1、變化中的磁場和電場麥克斯韋提出又一重要假設(shè)：位移電流隨時(shí)間變化的磁場 感生電場(渦旋電場)隨時(shí)間變化的電場 磁場對稱性一、問題的提出穩(wěn)恒磁場的安培環(huán)路定理：穿過以 為邊界的任意曲面的傳導(dǎo)電流非穩(wěn)恒情況如何？第五節(jié) 位移電流2非穩(wěn)恒情況舉例：電容器充放電矛盾！ 說明將安培環(huán)路定理推廣到一般情況時(shí)需要進(jìn)展補(bǔ)充和修正。對S1 :對S2 :出現(xiàn)矛盾的原因：非穩(wěn)恒情況下傳導(dǎo)電流不連續(xù)( I 流入S1，不流出S2 )導(dǎo)線穿過S1 導(dǎo)線不穿過S2 取回路L，作以L為邊界的曲面+3傳導(dǎo)電流不連續(xù)的后果：電荷在極板上堆積。 電荷密度隨時(shí)間變化 (充電 ，放電 ) 極板間出現(xiàn)變化電場。大小：傳導(dǎo)電流板間電場結(jié)論尋

2、找傳導(dǎo)電流與極板間變化電場之間的關(guān)系解決問題思路：4與 同向與 同向充電與 反向與 同向放電5 板間電場的電位移矢量 對時(shí)間的變化率 等于極板上的傳導(dǎo)電流密度 。 穿過極板的電位移通量 D 對時(shí)間變化率 等于極板上的傳導(dǎo)電流 I 。解決了非穩(wěn)恒情況電流的連續(xù)性問題傳導(dǎo)電流 I 在極板上中斷，可由 接替。可由 接替。傳導(dǎo)電流密度 在極板上中斷，問題的解決辦法： 將 視為一種電流， 為其電流密度。充電放電6二、位移電流1. 就電流的磁效應(yīng)而言，變化的電場與電流等效。稱為位移電流2. 物理意義真空中：揭示變化電場與電流的等效關(guān)系空間電場變化電介質(zhì)分子中電荷微觀運(yùn)動73. 傳導(dǎo)電流與位移電流的比較自由

3、電荷宏觀定向運(yùn)動變化電場和極化電荷的微觀運(yùn)動產(chǎn)生焦耳熱只在導(dǎo)體中存在 無焦耳熱 在導(dǎo)體、電介質(zhì)、真空中均存在都能激發(fā)磁場起源特點(diǎn)共同點(diǎn)傳導(dǎo)電流I0位移電流ID82. 推廣的安培環(huán)路定理對對不矛盾！三、安培環(huán)路定理的推廣1. 全電流對任何電路，全電流總是連續(xù)的9解： (1) (2) 練習(xí)：給電容為C的平板電容器充電，電流為 , 且有 求極板間電壓隨時(shí)間變化的關(guān)系 ，和t 時(shí)刻極板間的位移電流 (忽略邊緣效應(yīng))。10解：(1)1) 電容器內(nèi)位移電流密度的大小；2) 電容器內(nèi)到兩板中心連線間隔 處磁場強(qiáng)度的峰值 (不計(jì)傳導(dǎo)電流的磁場)。 練習(xí)： P. 139 14 - 20 一平行板電容器內(nèi)交變電場

4、強(qiáng)度為： 求:(2) 由安培環(huán)路定理：11一、麥克斯韋方程組的積分形式 高斯定理環(huán)路定理磁場電場靜電場感生電場一般電場第五節(jié) 麥克斯韋方程組12麥克斯韋方程組的積分形式 13二、麥克斯韋方程組的意義 (1) 是對電磁場宏觀實(shí)驗(yàn)規(guī)律的全面總結(jié)和概括，是經(jīng)典物理三大支柱之一。方程中各量關(guān)系：未發(fā)現(xiàn)磁單極法拉第電磁感應(yīng)定律安培定律位移電流假設(shè)庫侖定律感生電場假設(shè)電場性質(zhì)變化磁場產(chǎn)生電場變化電場產(chǎn)生磁場磁場性質(zhì)方 程實(shí) 驗(yàn) 基 礎(chǔ)意 義14(2) 提醒了電磁場的統(tǒng)一性和相對性電荷與觀察者相對運(yùn)動狀態(tài)不同時(shí)，電磁場可以表現(xiàn)為不同形態(tài)。電磁場是統(tǒng)一的整體空間帶電體對相對其靜止的觀察者 靜電場對相對其運(yùn)動的

5、觀察者電場磁場(3) 預(yù)言了電磁波的存在(自由空間 )15變化電場 變化磁場變化電場 磁場變化磁場 電場如振蕩偶極子可脫離電荷、電流在空間傳播電磁波16(4) 預(yù)言了光的電磁本性電磁波的傳播速率麥克斯韋對兩個(gè)預(yù)言堅(jiān)信不疑實(shí)驗(yàn)證實(shí)：赫茲(1888年完成) 用電磁波重復(fù)了所有光學(xué)反射、折射、衍射、干預(yù)、偏振實(shí)驗(yàn)。 兩桿間隙在高壓下被擊穿，形成振蕩偶極子，發(fā)射電磁波。環(huán)形諧振器空氣隙，通過適中選擇其方位，實(shí)現(xiàn)與發(fā)射振子的共振。感應(yīng)圈振子火花諧振器17法拉第 麥克斯韋 赫茲實(shí)驗(yàn) 理論 實(shí)驗(yàn) 藍(lán)圖（基礎(chǔ)）建設(shè)大廈使其中住滿人互補(bǔ)法拉第：來自社會底層、實(shí)驗(yàn)巨匠。善于 通過直覺把握物理本質(zhì)。麥克斯韋：出身名

6、門望族、數(shù)學(xué)高手、善于 建立模型、綜合、提高。大40歲二者結(jié)合：最理想的物理學(xué)家18(5) 是經(jīng)典物理 近代物理橋梁麥?zhǔn)戏匠滩粷M足伽利略變換 相對論建立 “我曾確信，在磁場中作用于一個(gè)運(yùn)動電荷 的力不過是一種電場力罷了，正是這種確信或多或少直接地促使我去研究狹義相對論。” 愛因斯坦創(chuàng)新物理概念（渦旋電場、位移電流）嚴(yán)密邏輯體系簡潔數(shù)學(xué)形式（P. 132 微分形式）正確科學(xué)推論（兩個(gè)預(yù)言）19(6) 局限性 1) 是在成認(rèn)電荷連續(xù)分布根底上建立的宏觀經(jīng)典理論，未和物質(zhì)微觀構(gòu)造聯(lián)絡(luò)起來。2) 不完全對稱,不存在磁單極。1895年： 湯姆遜發(fā)現(xiàn)電子。20 世紀(jì)初： 洛侖茲建立電磁現(xiàn)象微觀理論經(jīng)典電子

7、論量子電磁理論20思考：如果存在磁單極，麥克斯韋方程如何修正？引入磁荷 、磁流由對稱性：21電磁學(xué)復(fù)習(xí) 1) 根本實(shí)驗(yàn)定律: 庫侖定律、畢 薩定律、安培定律 法拉弟電磁感應(yīng)定律2) 根本概念和理論: 靜電場 高斯定理 穩(wěn)恒磁場 環(huán)路定理根本性質(zhì)位移電流、感生電場概念電磁場的統(tǒng)一性麥克斯韋方程組及物理意義22 3) 方法、模型 用求通量和環(huán)流的法描繪空間矢量場 微元分析和疊加原理 類比方法極化 磁化 靜電場 感生電場靜電場穩(wěn)恒電場電容 C 自感 L 互感 M 計(jì)算電場能 We 磁場能 Wm 23 模型:電介質(zhì)分子 電偶極子 磁介質(zhì)分子 分子電流點(diǎn)電荷、均勻帶電球面、無限大帶電平面(載流)無限長帶電直線載流、長直螺旋管從實(shí)際部題 抽象出模型 解決問題4) 應(yīng)用:靜電屏蔽、磁屏蔽、尖端放電、電子感應(yīng)加速器磁聚焦、渦流、產(chǎn)生勻強(qiáng)電場、勻強(qiáng)磁場的方法霍耳效應(yīng)分辨半導(dǎo)體類型245) 根本計(jì)算靜電局部 的計(jì)算疊加法高斯定理 (三種對稱情況)電勢梯度(分