大学物理电磁学
大学物理电磁学
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
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。
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欧姆定律
描述导体中电流、电压和电阻之间关系的 定律。
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。
恒定电流
电流大小和方向均不随时间变化的电流。
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。
电介质的极化现象
1 2
电介质的定义 电介质是指在外电场作用下能发生极化的物质。 极化是指电介质内部正负电荷中心发生相对位移， 形成电偶极子的现象。
极化类型 电介质的极化类型包括电子极化、原子极化和取 向极化等。
3
极化强度
极化强度是描述电介质极化程度的物理量，用矢 量P表示。极化强度与电场强度成正比，比例系 数称为电介质的电极化率。
磁场对载流线圈的作用
对于载流线圈，其受力可分解为沿线圈平面的法向力和切线方 向的力，分别用公式Fn=μ0I²S/2πa和Ft=μ0I²a/2π计算。
05
电磁感应原理及技 术应用
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律的内容
01
变化的磁场会产生感应电动势，感应电动势的大小与磁通量的
变化率成正比。
法拉第电磁感应定律的数学表达式
安培环路定理及其推广形式
安培环路定理
磁场中B沿任何闭合路径L的线积分， 等于穿过这路径所围面积的电流代数 和的μ0倍，即∮B·dl=μ0∑I。
推广形式
对于非稳恒电流产生的磁场，安培环路 定理可推广为 ∮B·dl=μ0∑I+ε0μ0∂/∂t∮E·dl。
磁场对载流导线作用力计算
载流导线在磁场中受力
当载流导线与磁场方向不平行时，会受到安培力的作用，其大 小F=BILsinθ，方向用左手定则判断。
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电场性质
对放入其中的电荷有力的作用 ，且力的方向与电荷的正负有 关。
磁场性质
对放入其中的磁体或电流有力 的作用，且力的方向与磁极或
电流的方向有关。
库仑定律与高斯定理
库仑定律
描述真空中两个静止点电荷之间的相互作用 力，与电荷量的乘积成正比，与距离的平方 成反比。
高斯定理
通过任意闭合曲面的电通量等于该曲面内所包围的 所有电荷的代数和除以真空中的介电常数。
当导体回路在变化的磁场中或导体回路在恒定的磁场中运动时
，导体回路中就会产生感应电动势。
法拉第电磁感应定律公式
02
E = -n(dΦ)/(dt)。
法拉第电磁感应定律的应用
03
用于解释电磁感应现象，计算感应电动势的大小，判断感应电
动势的方向。
自感和互感现象分析
自感现象
当一个线圈中的电流发生变化时 ，它所产生的磁通量也会随之变 化，从而在线圈自身中产生感应 电动势的现象。
程称为磁化。随着外磁场强度的增大，铁磁物质的磁感应强度也增大。
03
铁磁物质的饱和现象
当铁磁物质被磁化到一定程度后，其内部磁畴的排列达到极限状态，此
时即使再增加外磁场强度，铁磁物质的磁感应强度也不会再增加，这种
现象称为饱和现象。
04
电磁感应与暂态过程
法拉第电磁感应定律及应用
法拉第电磁感应定律内容
01
06
现代电磁技术应用与发展趋势
超导材料在电磁领域应用前景
超导材料的基本特性：零电阻、完全抗磁性
超导磁体在MRI、NMR等医疗设备中的应用
超导电缆在电力传输中的优势及挑战
高温超导材料的研究进展及潜在应用
光纤通信技术发展现状及趋势
大学物理电磁学公式
大学物理电磁学公式大学物理电磁学是物理学中的一个重要分支，研究电场和磁场以及它们之间的相互作用。
在学习和研究电磁学的过程中，我们经常会接触到一系列重要的公式。
以下是一些常见的大学物理电磁学公式的详细介绍。
1. 库仑定律（Coulomb's Law）：库仑定律描述了两个点电荷之间相互作用力的大小和方向。
它的数学表达式为：F = k * |q1 * q2| / r²其中，F为两个电荷所受的力，k为库仑常数，q1和q2分别为两个电荷的大小，r为两个电荷之间的距离。
2. 电场强度（Electric Field Intensity）：电场强度描述了电荷在某一点周围的电场的强弱。
对于一个点电荷，其电场强度的数学表达式为：E = k * |q| / r²其中，E为电场强度，k为库仑常数，q为电荷的大小，r为点电荷到被测点之间的距离。
3. 电势能（Electric Potential Energy）：电势能描述了电荷由于存在于电场中而具有的能量。
对于一个点电荷，其电势能的数学表达式为：U = k * |q1 * q2| / r其中，U为电势能，k为库仑常数，q1和q2分别为两个电荷的大小，r为两个电荷之间的距离。
4. 电势差（Electric Potential Difference）：电势差描述了电场中两个点之间的电势能的差异。
对于两个点电荷之间的电势差，其数学表达式为：ΔV = V2 - V1 = -∫(E · dl)其中，ΔV为电势差，V1和V2分别为两个点的电势，E为电场强度，dl为路径元素。
5. 电场线（Electric Field Lines）：电场线用于可视化电场的分布情况。
电场线从正电荷流向负电荷，并且密集的电场线表示电场强度较大，稀疏的电场线表示电场强度较小。
6. 电场的高斯定律（Gauss's Law for Electric Fields）：电场的高斯定律描述了电场通过一个闭合曲面的总通量与该闭合曲面内的电荷量之间的关系。
大学物理电磁学知识点
大学物理电磁学知识点电磁学是物理学的一个基础分支，主要研究电荷在电磁场中的运动规律以及电磁场的生成和作用。
本文将介绍大学物理电磁学学科的主要知识点。
电场和电荷电荷是物质的一种基本属性，可以通过静电作用相互作用，分为正电荷和负电荷。
每个电荷都会产生一个电场，电场是描述电荷之间相互作用的物理场。
电场的强度取决于电荷的数量和位置。
电荷分布的不均匀会导致电场不均匀，从而产生电场线和等势面。
静电场和电势当电荷和电场都不随时间变化时，这种电场称为静电场。
静电场中，电荷间的相互作用力可以通过库仑定律来描述。
库仑定律表明，两个电荷之间的相互作用力正比于它们之间的距离平方，反比于它们的电荷量。
电场的电势能是一种能量形式，表示在电场中放置一个电荷时，电场由于空间位置的变化而发生的能量变化。
电场的电势可以通过积分来计算，计算公式如下：$$V=\\int_{P}^{A}-E\\cdot d \\vec{l}$$其中，V为电势，E为电场强度，$\\vec{l}$为路径微元，P为参考点，A为目标点。
感应电场和法拉第电磁感应定律感应电场是由于磁场变化而产生的电场。
当磁场的磁通量发生变化时，周围会产生感应电场，它的大小和方向与磁通量变化率成正比。
法拉第电磁感应定律描述了磁通量变化率和感应电动势之间的关系。
它表明，一个导体中的感应电动势正比于它的磁通量的变化率，即：$$\\varepsilon=-\\frac{d\\Phi}{dt}$$其中，$\\varepsilon$为感应电动势，$\\Phi$为磁通量。
磁场和洛伦兹力磁场也是一种物理场，它可以使运动中的电荷偏离原来的路径，产生磁力线。
磁场的大小和方向与电荷的运动状态有关。
洛伦兹力是运动电荷受到的磁场力。
洛伦兹力的大小可以通过以下公式计算：$$\\vec{F}=q(\\vec{E}+\\vec{v}\\times\\vec{B})$$其中，$\\vec{F}$为洛伦兹力，q为电荷量，$\\vec{E}$为电场强度，$\\vec{v}$为电荷的速度，$\\vec{B}$为磁场的磁感应强度。
大学物理电磁学公式总结(精选2024)
05
交流电路中的电磁学公式应用
正弦交流电三要素及有效值概念
要点一
正弦交流电的三要素
要点二
有效值概念
最大值（峰值）、角频率（或频率、周期）和初相位。
正弦交流电的有效值等于其最大值的√2/2倍，用于描述交 流电做功能力的大小。
复数表示法及相量图解法在交流电路中应用
复数表示法
用复数表示正弦交流电，实部表示有效值，虚部表示 电导线在磁场中所受的力，公式为F = BIL，其中B为磁感应强度，I为电 流，L为导线长度。
麦克斯韦方程组
高斯定理
表示电场中电通量与电荷量的关系，公式 为∮E·dS = Q/ε0，其中E为电场强度，dS 为面积元，Q为电荷量，ε0为真空介电常
数。
法拉第电磁感应定律
表示磁场变化时产生的感应电动势，公式 为ε = -dΦ/dt，其中ε为感应电动势，Φ为
电磁辐射的相对论效应
高速运动电荷产生的电磁辐射在频率、方向等方面会发生变化。
统一场论思想及其发展
01
爱因斯坦的统一场论思想
试图将引力场和电磁场统一在一个理论框架内，尽管未能实现，但为后
世研究提供了重要启示。
02
弦理论与M理论
现代物理理论试图通过更高维度的空间和时间来实现场论的统一，弦理
论和M理论是其中的代表。
库仑定律
描述两个点电荷之间的相互作用力，公式为$F = kfrac{q_1q_2}{r^2}$，其中$k$为库仑常数，$q_1$和 $q_2$为两个点电荷的电荷量，$r$为它们之间的距离。
电场强度
描述电场中某点的电场力作用效果，公式为$E = frac{F}{q}$，其中$F$为试探电荷所受的电场力，$q$为试 探电荷的电荷量。
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大学物理电磁学
电磁学是物理学的一个重要分支，它研究的对象是电磁运动及其所引起的各种现象最基本的规律。
电磁学的发展不仅与人们的日常生活和生产技术有着十分密切的关系，而且也是电工学、无线电电子学、电子计算机技术以及其他新科学、新技术发展的基础。
这里我们着重从场的观点阐述静电场和稳恒磁场的基本概念、基本规律和基本定理，揭示电磁感应现象的物理本质，最后介绍电磁场理论的初步知识。
通过课程学习，学生掌握电场、磁场、电磁感应的基本规律和基本现象，特别是电磁场的基本定律定理，包括库仑定律、静电场的高斯定理、静电场的环路定理、安培定律、磁场的高斯定理及安培环路定理、电磁感应定律等，并利用这些定理定律分析和解决电磁学中的一些问题。
讲师介绍
胡海云
北京理工大学物理学院教授
英国谢菲尔德大学博士，现为物理学院教授，大学物理教学与实验中心主任，物理学院副院长，全国物理力学专业委员会委员。
在《中国大学教学》、《大学物理》等刊物及国内外教学会议上已发表教研论文20余篇；在Physics Letters A、Materials Science、Applied Surface Sciene等刊物和国际学术会议上已发表学术论文30余篇。
曾被评为北京教育先锋管理育人先进个人（2011年），荣获北京市高等学校教学名师奖（2012年），北京高校青年教师教学基本功比赛优秀指导教
师奖（2013年），北京市教育教学成果二等奖（2009年），主讲的《大学物理》课被评为北京市精品课（2008年），主编教材《大学物理》被评为北京高等教育精品教材（2011年）。
吴晓莉
北京理工大学物理学院副教授
北京理工大学博士，现为物理学院副教授。
曾获北京理工大学第六届青年教师教学基本功比赛一等奖（2008年），北京市教育教学成果二等奖（2009年），北京理工大学第五届T－more优秀教师奖（2010年）；主讲的《大学物理》课程被评为北京市精品课（2008年），参编专著《原子结构与光谱》获国防工业出版社优秀图书（2008年），参编教材《大学物理》被评为北京高等教育精品教材（2011年）。
繆劲松
北京理工大学物理学院副教授
1991年硕士研究生毕业后来到北京理工大学物理系任教，并于2003年在德国Essen大学获得博士学位，自2003年起开始承担工科《大学物理》的教学工作，已有十年以上大学物理的教学经验，期间参加编写了《大学物理》教材（国防工业出版社2011年第二版），并于2011年获得北京理工大学T-more优秀奖。
常见问题
教学参考书：
[1] 苟秉聪，胡海云主编.《大学物理学》(下册) (第2版) [M]. 北京：国防工业出版社，2011.
[2] 张三慧主编.大学物理学(第三册) (第2版) [M]. 北京：清华大学出版社，1999.
[3] 程守诛，江之永编.普通物理学(上册)[M]. 北京：高等教育出版社，2006.
[4] 赵凯华，陈熙谋.电磁学(第三版)[M].北京：高等教育出版社，2011.
[5] 张三慧、李椿等译；D.Halliday，R.Resnick，J.Walker著.《物理学基础(Fudamentalsof Physics)》(第6版)[M]. 北京：机械工业出版社，2005.
课程考核方式：
本课总成绩满分为100分，由随堂测试与每周作业成绩、参与课程讨论、期末考试成绩组成。
其中随堂测试与作业成绩占总成绩的40%，参与课程讨论情况得分占总成绩的10%，期末考试成绩占总成绩的50%。
总成绩达到60分及格。