《電動力學(xué)》課程多媒體課件

《電動力學(xué)》課程多媒體課件匯報人：2023-12-14課程簡介與目標(biāo)電磁場基本理論靜電場與靜磁場電磁波傳播與輻射導(dǎo)體與介質(zhì)中電磁場電磁場數(shù)值計算方法簡介實驗設(shè)計與操作演示目錄課程簡介與目標(biāo)01

電動力學(xué)概述電動力學(xué)定義研究電荷和電流以及它們產(chǎn)生的電磁場的相互作用的一門學(xué)科。電動力學(xué)與電磁學(xué)的關(guān)系電磁學(xué)包含靜電學(xué)、靜磁學(xué)和電動力學(xué)，電動力學(xué)是電磁學(xué)的重要組成部分。電動力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域包括電磁波傳播、電磁輻射、等離子體物理、光電子學(xué)等。掌握電動力學(xué)的基本概念、基本理論和基本方法，能運(yùn)用電動力學(xué)知識解決實際問題。課程目標(biāo)認(rèn)真聽課，做好筆記，完成作業(yè)，積極參與課堂討論和實驗。學(xué)習(xí)要求課程目標(biāo)與要求《電動力學(xué)》（第四版），郭碩鴻著，高等教育出版社。推薦教材輔助教材參考資料《電磁學(xué)》（第二版），梁燦彬著，高等教育出版社。國內(nèi)外相關(guān)期刊、會議論文等。030201教材與參考資料電磁場基本理論02麥克斯韋方程組的形式包括電場的高斯定律、電場的安培環(huán)路定律、磁場的高斯定律、磁場的法拉第電磁感應(yīng)定律。麥克斯韋方程組的重要性揭示了電磁波的存在，奠定了現(xiàn)代物理學(xué)的基礎(chǔ)。麥克斯韋方程組的含義描述電磁場的基本規(guī)律，由四個主要方程組成。麥克斯韋方程組123描述電磁場在不同介質(zhì)之間傳播時的行為規(guī)律。電磁場邊界條件的含義包括電場的切向分量連續(xù)、法向分量跳躍，磁場的切向分量跳躍、法向分量連續(xù)等。電磁場邊界條件的種類用于解決電磁波的反射、折射和散射等問題。電磁場邊界條件的應(yīng)用電磁場邊界條件03電磁場能量與動量的關(guān)系二者之間存在密切關(guān)系，可以通過麥克斯韋方程組進(jìn)行推導(dǎo)。01電磁場能量的含義描述電磁場所具有的能量，包括電場能量和磁場能量。02電磁場動量的含義描述電磁場所具有的動量，與電磁場的傳播方向有關(guān)。電磁場能量與動量靜電場與靜磁場03真空中兩個靜止點電荷之間的相互作用力，與它們的電荷量的乘積成正比，與它們之間的距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上。描述電場強(qiáng)弱的物理量，等于單位正電荷在該點所受的電場力。其大小與試探電荷無關(guān)，由電場本身決定。庫侖定律與電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度庫侖定律電勢描述電場中某點電勢能的物理量，等于單位正電荷從該點移動到參考點（零電勢點）時電場力所做的功。電勢具有相對性，其大小與參考點的選擇有關(guān)。電勢差電場中兩點間電勢的差值，等于單位正電荷從一點移動到另一點時電場力所做的功。電勢差具有絕對性，與參考點的選擇無關(guān)。電勢與電勢差電流、運(yùn)動電荷、磁體或變化電場周圍空間存在的一種特殊形態(tài)的物質(zhì)。其基本性質(zhì)是對放入其中的磁體、運(yùn)動電荷或電流有力的作用。磁場描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量，在磁場中垂直于磁場方向的通電直導(dǎo)線，所受到的磁場作用力與電流強(qiáng)度和導(dǎo)線長度的乘積的比值，叫做通電直導(dǎo)線在該處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。其大小與導(dǎo)線在磁場中的取向有關(guān)。磁感應(yīng)強(qiáng)度磁場與磁感應(yīng)強(qiáng)度電磁波傳播與輻射04描述電磁場的基本方程，包括電場、磁場、電荷和電流之間的關(guān)系。麥克斯韋方程組從麥克斯韋方程組推導(dǎo)出的描述電磁波傳播的方程，揭示電磁波的波動性質(zhì)。波動方程針對特定邊界條件和初始條件，求解波動方程，得到電磁波的解析解或數(shù)值解。電磁波的解電磁波方程及其解在無限大均勻媒質(zhì)中傳播的電磁波，其波陣面為一系列平行平面。平面波包括電磁波的相速度、群速度、波長、頻率等參數(shù)，以及在不同媒質(zhì)分界面上的反射、折射和透射現(xiàn)象。傳播特性描述電磁波中電場矢量在傳播過程中的取向和變化規(guī)律，包括線極化、圓極化和橢圓極化等。極化特性平面電磁波及其傳播特性天線用于輻射和接收電磁波的裝置，可將傳輸線中的導(dǎo)行波轉(zhuǎn)換為自由空間中的電磁波，或?qū)⒆杂煽臻g中的電磁波轉(zhuǎn)換為傳輸線中的導(dǎo)行波。輻射原理基于電磁感應(yīng)和電磁場理論，解釋天線輻射電磁波的機(jī)制，包括電基本振子和磁基本振子的輻射特性，以及天線輻射方向圖、增益、效率等參數(shù)的計算和分析。天線與輻射原理導(dǎo)體與介質(zhì)中電磁場05導(dǎo)體表面電磁場研究導(dǎo)體表面電磁場分布特點，如感應(yīng)電荷、鏡像法等。導(dǎo)體內(nèi)部電磁場分析導(dǎo)體內(nèi)部電磁場分布規(guī)律，討論趨膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)等現(xiàn)象。傳輸線理論介紹傳輸線方程及其解，分析傳輸線上電磁波傳播特性。導(dǎo)體中電磁場分布與傳輸特性研究電磁波在不同介質(zhì)中的傳播特性，如折射、反射、散射等。介質(zhì)中電磁波傳播分析介質(zhì)在電磁場作用下的極化與磁化現(xiàn)象，及其對電磁場分布的影響。介質(zhì)極化與磁化討論介質(zhì)損耗、色散等特性對電磁波傳播的影響及其機(jī)制。介質(zhì)損耗與色散介質(zhì)中電磁場分布與傳輸特性等離子體中電磁波傳播研究電磁波在等離子體中的傳播特性，如截止頻率、吸收等。等離子體應(yīng)用探討等離子體在通信、材料加工、能源等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。等離子體基本性質(zhì)介紹等離子體基本概念、性質(zhì)及其分類。等離子體中電磁現(xiàn)象簡介電磁場數(shù)值計算方法簡介06有限差分法基本原理及應(yīng)用實例基本原理將電磁場連續(xù)問題離散化，利用差分格式替代微分格式，通過求解差分方程得到電磁場分布。應(yīng)用實例分析電磁波在導(dǎo)體、介質(zhì)等復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的傳播和散射問題，如天線輻射、電磁兼容等。將連續(xù)電磁場分割為有限個小區(qū)域，對每個小區(qū)域進(jìn)行近似處理，通過求解整個系統(tǒng)的代數(shù)方程組得到電磁場分布?；驹矸治鲭姶旁O(shè)備（如電機(jī)、變壓器等）的性能及優(yōu)化設(shè)計，計算電磁場對生物體的影響等。應(yīng)用實例有限元法基本原理及應(yīng)用實例邊界元法將問題的邊界離散化，通過求解邊界上的積分方程得到電磁場分布，適用于處理開域問題和無限域問題。譜方法利用正交函數(shù)或基函數(shù)展開電磁場，將連續(xù)問題轉(zhuǎn)化為代數(shù)方程求解，適用于處理規(guī)則形狀的區(qū)域和周期性問題。其他數(shù)值計算方法簡介實驗設(shè)計與操作演示07實驗?zāi)康膶嶒炘聿僮鞑襟E注意事項實驗一：靜電場描繪實驗設(shè)計與操作演示01020304通過描繪靜電場，幫助學(xué)生理解電勢、電場強(qiáng)度等概念。利用靜電場中的等勢線和電場線，通過描繪法獲得靜電場的分布。準(zhǔn)備實驗器材，設(shè)置電極，調(diào)整電場，描繪等勢線和電場線，記錄并分析實驗結(jié)果。保持實驗環(huán)境干燥，避免電磁干擾，確保測量精度。通過實驗測量電磁波在不同介質(zhì)中的傳播特性，幫助學(xué)生理解電磁波傳播原理。實驗?zāi)康睦冒l(fā)射天線和接收天線，測量電磁波在不同介質(zhì)中的傳播速度、衰減等特性。實驗原理準(zhǔn)備實驗器材，設(shè)置發(fā)射和接收天線，選擇不同介質(zhì)進(jìn)行測量，記錄并分析實驗結(jié)果。操作步驟確保天線性能良好，選擇合適的測量距離和頻率，避免干擾。注意事項實驗二實驗三通過實驗測量天線的輻射性能，幫助學(xué)生理解