动力学》授课计划表
绪论
《电动力学》课程考试办法：
⑴ 闭卷笔试 ⑵ 课堂学习 ⑶ 课下作业 (4) 小论文
占 70%； 占10%； 占10%； 占 10%。
绪论
小论文要求： (1) 格式正确，具体格式要求同中文核心期刊正式论
文； (2) 内容新颖、充实，经过自己的独立思考； (3) 严禁从网络上直接下载，严禁互相抄袭； (4) 与自然科学密切相关，与物理学相关； (5) 论文书写用时应在10课时以上，字数应在5K+； (6) 若10月10日补课，安排宣讲小论文; (7) 2015年12月31日前网上提交小论文。
基地拓展训练子课题
具体训练内容和计划安排如下：
（1）阅读相关资料，理解势能面的概念；通过分析势能面的结 构形状，理解插入反应和取代反应。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
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数学
普通物理学 理论物理学 固体物理学 激光物理学 量子电动力学 量子场论
电 动 力 学
统 计 力 学
量 子 力 学
电子通信类课程 电磁相关的技术
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• 学习目的与要求
（ 1 ）通过学习电磁运动的基本规律，加深对电磁 场基本性质的理解； （ 2 ）通过学习狭义相对论理论了解相对论的时空 观及有关的基本理论； （ 3 ）获得在本门课程领域内分析和处理一些基本 问题的初步能力； （ 4 ）为学习后续课程和独力解决实际问题打下必 要的基础。
难点：公式多、需要记得多、数学推导较繁杂；解题 难度大、相对论概念不易理解。
第零章 绪论及数学准备
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二、电动力学与电磁学的联系与区别
• 范围
既讨论静场又讨论变化场，外加相对论。
• 深度 从矢量场论出发，总结电磁现象普遍规律，解题更 具一般性。 • 方法
建立模型、求解方程、注重理论。
• 数学 矢量场论、张量分析初步、线性代数、数理方程、 特殊函数 ………
地下的反战活动。
第零章 绪论及数学准备
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• 1915 年爱因斯坦发表了广义相对论。他所作 的光线经过太阳引力场要弯曲的预言于 1919 年由英国天文学家亚瑟· 斯坦利· 爱丁顿的日全 食观测结果所证实。 1916 年他预言的引力波 在 1978 年也得到了证实。爱因斯坦和相对论 在西方成了家喻户晓的名词，同时也招来了 德国和其他国家的沙文主义者、军国主义者 和排犹主义者的恶毒攻击。 • 爱因斯坦因在光电效应方面的研究，而被授 予1921年诺贝尔物理学奖。 • 1933 年1月纳粹党攫取德国政权后，爱因斯坦 是科学界首要的迫害对象，幸而当时他在美 国讲学，未遭毒手。3月他回欧洲后避居比利 时， 9 月 9 日发现有准备行刺他的盖世太保跟 踪，星夜渡海到英国， 10 月转到美国普林斯 顿大学，任新建的高级研究院教授，直至 1945年退休。1940年他取得美国国籍。
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爱因斯坦1908年兼任伯尔尼大学编外讲
师。1909年离开专利局任苏黎世大学理 论物理学副教授。1911年任布拉格德语 大学理论物理学教授，1912年任母校苏 黎世联邦工业大学教授。1914年，应马 克斯 · 普朗克和瓦尔特 · 能斯脱的邀请， 回德国任威廉皇家物理研究所所长兼柏 林大学教授，直到1933年。1920年应亨 德里克· 安东· 洛伦兹和保耳· 埃伦菲斯特 的邀请，兼任荷兰莱顿大学特邀教授。 第一次世界大战爆发后，他投入公开和
第零章 绪论及数学准备
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• 1939 年他获悉铀核裂变及其链式反应的发 现，在匈牙利物理学家利奥· 西拉德推动下， 上书罗斯福总统，建议研制原子弹，以防 德国占先。第二次世界大战结束前夕，美 国在日本广岛和长崎两个城市上空投掷原 子弹，爱因斯坦对此强烈不满。战后，为 开展反对核战争的和平运动和反对美国国 内法西斯危险，进行不懈的斗争。 • 1955 年 4 月 18 日爱因斯坦因主动脉瘤破裂 逝世于普林斯顿。遵照他的遗嘱，不举行 任何丧礼，不筑坟墓，不立纪念碑，骨灰 撒在永远对人保密的地方，为的是不使任 何地方成为圣地。 • 爱因斯坦的后半生一直从事寻找大统一理 论的工作，不过这项工作没有获得成功， 现在大统一理论是理论物理学研究的中心 问题。
法拉第专于实验探索，麦克斯韦擅长理论概括 第零章 绪论及数学准备
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实验物理学家迈克尔孙
• 迈克耳孙1873年毕业于美国海军学院，并留校教物理和化学。大约在 5年后，开始进行光速的测量工作，随后游学欧洲，在德国和法国学 习光学。回国后离开海军成为凯斯学院物理学教授。迈克耳孙因为精 密光学仪器和借助这些仪器进行的光谱学和度量学的研究工作做出的 贡献获得1907年的诺贝尔物理学奖。 • 迈克耳孙自己设计了旋转镜和干涉仪，用以测定微小的长度、折射率 和光波波长。 1879 年，他得到的光速为 299910±5 千米／秒； 1882 年，他得到的光速为 299853±6 千米／秒。这个结果被公认为国际标 准，沿用了40年。迈克耳孙最后一次测量光速是在加利福尼亚两座相 差 35千米的山上进行的，光速测量精确度最后达到了 299798±4 千米 ／秒。他就在这次测量过程中中风，于1931年去世。 • 迈克耳孙最著名的实验是被称为迈克耳孙－莫雷的测定以太是否存在 的实验（1887）。 返回
第零章 绪论及数学准备
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爱因斯坦
1879-1955 20世纪最杰 出的科学家
第零章 绪论及数学准备
爱因斯坦生于德国乌尔姆一个经营电 器作坊的小业主家庭。一年后，随全家 迁居慕尼黑。 1894 年，他的家迁到意大 利米兰。 1895 年他转学到瑞士阿劳市的 州立中学。 1896 年进苏黎世工业大学师 范系学习物理学， 1900 年毕业。 1901 Байду номын сангаас 取得瑞士国籍。 1902 年被伯尔尼瑞士专 利局录用为技术员，从事发明专利申请 的技术鉴定工作。他利用业余时间开展 科学研究，于 1905 年在物理学三个不同 领域中取得了历史性成就，特别是狭义 相对论的建立和光量子论的提出，推动 了物理学理论的革命。同年，以论文《 分子大小的新测定法》，取得苏黎世大 学的博士学位。
第零章 绪论及数学准备
注意顺序 不能颠倒
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• 并矢与张量 T AB
i , j 1
3
AB
（一般 AB BA ） 3 Ai B j ei e j Tij ei e j
i , j 1
ei e j
为单位并矢，张量的基（9个分量）
矢量与张量的矩阵表示 A1 A Ai ei , A A2 A 3
• 适用于宏观电磁现象，对于微观粒子不考虑波动性
同时也不考虑电磁场的量子性。 • 主要应用：电力工业技术、 广播、通讯、雷达、 测井技术、加速器、光电子技术、激光理论、非 线性光学、等离子体、天体物理…… 。
第零章 绪论及数学准备
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五、主要参考书
[1]《电动力学》郭硕鸿 高教出版社 第二版 1997 [2]《电动力学》蔡圣善等 高教出版社 第二版 2002 [3]《电动力学》虞福春 北京大学出版社 1992 [4]《电动力学题解》林璇英、张之翔 科学出版社 1999； [5]《电动力学解题指导》 王雪君 北京师范大学出 版社 1998 [6] 经典 电动 力 学 ( 影 印 版 )( 第 3 版 ) John David Jackson 高等教育出版社 2004 .
第零章 绪论及数学准备
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英国物理学家和化学家。 最主要贡献：1831年发现了电磁感应现象。 1834 年他研究电流通过溶液时产生的化 学变化，提出了法拉第电解定律。这一定 律为发展电结构理论开辟了道路。 1845年9月13日法拉第发现，一束平面偏 振光通过磁场时发生旋转，这种现象被称 为“法拉第效应”。法拉第认为光具有电 磁性质，是光的电磁波理论的先驱 1852年他引进磁力线概念。 他的很多成就不仅非常重要、且是带根 本性的理论。
第零章 绪论及数学准备
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• 主要考核目标（包括重点及难点） （1）掌握矢量场论的简单运算； （2）掌握电磁场基本理论、重要实验定律； （3）掌握静电场和静磁场的基本理论和解题方法； （4）掌握电磁波传播和辐射的基本概念和简单应用； （5）掌握狭义相对论的基本理论和简单应用。
重点：第一、二、四、六章
第零章 绪论及数学准备
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六、发展简史
⑴ ⑵ ⑶ ⑷ ⑸ ⑹ 1675 库仑定律 1820 电流磁效应（毕－萨定律） 1822 安培作用力定律（电动力学一词开始使用） 1831 电磁感应（法拉第），场的思想 1 1856-1873 麦克斯韦方程，预言了电磁波的存在 2 1881-1887 迈克尔逊实验（1881）,迈－莫雷实验 （1887） 3 ⑺ 1888 赫兹证实电磁波存在 ⑻ 1905 狭义相对论（爱因斯坦“论运动物体的电动 4 力学”）。
爱因斯坦是耶路撒冷希伯来大学的注册商标
第零章 绪论及数学准备
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§1
矢量定义
矢量代数与张量初步
A ˆ ˆ A AA, A A , A A
直角坐标系中
A Az i Ay j Az k
A A (A A A )
2 1 2 2 2 3 2 1
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三、理论物理的特点
• 模型建立在一些实验与一系列假设基础之上
• 模型一般为偏微分方程 • 求解方程需要特殊的数学方法 • 理论的正确由求解结果与实验是否相符合来验证 • 一些基本思想在争论中不断发展
第零章 绪论及数学准备
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四、适用范围及主要应用
成绩评定： 考试（70%），课堂提问和作业（30%）。
第零章
绪论及数学准备
第零章 绪论及数学准备
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§1 绪 论
一、基本情况及要求
• 课程性质 电动力学是物理学科的一 门重要基础理论课，是物 理学的“四大力学”之一。 • 研究对象 电动力学主要研究电磁场 的基本性质，运动规律以 及与带电物质之间的相互 作用。
A Ai ei
i 1
3
A
i 1
3
2 i
矢量的基本运算
A B Ai Bi AB cos
i 1
3
e1
e2
e3 A3
A B AB sin en A1 A2
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B1 B2 B3
第零章 绪论及数学准备
• 矢量代数中的两个重要公式
混合积
双重矢量积 矢量微分