电磁场理论PPT课件
麦克斯韦电磁场理论
麦克斯韦电磁场理论
①几分立的带电体或电流，它们之间的一切电的及磁的作用都是通过它们之间的中间区域传递的，不论中间区域是真空还是实体物质。
②电能或磁能不仅存在于带电体、磁化体或带电流物体中，其大部分分布在周围的电磁场中。 ③导体构成的电路若有中断处，电路中的传导电流将由电介质中的位移电流补偿贯通，即全电流连续。且位移电流与其所产生的磁场的关系与传导电流的相同。
④磁通量既无始点又无终点，即不存在磁荷。
⑤光波也是电磁波。
麦克斯韦方程组有两种表达方式。
1. 积分形式的麦克斯韦方程组是描述电磁场在某一体积或某一面积内的数学模型。表达式为：
式①是由安培环路定律推广而得的全电流定律，其含义是：磁场强度H沿任意闭合曲线的线积分，等于穿过此曲线限定面积的全电流。等号右边第一项是传导电流．第二项是位移电流。式②是法拉第电磁感应定律的表达式，它说明电场强度E沿任意闭合曲线的线积分等于穿过由该曲线所限定面积的磁通对时间的变化率的负值。这里提到的闭合曲线，并不一定要由导体构成，它可以是介质回路，甚至只是任意一个闭合轮廓。式③表示磁通连续性原理，说明对于任意一个闭合曲面，有多少磁通进入盛然就有同样数量的磁通离开。即B线是既无始端又无终端的；同时也说明并不存在与电荷相对应的磷荷。式④是高斯定律的表达式，说明在时变的条件下，从任意一个闭合曲面出来的D的净通量，应等于该闭曲面所包围的体积内全部自由电荷之总和。 2. 微分形式的麦克斯韦方程组。微分形式的麦克斯韦方程是对场中每一点而言的。应用del算子，可以把它们写成
式⑤是全电流定律的微分形式，它说明磁场强度H的旋度等于该点的全电流密度（传导电流密度J与位移电流密度
之和），即磁场的涡旋源是全电流密度，位移电流与传导电流一样都能产生磁场。式⑥是法拉第电磁感应定律的微分形式，说明电场强度E的旋度等于该点磁通密度B的时间变化率的负值，即电场的涡旋源是磁通密度的时间变化率。式⑦是磁通连续性原理的微分形式，说明磁通密度B的散度恒等于零，即B线是无始无终的。也就是说不存在与电荷对应的磁荷。式⑧是静电场高斯定律的推广，即在时变条件下，电位移D的散度仍等于该点的自由电荷体密度。
22人教版高中物理新教材选择性必修第2册--第2节 电磁场与电磁波
第2节 电磁场与电磁波
课标解读 课标要求 素养要求
1.理解麦克斯韦电磁场理论的两个支柱:变
化的磁场产生电场、变化的电场产生磁场，
变化的电场和磁场相互联系形成统一的电
磁场。
2.了解电磁场在空间传播形成电磁波。
3.了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验在 物理学发展中的贡献。 1.物理观念:理解电磁场、电磁波及麦克斯韦电磁场理论，了解变化的电场和变化的磁场交替产生，由近及远向周围传播的“能量观”及电磁场客观存在的“物质观”。
2.科学探究:探究电磁场与电磁波的存在。
3.科学思维:通过了解麦克斯韦电磁场理论以及赫兹实验，体会两位科学家研究物理问题的思想方法。
4.科学态度与责任:通过电磁波发现的过程，领会人类认识世界的认知规律，培养实事求是的科学态度。
自主学习·必备知识
教材研习
教材原句
要点一 麦克斯韦电磁场理论
变化 ①的磁场产生电场，是一个普遍规律，跟 闭合电路 ②是否存在无关。
运动 ③的电荷在空间要产生磁场，从场的观点出发，麦克斯韦假设:变化的电场就 像 ④运动的电荷，也会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。
要点二 电磁波的产生
变化的电场和磁场总是 相互联系 ⑤的，形成一个不可分割的统一的电磁场。如果在空间某区域有 周期性变化 ⑥的电场，就会在周围引起变化的磁场，变化的电场和磁场又会在较远的空间引起新的变化的电场和磁场。这样变化的电场和磁场由近及远地向周围 传播 ⑦，形成了电磁波。
自主思考
①磁场存在但不变化可以产生电场吗?产生电场的根源是什么？
答案：提示 不可以。 产生电场的根源不是只要有磁场就行，而是磁场“有”还必须“变”才可以产生电场。
②如果在变化的磁场周国不存在闭合电路，是否也产生电场?闭合电路的作用是什么?
答案：提示 只要磁场变化， 即使不存在闭合电路，电场仍然产生，闭合电路只是起了一个检测这个电场存在的作用。若放人的不是闭合电路而是可以自由移动的带电粒子或小球，它们也会在感应电场的作用下运动起来，说明变化的磁场确实产生了电场。
第3章 3.1 麦克斯韦的电磁场理论+3.2 电磁波的发现
第3章 3.1 麦克斯韦的电磁场理论+3.2 电磁波的发现
第 2 页 3.1 麦克斯韦的电磁场理论
3.2 电磁波的发现
学 习 目 标
知 识 脉
络
1.理解麦克斯韦电磁理论的两个要点，了解电磁场与电磁波的联系与区别，以及电磁波的特点.(重点)
2.了解麦克斯韦理论在物理发展史上的意义.
3.了解LC振荡电路中电磁振荡的产生过程.(难点)
4.了解电磁振荡的周期和频率，会求LC电路的周期和频率.(重点)
麦 克 斯 韦 电 磁
场 理 论
[先填空]
1.英国物理学家麦克斯韦创立了电磁场理论，并预言了电磁波的存在.
2.变化的磁场产生电场
不均匀变化的磁场产生变化的电场；均匀变化的磁场产生稳定的电场.
3.变化的电场产生磁场
不均匀变化的电场产生变化的磁场；均匀变化的电场产生稳定的磁场.
4.电磁场理论——伟大的丰碑
(1)不均匀变化的磁场和电场相互耦连，形成不可分离的统一的电磁场.
(2)变化的电场与变化的磁场相互激发，由近及远地向周围空间传播，就形成了电磁波.麦克斯韦在理论上预言了电磁波的存在.
(3)在电磁波的传播过程中，电场和磁场方向相互垂直并都垂直于传播的方向，即电磁波是横波.
(4)电磁波在真空中的传播速度等于光速.
[再判断]
1.变化的电场一定产生变化的磁场.(×)
2.恒定电流周围产生磁场，磁场又产生电场.(×)
第 3 页
第 4 页 1.关于电磁场理论的叙述，正确的是( )
A.变化的磁场周围一定存在着电场，与是否有闭合电路无关
B.周期性变化的磁场产生同频率变化的电场
C.变化的电场和变化的磁场相互关联，形成一个统一的场，即电磁场
D.电场周围一定存在磁场
E.磁场周围一定存在电场
【解析】
【答案】 ABC
2.根据麦克斯韦的电磁场理论，以下叙述中正确的是( )
A.教室中亮着的日光灯周围空间必有磁场和电场
B.工作时的电磁打点计时器周围必有磁场和电场
电磁场与电磁波教材
电磁场与电磁波
摘要:电磁场与电磁波课程与电气专业息息相关，是我们电气专业学生必须学习的，这学期我们进行了电磁场与电磁波的学习。主要讲解了矢量分析，电磁场的基本定律，时变电磁场，简述了静态电磁场极其边值问题的解。第一章:矢量分析是研究电磁场在空间分布和变化规律的基本数学工具之一。第二章以大学物理（电磁学）为基础，介绍电磁场的基本物理量和基本规律，第三章分别介绍了静电场、恒定电场和恒定磁场的分析方法。第四章主要讨论时变电磁场的普遍规律。
一、矢量分析
电磁场是是分布在三维空间的矢量场，矢量分析是研究电磁场在空间的分布和变化规律的基本教学工具之一。
1：标量和矢量
(1) 标量：一个只用大小描述的物理量。矢量：一个既有大小又有方向特性的物理量，常用黑体字母或带箭头的字母表示。矢量一旦被赋予“物理单位”，则成为一个具有物理意义的矢量，如：电场强度矢量E、磁场强度矢量H、作用力矢量F、速度矢量v等。
(2) 两个矢量A与B相加，其和是另一个矢量D。矢量D=A+B可按平行四边形法则得到：从同一点画出矢量A与B，构成一个平行四边形，其对角线矢量即为矢量D。两个矢量A与B的点积是一个标量，定义为矢量A与B的与它们之间较小的夹角的余弦之积。
(3) 两个矢量A与B的叉积是一个矢量，它垂直于包含矢量A和B的平面，大小定义为矢量A与B的与它们之间较小的夹角的正弦之积，方向为当右手四个手指从矢量A到B旋转时大拇指的方向。
2：标量场的梯度
（1）等值面: 标量场取得同一数值的点在空间形成的曲面，形象直观地描述了物理量在空间的分布状态。对任意给定的常数C，方程Czyxu),,(就是等值方程。
（2）梯度的概念：标量场u在点M 处的梯度是一个矢量，它的方向沿场量u变化率最大的方向，大小等于其最大变化率，并记作grad u,即 grad u= el|max直角坐标系中梯度的表达式为grad u=,标量场u的梯度可用哈密顿算符表示为grad u=()．u =
第十一章 经典电磁场理论
48 第十一章 经典电磁场理论
对电和磁的兴趣由来已久。正式发表的关于电的第一条定量定律是库仑定律（ Coulomb，1785）。1820 年奥斯特（Oersted，丹麦）发现通电的导线对磁针有作用力。毕奥-萨伐尔确定了这个力正比于电流强度，反比于导线与磁极的距离。与此同时安培（Amperè）把磁性归结为电流和电流的相互作用，提出安培定律。但安培被自己提出的超距作用的分子电流假说所迷惑，没能够发现电磁感应现象。这个对形成电磁场的概念致关重要的现象在1831年被法拉第（ Friday）发现。法拉第创建的力线和场的概念意味深长。麦克斯威（Maxwell，1865）在此基础上建立了电磁场的完整理论——麦克斯威方程。我们将以静电磁场的知识为基础，在洛伦兹对称性和规范对称性的指引下虚拟一个麦克斯威方程的发现过程。把四维矢势作为基本自由度，构造电磁场的拉格朗日量并给出有普遍意义的联系连续对称性与守恒量的奈特(Noether)定理。
11.1 场方程
让我们把上一章静电磁场的公式归纳一下：
)(1)(02xxcc （11.1）
aaajAA02)( （11.2）
下标c和a强调该量与静止电荷和稳恒电流相联系。上述公式仅当电磁场不随时间变化时成立，
0tc ， 0tAa （11.3）
随时间变化的电磁场满足什么样的方程呢？相对论的协变性可以引导我们猜出正确的结果。回忆第八章由电荷守恒得到的连续性方程（8.36）式
041j （11.4）
《电磁场与电磁波》教学设计
1 / 5 电磁场与电磁波
教学目标
(1)了解麦克斯韦提出电磁场理论的依据及大体过程，理解麦克斯韦电磁场理论的两个基本假设。
(2)体会麦克斯韦提出电磁场理论的意义。
(3)了解赫兹实验的原理及意义。
(4)在了解麦克斯韦提出电磁场理念的过程、及赫兹的实验的过程中，体会必然推理与或然推理在新理论的发展所起到的作用。
教学重难点
教学重点
麦克斯韦电磁场的两个基本假设、赫兹的实验
教学难点
麦克斯韦电磁场的两个基本假设、赫兹的实验
教学准备
多媒体课件
教学过程
新课引入
教师设问：请大家回顾一下电流的磁效应。
学生活动：思考老师所提问题，然后集体回答所提问题。
教师设问：请大家回顾一下电磁感应定律。
学生活动：思考老师所提问题，然后集体回答老师所提问题。
教师口述：1820年，丹麦物理学家奥斯特发现了通电导线会使磁针偏转，揭示了电流的磁效应。1831年，英国物理学家
2 / 5 法拉第发现了电磁感应现象，表明磁也会生电。好像电与磁有一定的联系。
教师口述：法拉第对自己所做的电磁实验进行了深入的思考，提出了一种全新的观点，磁体和电荷周围并不是空无一物，而是存在着一种由电荷和磁体本身产生的连续的介质，这种介质传递着电磁相互作用。法拉第把这种看不见，摸不着的介质称作场。
教师口述：电与磁到底有怎样的联系？19世纪60年代，英国物理学家麦克斯韦在总结了前人研究成果的基础上，建立了具有划时代意义的电磁场理论，精辟地揭示了电场与磁场之间的联系。下面我们就来学习麦克斯韦所提出的电磁场理论。
讲授新课
一、电磁场
为了将电场与磁场统一起来，麦克斯韦预言电场和磁场可以在空间中传播。麦克斯韦提出电磁场理论基于如下信息：
电场线起源于正电荷，终止于负电荷。
磁感线是闭合的曲线，没有起点和终点。
变化的磁场可以产生电动势，因而有电场的产生。
运动的电荷可以产生磁场。
变化的磁场可以产生电场，麦克斯韦认为自然界是对称的，因此，他认为变化的电场可以产生磁场。
大学物理电磁学
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。
电磁场与电磁波(第5版)第2章
电磁场与电磁波(第5版)第2章
本节介绍了电磁学的基本概念和原理，包括电荷、电场、电势、电场强度和电势差等。
本节讨论了静电场和静磁场的性质和特点，包括库伦定律、电场强度的计算、电场线和磁感线的性质等。
本节介绍了电场和磁场的性质，包括电场的叠加原理、高斯定律、环路定理和安培定律等。
本节讨论了电场和磁场相互作用的现象和规律，包括洛伦兹力、洛伦兹力的计算和洛伦兹力的方向等。
本节介绍了电磁波的基本概念和特征，包括电磁波的产生、传播和检测等。
本节讨论了电磁波的性质，包括电磁波的速度、频率、波长和能量等。
本节介绍了电磁波谱的分类和特点，包括射线、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和γ射线等。
本节讨论了电磁波在生活和科学研究中的广泛应用，包括通信、雷达、医学诊断和天文观测等。
本章节将介绍电荷的性质以及电场的基本概念。首先，我们将讨论电荷的性质，包括电荷的类型和带电体的基本特征。之后，我们将深入研究电场，包括电场的定义、电场的强度和方向，以及电场的计算公式。
电荷是物质的一种基本特性，它可以分为正电荷和负电荷两种类型。正电荷表示物体缺少电子，而负电荷表示物体具有多余的电子。电荷是一种离散的量子化现象，它以元电荷为单位进行计量。带电体是指带有正电荷或负电荷的物体，而不带电的物体则是不具有净电荷的。
电场是指电荷周围所具有的一种物理现象，它可以影响周围空间中其他电荷的运动和状态。电场的强度和方向决定了电场对其他电荷的力的大小和方向。电场的强度用符号E表示，单位是牛顿/库仑。电场的方向由正电荷朝向负电荷的方向确定。
库仑定律是描述电荷间作用力的基本定律。根据库仑定律，两个电荷之间的作用力正比于它们的电荷量的乘积，反比于它们之间距离的平方。电场强度是描述某处电场强度大小和方向的物理量。电场强度的计算公式正是库仑定律的一种推导结果，它可以通过已知电荷量和距离来计算。
以上是《电磁场与电磁波(第5版)第2章》中2.1节的内容概述。通过研究这一章节，我们可以深入了解电荷的性质和电场的基本概念，以及计算电场强度的方法。
电磁波的发现及应用+示范教案
1 / 8 4 电磁波的发现及应用
教学目标
1.知道麦克斯韦的电磁场理论。
2.了解电磁波的产生过程，知道赫兹通过实验捕捉到了电磁波。
3.知道电磁波谱，了解不同频率电磁波的应用。
4.知道电磁波的物质性，知道电磁波具有能量，了解电磁波通信对人们生活的影响。
教学重难点
教学重点
1.麦克斯韦电磁场理论。
2.电磁波谱的认识。
教学难点
电磁波产生过程的认识。
教学准备
多媒体课件
教学过程
新课引入
电磁波为信息的传递插上了翅膀，广播、电视、移动通信等方式，使古代人“顺风耳、千里眼”的梦想变成了现实。
问题
那么，电磁波是怎样发现的呢？ 2 / 8
讲授新课
一、电磁场
教师活动：介绍英国物理学家麦克斯韦。
1856年，发表了第一篇电磁学论文《论法拉第的力线》。这篇论文仅限于把法拉第的思想翻译成数学语言，还没有引导到新的结果。
1862年，发表了第二篇论文《论物理力线》。发展了法拉第的思想，扩充到变化的磁场产生电场，而且大胆假设：变化的电场产生磁场，并预言了电磁波的存在。
1873年，出版了科学名著《电磁理论》，系统、全面、完美地阐述了电磁场理论。
教师活动：下面我们定性的介绍麦克斯韦关于电磁场的一些观点。
1.变化的磁场产生电场 在变化的磁场中放一个闭合电路，电路里会产生感应电流。
这是法拉第的电磁感应现象。
麦克斯韦：变化的磁场在空间产生了电场，电路中的自由电荷在电场的作用下定向移动，形成了感应电流，即使在变化的磁场中没有闭合电路，同样要产生电场。
变化的磁场产生电场，这是一个普遍规律。
恒定的磁场不产生电场
均匀变化的磁场产生恒定的电场
周期性变化的磁场产生同频率的振荡电场
非均匀变化的磁场产生变化的电场
麦克斯韦确信自然规律的统一性与和谐性，相信电场与磁场的对称之美。他大胆的假设：变化的电场就像导线中的电流一样，会在空间产生磁场。
2.变化的电场产生磁场 3 / 8 恒定的电场不产生磁场
专题34 电磁场与电磁波(解析版)
专题三十四 电磁场与电磁波
基本知识点
1．麦克斯韦电磁理论的两个基本假设
(1)变化的磁场能够在周围空间产生电场 (如图所示)．
(2)变化的电场能够在周围空间产生磁场 (如图所示)．
变化的磁场在其周围空间产生电场 变化的电场在其周围空间产生磁场
2．电磁场：变化的电场和变化的磁场交替产生，形成不可分割的统一体，称为电磁场．
3．电磁波
(1)电磁波的产生：变化的电场和磁场交替产生而形成的电磁场是由近及远地传播的，这种变化的电磁场在空间的传播称为电磁波．
(2)电磁波的特点：
①电磁波是横波，电磁波在空间传播不需要介质；
②电磁波的波长、频率、波速的关系：v＝λf，在真空中，电磁波的速度c＝3.0×108m/s.
(3)电磁波能产生反射、折射、干涉和衍射等现象．
例题分析
一、麦克斯韦电磁场理论
例1 根据麦克斯韦电磁场理论，下列说法正确的是
A．有电场的空间一定存在磁场，有磁场的空间也一定能产生电场
B．在变化的电场周围一定产生变化的磁场，在变化的磁场周围一定产生变化的电场
C．均匀变化的电场周围一定产生均匀变化的磁场
D．周期性变化的磁场周围空间一定产生周期性变化的电场
(对应训练一)麦克斯韦建立了完整的电磁场理论，______用实验证明了麦克斯韦预言的正确性，第一次发现了________，测定了电磁波的________和________，得到了电磁波的 ________，证实在真空中它等于________．
(对应训练二)下列关于电场与磁场的产生的理解正确的是( )
二、电磁波和机械波
例2 关于电磁波与声波，下列说法正确的是
A．电磁波是由电磁场发生的区域向远处传播，声波是声源的振动向远处传播
B．电磁波的传播不需要介质，声波的传播有时也不需要介质
C．由空气进入水中传播时，电磁波的传播速度变小，声波的传播速度变大
D．由空气进入水中传播时，电磁波的波长不变，声波的波长变小