位移電流與麥克斯韋方程組市公開課獲獎?wù)n件

1、同窗們好！第1頁第1頁10.3 位移電流麥克斯韋提出又一主要假設(shè)：位移電流一.問題提出穩(wěn)恒磁場安培環(huán)路定理：穿過以 為邊界任意曲面?zhèn)鲗?dǎo)電流非穩(wěn)恒情況如何？隨時間改變磁場 感生電場(渦旋電場)隨時間改變電場 磁場對稱性第2頁第2頁非穩(wěn)恒情況舉例：電容器充放電矛盾！闡明將安培環(huán)路定理推廣到普通情況時需要進(jìn)行補(bǔ)充和修正。對S1 :對S2 :出現(xiàn)矛盾原因：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為邊界曲面+第3頁第3頁傳導(dǎo)電流不連續(xù)后果：電荷在極板上堆積。 電荷密度隨時間改變（充電 ，放電 ） 極板間出現(xiàn)改變電場 .大?。簜鲗?dǎo)電流板間電場

2、結(jié)論尋找傳導(dǎo)電流與極板間改變電場之間關(guān)系處理問題思緒：第4頁第4頁與 同向與 同向充電與 反向與 同向放電第5頁第5頁板間電場電位移矢量 對時間改變率 等于極板上傳導(dǎo)電流密度 。穿過極板電位移通量 對時間改變率 等于極板上傳導(dǎo)電流 。處理了非穩(wěn)恒情況電流連續(xù)性問題傳導(dǎo)電流 I 在極板上中斷，可由 接替?？捎?接替。傳導(dǎo)電流密度 在極板上中斷， 將 視為一個電流， 為其電流密度。問題處理辦法：充電放電第6頁第6頁二. 位移電流1. 就電流磁效應(yīng)而言，改變電場與電流等效。 稱為位移電流2. 物理意義真空中：揭示改變電場與電流等效關(guān)系空間電場改變電介質(zhì)分子中電荷微觀運(yùn)動第7頁第7頁3. 傳導(dǎo)電流與位

3、移電流比較自由電荷宏觀定向運(yùn)動改變電場和極化電荷微觀運(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 問題：比較導(dǎo)體、介質(zhì)中 數(shù)量級起源特點(diǎn)共同點(diǎn)傳導(dǎo)電流I0位移電流ID第8頁第8頁三. 安培環(huán)路定理推廣1.全電流2. 推廣安培環(huán)路定理對對不矛盾！對任何電路，全電流總是連續(xù)第9頁第9頁解： (1) 練習(xí)：已知：對平行板電容器充電, 已知 求：(2) 第10頁第10頁解：(1)練習(xí)： 已知一平行板電容器內(nèi)交變電場強(qiáng)度為： 求:1) 電容器內(nèi)位移電流密度大??；2) 電容器內(nèi)到兩板中心連線距離 0.01米處磁場強(qiáng)度峰值 (不計傳導(dǎo)電流磁場)。(2) 由安培環(huán)路定理：第

4、11頁第11頁10.4 麥克斯韋方程組積分形式一.麥克斯韋方程組積分形式 高斯定理環(huán)路定理磁場電場靜電場感生電場普通電場第12頁第12頁麥克斯韋方程組積分形式 第13頁第13頁二.麥克斯韋方程組意義1. 是對電磁場宏觀試驗規(guī)律全面總結(jié)和概括， 是典型物理三大支柱之一。方程中各量關(guān)系：定義：未發(fā)覺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)改變磁場產(chǎn)生電場改變電場產(chǎn)生磁場磁場性質(zhì)方 程實 驗 基 礎(chǔ)意 義第14頁第14頁2. 揭示了電磁場統(tǒng)一性和相對性電磁場是統(tǒng)一整體電荷與觀測者相對運(yùn)動狀態(tài)不同時，電磁場能夠表現(xiàn)為不同形態(tài)?？臻g帶電體對相對其靜止觀測者 靜電場對相對其

5、運(yùn)動觀測者電場磁場3. 預(yù)言了電磁波存在（自由空間 ）第15頁第15頁改變電場 改變磁場改變電場 磁場改變磁場 電場可脫離電荷、電流在空間傳播電磁波如振蕩偶極子第16頁第16頁4. 預(yù)言了光電磁本性電磁波傳播速率麥克斯韋對兩個預(yù)言堅信不疑。火花試驗證實：赫茲（1888 年完畢）用電磁波重復(fù)了所有光學(xué)反射、折射、衍射、干涉、偏振試驗。感應(yīng)圈第17頁第17頁法拉第 麥克斯韋 赫茲試驗 理論 試驗 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、試驗巨匠。善于 通過直覺把握物理本質(zhì)。麥克斯韋：出身名門望族、數(shù)學(xué)高手、善于 建立模型、綜合、提升。大40歲兩者結(jié)合：抱負(fù)類型物理學(xué)家第18頁第1

6、8頁5. 是典型物理 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運(yùn)動電荷 力但是是一個電場力罷了，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)密邏輯體系簡練數(shù)學(xué)形式(P. 279 微分形式)正確科學(xué)推論(兩個預(yù)言)第19頁第19頁6. 不足(1) 是在認(rèn)可電荷連續(xù)分布基礎(chǔ)上建立宏觀 典型理論，未和物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來。(2) 不完全對稱？不存在磁單極。1895年： 湯姆生發(fā)覺電子。20 世紀(jì)初： 洛侖茲建立電磁現(xiàn)象微觀理論典型電子論量子電磁理論第20頁第20頁思考：假如存在磁單極，麥克斯韋方程如何修正？引

7、入磁荷 、磁流由對稱性：第21頁第21頁上冊復(fù)習(xí)要點(diǎn) 緒論（12章） 基本粒子三大家族，四種基本互相作用 典型力學(xué)（36章）1. 以守恒量 為中心， 守恒條件， 守恒定律與時空對稱性聯(lián)系， 應(yīng)用守恒定律解題。第22頁第22頁2. 注旨在中學(xué)基礎(chǔ)上加深和擴(kuò)展，比如 運(yùn)動學(xué)兩類基本問題 變力作用下物體運(yùn)動規(guī)律， 如變力沖量、 變力功計算等。 保守力 角動量、力矩、轉(zhuǎn)動慣量、轉(zhuǎn)動動能 剛體定軸轉(zhuǎn)動問題第23頁第23頁 相對論（8章）1. 狹義相對論 兩條相對原理（準(zhǔn)確敘述）； 洛侖茲坐標(biāo)變換， 鐘慢尺縮效應(yīng)； 質(zhì)速關(guān)系，質(zhì)能關(guān)系，能量與動量關(guān)系；2. 廣義相對論 （兩條基本原理）3. 相對論理性基礎(chǔ)

8、 物理規(guī)律對稱和統(tǒng)一力學(xué)相對性原理狹義相對性原理廣義相對性原理比較第24頁第24頁 電磁學(xué)（9 11章）1. 基本試驗定律庫侖定律、畢 沙定律、安培定律、法拉弟電磁感應(yīng)定律2. 基本概念和理論 靜電場 高斯定理 穩(wěn)恒磁場 環(huán)路定理基本性質(zhì)位移電流、感生電場概念電磁場統(tǒng)一性麥克斯韋方程組及其物理意義第25頁第25頁3. 必須掌握基本辦法：1) 微元分析和疊加原理2) 用求通量和環(huán)流辦法描述空間矢量場，求解具 有一些對稱性場分布。用靜電場高斯定理求電場強(qiáng)度；用穩(wěn)恒磁場安培環(huán)路定理求磁感應(yīng)強(qiáng)度；第26頁第26頁3) 類比方法 動量、角動量、能量守恒條件比較 靜電場穩(wěn)恒電場； 靜電場感生電場； 極化磁化； 電容 c 自感 L 互感 M 計算；電場能 We 磁場能 Wm 典型電荷電場分布 典型電流磁場分布第27頁第27頁4) 模型:從實際問題抽象出模型處理問題電介質(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（載流）平面無限長帶電（載流）直線、長直螺旋管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)磁場辦法、霍耳效應(yīng)分辨半導(dǎo)體類型.第28頁第28頁5. 基本計算2）U 計算疊加法場強(qiáng)積分零勢點(diǎn)選??；分段積分1） 計算疊加法高斯定理 (三種對稱情況)電勢梯度(分量