电磁学（专业基础课）

Electromagnetism

以下部分标题填写用黑体五号字体，具体填写内容字体为宋体五号）

【课程编号】BJ260141

【学分数】4

【学时数】70=64+6

【适用专业】物理学

一、教学目的、任务

通过《电磁学》学习，学生能够掌握电磁学的基本规律、基本概念、和基本思维方式，并了解近代物理与电磁规律的内在联系。给学生以扎实的基础训练和创新思维的培养。使学生在思维方式、计算能力、科学素质都有很大提高。

二、课程教学的基本要求

1．全面系统地掌握电荷、电流产生电场、磁场的规律；了解电场与磁场的联系；理解电磁场的物质性：它的能量、动量及角动量；了解电场、磁场与各种物质的相互作用；理解麦克斯韦电磁理论；具有一定的分析和解决电磁学问题的能力；为后续课程的学习奠定较为扎实的基础；

2. 具有分析、处理和讲授高中物理电磁学部分的能力；

3. 了解电磁学发展史上某些重大发现和发明过程中的物理思想和实验方法；了解电磁学与其它学科的关系；了解电磁学在实际技术中的应用，与高新技术的关系；

4．得到一定的科学素质教育：科学精神的培养，了解一些科学方法，明白科学思维的重要性以及科学与哲学的关系。

三、教学内容和学时分配 2+ 12 + 10 + 5 + 10 + 8 + 8 + 4 + 5 + 6 = 70

（一）理论教学内容及时数（64）

绪论 （2学时）

1．电磁学的研究对象、基本内容和发展简史

2．电磁学与其它学科、工程技术学科的关系

3. 电磁学在物理专业教学中的地位与作用

4. 电磁学涉及的矢量及其运算、方向导数和梯度、通量与散度、环流量与旋度数学基础强化

第一章 真空中的静电场 （12学时）

1．物质的电结构、电荷守恒、库仑定律

2．电场、电场强度、电场的叠加

3．静电场的高斯定理

4．静电场的环流、环路定理；电势与电势差、场强与电势的微分关系

5．电场对带电系统的作用力

第一章小结和习题课

第二章 静电场与物质的相互作用（10学时）

1．静电场中的导体（静电平衡的条件、导体上的电荷分布问题、导体表面附近的场强、尖端放电、【课程类别】专业基础 【编写日期】20xx.3.30 【先修课程】高等数学、力学

静电屏蔽、静电场的唯一性定理

2．电容及电容器、电容器的储能

3. 静电场中的电介质（介质的极化、极化强度与极化电荷、介质中的场强、电位移矢量、介质中

的高斯定理和环路定理

4. 导体系的静电能、静电场的能量

第二章小结和习题课

第三章 稳恒电流（5学时）

1．电流稳恒条件

2．欧姆定律的微分形式

3．复杂电路的计算（含源电路得欧姆定律、基尔霍夫方程）

第三章小结和习题课

第四章 稳恒磁场（10学时）

1．基本磁现象、安培定律、磁感应强度

2．毕奥—萨伐尔定律

3．稳恒磁场的基本性质（安培回路定理与磁场高斯定理）

4．安培力与洛伦兹力（洛仑兹力、回旋加速器、质谱仪、霍尔效应）

第四章小结和习题课

第五章 磁场与物质的相互作用（8学时）

1．介质的磁化、顺磁性、抗磁性、铁磁性

2．磁化强度、磁化电流、介质中的磁场、介质中的安培环路定律、磁场强度

3．介质中稳恒电流磁场的基本方程、

4．边界条件和磁路定理

第五章小结和习题课

第六章 电磁感应（8学时）

1．电磁感应现象与电磁感应定律

2．动生电动势与感生电动势

3．互感与自感

4．涡电流与趋肤效应

5．电路中的暂态过程

6．磁场的磁能

第六章小结和习题课

第七章 交流电路（4学时）

1．简谐交流电路的产生与表示

2．R、L、C三个理想元件在交流电路中的作用

3．交流电路的功率、功率因数、谐振电路与品质因数

4．变压器、三相交流电

第七章小结

第八章 电磁场的麦克斯韦方程组和电磁波（5学时）

1．位移电流

2．麦克斯韦方程组

3．平面电磁波

4．平面电磁波的能量、动量、电磁波的产生

第八章小结

（二）研究教学内容及时数（6）

1．课堂学生个人总结：分组讲授磁介质磁化的分子电流观点和磁荷观点的区别和联系。

2．课堂讨论：电磁学在实际技术中的应用，和高新技术的关系。

四、教学重点、难点及教学方法

重点：静电场、静电场中的导体和电介质、稳恒电流和电路、稳恒电流的磁场、电磁感应与暂态过程、交流电路、电磁场与电磁波。 “场”是电磁学中最基本最重要的概念，电磁学的内容无论是场或规律都从场的观点来阐述，按照近代物理的观点，粒子不过是场的激发态，“场”的概念比“粒子”基本，通过“场”产生相互作用的观点是与近代物理学的精神相通的。“场”与质点（实物物质）不同，具有空间分布，它的规律要从整体上把握。学生将在电磁学中第一次系统地学到“场”的概念和处理“场”的方法。电磁学的基本特性及其描述方法需要引入“通量”“环量”概念及相应的通量定理和环路定理，是整个电磁学课程的基础和重点。

难点：电磁场基本性质（高斯定理和环路定理）的理解及其应用、静电场中的电介质、磁介质、暂态过程、复杂电路和电磁波的发射与接受。

教学方法：通过电磁学数学基础强化和具体例题讲解、详细分析、归纳各种题型解题的基本思路和方法，并抓紧严格的习题作业训练，提高学生应用理论解决实际问题的能力、实现融会贯通；适当增加电磁学研究的动向和发展趋势，开拓学生的视野和思路。

五、考核方式及成绩评定方式：考试

六、教材及参考书目

推荐教材：张玉民，戚伯云编. 电磁学(第二版). 北京：科学出版社，20xx

2、主要参考书：

[1] 赵凯华，陈熙谋．电磁学（第二版）．北京：高等教育出版社，20xx

[2] 梁灿彬，秦光戎，梁竹健．电磁学(第二版)．北京：高等教育出版社，20xx

[3] 贾起民，郑永令．电磁学．上海：复旦大学出版社，20xx

[4] 王楚，李椿．基础物理教程（电磁学）．北京：北京大学出版社，20xx

[5] 陈秉乾，王稼军．电磁学． 北京：北京大学出版社，20xx

[6] 陈秉乾，舒幼生，胡望雨．电磁学专题研究．北京：高等教育出版社，20xx

修（制）订人： 审核人：

20xx年x月x日

第二篇：电磁学

第二篇 电磁学

求解电磁学问题的基本思路和方法

本书电磁学部分涉及真空中和介质中的静电场和恒定磁场、电磁感应和麦克斯韦电磁场的基本概念等内容，涵盖了大学物理课程电磁学的核心内容.通过求解电磁学方面的习题，不仅可以使我们增强对有关电磁学基本概念的理解，还可在处理电磁学问题的方法上得到训练，从而感悟到麦克斯韦电磁场理论所体现出来的和谐与美.求解电磁学习题既包括求解一般物理习题的常用方法，也包含一些求解电磁学习题的特殊方法.下面就求解电磁学方面的方法择要介绍如下.

1.微元法

在求解电场强度、电势、磁感强度等物理量时，微元法是常用的方法之一.使用微元法的基础是电场和磁场的叠加原理.依照叠加原理，任意带电体激发的电场可以视作电荷元dq 单独存在时激发电场的叠加，根据电荷的不同分布方式，电荷元可分别为体电荷元ρdV、面电荷元σdS 和线电荷元λdl.同理电流激发的磁场可以视作为线电流元激发磁场的叠加. 例如求均匀带电直线中垂线上的电场强度分布.我们可取带电线元λdl 为电荷元，每个电荷元可视作为点电荷，建立坐标，利用点电荷电场强度公式将电荷元激发的电场强度矢量沿坐标轴分解后叠加

E??1λdlcosα 2?l/24πε0rl/2

统一积分变量后积分，就可以求得空间的电场分布.类似的方法同样可用于求电势、磁感应强度的分布.

此外值得注意的是物理中的微元并非为数学意义上真正的无穷小，而是测量意义上的高阶小量.从形式上微元也不仅仅局限于体元、面元、线元，在物理问题中常常根据对称性适当地选取微元.例如，求一个均匀带电圆盘轴线上的电场强度分布，我们可以取宽度为dr 的同心带电圆环为电荷元，再利用带电圆环轴线上的电场强度分布公式，用叠加的方法求得均匀带电圆盘轴线上的电场强度分布.

2.对称性分析

对称性分析在求解电磁场问题时是十分重要的.通过分析场的对称性，可以帮助我们了解电磁场的分布，从而对求解电磁学问题带来极大方便.而电磁场的对称性有轴对称、面对称、球对称等.下面举两个例子.

在利用高斯定律求电场强度的分布时，需要根据电荷分布的对称性选择适当的高斯面，使得电场强度在高斯面上为常量或者电场强度通量为零，就能够借助高斯定律求得电场强度的分布.相类似在利用安培环路定律求磁感强度的分布时，依照电流分布的对称性，选择适当的环路使得磁感强度在环路上为常量或者磁场环流为零，借助安培环路定律就可以求出磁

感强度的分布.

3.补偿法

补偿法是利用等量异号的电荷激发的电场强度，具有大小相等方向相反的特性；或强度相同方向相反的电流元激发的磁感强度，具有大小相等方向相反这一特性，将原来对称程度较低的场源分解为若干个对称程度较高的场源，再利用场的叠加求得电场、磁场的分布. 例如在一个均匀带电球体内部挖去一个球形空腔，显然它的电场分布不再呈现球对称.为了求这一均匀带电体的电场分布，我们可将空腔带电体激发的电场视为一个外半径相同的球形带电体与一个电荷密度相同且异号、半径等于空腔半径的小球体所激发电场的矢量和.利用均匀带电球体内外的电场分布，即可求出电场分布.

4.类比法

在电磁学中，许多物理量遵循着相类似的规律，例如电场强度与磁场强度、电位移矢量与磁感强度矢量、电偶极子与磁偶极子、电场能量密度与磁场能量密度等等.他们尽管物理实质不同，但是所遵循的规律形式相类似.在分析这类物理问题时借助类比的方法，我们可以通过一个已知物理量的规律去推测对应的另外一个物理量的规律.例如我们在研究LC 振荡电路时，我们得到回路电流满足的方程

d2i1?i?0 2dtLC

显然这个方程是典型的简谐振动的动力学方程，只不过它所表述的是含有电容和自感的电路中，电流以简谐振动的方式变化罢了.

5.物理近似与物理模型

几乎所有的物理模型都是理想化模型，这就意味着可以忽略影响研究对象运动的次要因素，抓住影响研究对象运动的主要因素，将其抽象成理想化的数学模型.既然如此，我们在应用这些物理模型时不能脱离建立理想化模型的条件与背景.例如当带电体的线度远小于距所考察电场这一点的距离时，一个带电体的大小形状可以忽略，带电体就可以抽象为点电荷.但是一旦去研究带电体临近周围的电场分布时，将带电体当作点电荷的模型就失效了.在讨论物理问题时一定要注意物理模型的适用条件.同时在适用近似条件的情况下，灵活应用理想化模型可大大简化求解问题的难度.

电磁学的解题方法还有很多，我们希望同学们通过练习自己去分析、归纳、创新和总结.我们反对在学习过程中不深入理解题意、不分析物理过程、简单教条地将物理问题分类而“套”公式的解题方法.我们企盼同学们把灵活运用物理基本理论求解物理问题当成是一项研究课题，通过求解问题在学习过程中自己去领悟、体会，通过解题来感悟到用所学的物理知识解决问题后的愉悦和快乐，进一步加深理解物理学基本定律，增强学习新知识和新方法的积极性.

第三篇：大学物理电磁学部分总结

电磁学部分总结

        静电场部分

第一部分：静电场的基本性质和规律

电场是物质的一种存在形态，它同实物一样也具有能量、动量、质量等属性。静电场的物质特性的外在表现是：

(1)电场对位于其中的任何带电体都有电场力的作用

(2)带电体在电场中运动,电场力要作功——电场具有能量

1、描述静电场性质的基本物理量是场强和电势，掌握定义及二者间的关系。

 

电场强度

 

电势

2、反映静电场基本性质的两条定理是高斯定理和环路定理

 

要掌握各个定理的内容，所揭示的静电场的性质，明确定理中各个物理量的含义及影响各个量的因素。重点是高斯定理的理解和应用。

3、应用

(1)、电场强度的计算

a)、由点电荷场强公式              及场强叠加原理          计算场强

一、离散分布的点电荷系的场强

二、连续分布带电体的场强

其中，重点掌握电荷呈线分布的带电体问题

      

b)、由静电场中的高斯定理计算场源分布具有高度对称性的带电体的场强分布

        一般诸如球对称分布、轴对称分布和面对称分布，步骤及例题详见课堂笔记。还有可能结合电势的计算一起进行。

c)、由场强和电势梯度之间的关系来计算场强（适用于电势容易计算或电势分布已知的情形），掌握作业及课堂练习的类型即可。

 

（2）、电通量的计算

      a)、均匀电场中S与电场强度方向垂直

      b)、均匀电场，S 法线方向与电场强度方向成q角

c)、由高斯定理求某些电通量

（3）、电势的计算

      a)、场强积分法（定义法）——根据已知的场强分布，按定义计算

      b)、电势叠加法——已知电荷分布，由点电荷电势公式，利用电势叠加原理计算

第二部分：静电场中的导体和电介质

一、导体的静电平衡状态和条件

导体内部和表面都没有电荷作宏观定向运动的状态称为静电平衡状态。

静电平衡下导体的特性：

（1）整个导体是等势体，导体表面是个等势面；

    （2）导体内部场强处处为零，导体表面附近场强的大小与该

表面的电荷面密度成正比，方向与表面垂直；

（3）导体内部没有净电荷，净电荷只分布在外表面。

有导体存在时静电场的计算

1.     静电平衡的条件

 

原则：   2.基本性质方程：高斯定理

                         场强环路定理

          3.电荷守恒定律

二、静电场中的电介质

掌握无限大、均匀的、各向同性的电介质的情况：

 

充满电场空间的各向同性均匀电介质内部的场强大小等于真空中场强的           倍，方向与真空中场强方向一致。

 

电位移矢量

 

介质中的高斯定理                 （自由电荷）

掌握程度：作业中的情形

三、电容、电场能量

1、孤立导体的电容、电容器的电容计算；影响电容的因素；

 

电容器电容的大小只取决于极板的形状、大小、相对位置以及极板间的电介质情况

2、电容器的能量

3、电场能量

能量密度                               适合任何电场

 

       电场能量

      课上例题或作业

稳恒磁场部分

第一部分：稳恒磁场的基本性质和规律

(1) 磁场是物质的一种形态，具有能量、质量、动量等。

(2)磁场是由运动电荷(或电流)产生的，它又对放入其中的运动电荷(或电流)有力的作用

1、描述稳恒磁场性质的基本物理量——磁感应强度

2、反映稳恒磁场基本性质的两条定理是高斯定理和安培环路环路定理

要掌握各个定理的内容，所揭示的稳恒磁场的性质，明确定理中各个物理量的含义及影响各个量的因素。重点是安培环路定理的理解和应用。

 

磁场中的高斯定理

 

安培环路定律

3、应用

(1)、磁感应强度的计算

a)、由毕——萨定律计算任意形状的载流导线的磁场

     直线电流、圆形载流导线圆心及轴线上的、圆弧形载流导线在圆心处的磁感应强度计算。

b)、由磁场叠加原理          计算组合导线的磁感应强度，如

c)、利用安培环路定理计算场源分布具有高度对称性的磁感应强度

     详见课堂例题

（2）、磁通量的计算

      a)、均匀磁场中S与磁感应强度方向垂直

      b)、均匀磁场，S 法线方向与磁感应强度方向成q角

c)、由高斯定理求某些磁通量

第二部分：磁场对运动电荷和电流的作用

1、带电粒子在均匀磁场中的运动：

三种情况：

         在中学基础上会简单求解即可。

2、霍尔效应：霍尔电势差的表达式、会判断载流子类型、霍尔电势差的大小，正负。

3、磁场对电流的作用：会由安培定律计算安培力；

                      会由公式计算载流线圈的磁矩和磁力矩。

                      简单求解磁力的功.

第三部分：磁介质

要求同静电场：掌握无限大、均匀的、各向同性的磁介质的情况：

介质的磁导率

磁介质中的安培环路定理

掌握程度：作业中的情形

对于磁介质和铁磁质，按作业中的情况能够根据图示分清磁介质的种类，从铁磁质的磁滞回线判断剩磁、矫顽力、硬磁材料、矩磁材料和软磁材料。

      电磁感应和电磁场部分

一、电磁感应基本定律

      法拉第电磁感应定律

 

对N匝线圈

      楞次定律——判断感应电流（电动势）方向

二、动生电动势和感生电动势

     产生机理（非静电力或非静电场）、定义及求解。

对于任何感应电动势，都要求会用法拉第电磁感应定律计算。

对于动生电动势：要求会计算均匀磁场中平动和转动导体、非均匀磁场中平动的直导线中的动生电动势。

三、1、区分感生电场和静电场

    2、知道涡电流的产生条件：大块的金属在磁场中运动，或

处在变化的磁场中

四、自感、互感、磁场能量

1、会求自感系数和自感电动势，知道影响自感系数的因素；

2、会求互感系数，知道影响互感系数的因素；

3、会由           计算载流线圈中的磁场能量

4、磁能密度和磁场能量

 

适合任何磁场

 

要求同作业。

五、电磁场理论

1、区分传导电流和位移电流

位移电流与传导电流是完全不同的概念，仅在产生磁场方面二者等价.

传导电流是自由电荷的宏观定向运动，只存在于导体中，有电荷流动，通过导体会产生焦耳热.

只要电场随时间变化，就有相应的位移电流.位移电流的实质是变化的电场，ID则无论是导体、介质或真空中都可以存在，无电荷流动，一般不存在热效应。在高频交变电场作用下，介质也发热，那是分子反复极化造成，不遵守焦耳—楞次定律.

2、掌握电磁波的基本特性，会根据特性求出未知的量（如作业）

     变化的电场在其周围激发变化的磁场，变化的磁场在其周围又会激发变化的电场，这个变化的电磁场相互激发并以波的形式由近及远,以有限的速度在空间传播开去，就形成了电磁波。

在无限大均匀绝缘介质(或真空)中,平面电磁波的性质概括如下:

1. 电磁波是横波,            构成正交右旋关系.

  电磁波是偏振波,       都在各自的平面内振动,且      是同位相的.如图：

2. 在同一点的E、H值满足下式:

 

电磁波的波函数的幅值也满足

3. 电磁波的传播速度为

真空中