电磁学电子教案 作者:王正斌
电磁学电子教案 作者：王正斌
绪论 ■X,1电磁学研究的对象 ■x2电磁学发展简史 x3电磁学的内容及结构 x4电磁学课程的地位和作用
绪论 n x.1 电磁学研究的对象 n x.2 电磁学发展简史 n x.3 电磁学的内容及结构 n x.4 电磁学课程的地位和作用
x1电磁学研究的对象 电磁学是经典物理学的一部分。它主要是研究电 荷、电流产生电场、敬场的规律。电场和 磁场的相互作用。电磁场对电荷、电流的 作用,以及电磁场对物质的各种效应等
x.1 电磁学研究的对象 电磁学是经典物理学的一部分。它主要是研究电 荷、电流产生电场、磁场的规律，电场和 磁场的相互作用，电磁场对电荷、电流的 作用，以及电磁场对物质的各种效应等
x21电磁学发展简史 1、人类对于电磁现象表面性质的认识 (1)公元前585年,希腊哲学家泰教已记载了用木块摩擦过的琥珀吸引碎草等轻 小物体,以及天然磁矿石吸引铁的现象。摩擦过的煤玉;磁石可以吸引一串铁片、具有 磁极、相同磁极相排斥、弱磁可被强磁改变磁极、磁石制成罗盘用于航海。这一相当长 时间琥珀与磁石的性质被看成是其固有的性质。 (2)春秋战国时期(公元前770221年),已有“山上有慈石者,其下有铜金” 慈石名铁,或引之也”等磁石吸铁的记载。东汉已有指南针的前身司南勺。在北宋时, 已有利用地磁场进行人工磁化制作指南鱼或用磁石磨针制作指南针,并用于航海;西汉 末年已有“璛瑁吸鳍”的记载,以及“元始中,,矛端生火”,晋朝“今人梳头,解着 衣 有随梳解结,有光者,亦有咤声” 2、人类对于电磁现象本质的认识 (1)1600年,英国的吉尔伯特的《磁石论》对于磁石的各种基本性质作了系统的定 性描述。把经摩擦的琥珀等能吸引轻小物体的性质称为“电的”( electric)。他制作了 第 只验电器。大约在160年马得堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。在静电实验研究
x.2.1 电磁学发展简史 1、人类对于电磁现象表面性质的认识： （1） 公元前585年，希腊哲学家泰勒斯已记载了用木块摩擦过的琥珀吸引碎草等轻 小物体，以及天然磁矿石吸引铁的现象。摩擦过的煤玉；磁石可以吸引一串铁片、具有 磁极、相同磁极相排斥、弱磁可被强磁改变磁极、磁石制成罗盘用于航海。这一相当长 时间琥珀与磁石的性质被看成是其固有的性质。 （2）春秋战国时期（公元前770—221年），已有“山上有慈石者，其下有铜金” ， “慈石名铁，或引之也”等磁石吸铁的记载。东汉已有指南针的前身司南勺。在北宋时， 已有利用地磁场进行人工磁化制作指南鱼或用磁石磨针制作指南针，并用于航海；西汉 末年已有“瑇瑁吸鍩”的记载，以及“元始中……矛端生火” ，晋朝“今人梳头，解着 衣， 有随梳解结，有光者，亦有咤声”。 2、人类对于电磁现象本质的认识： （1）1600年，英国的吉尔伯特的《磁石论》对于磁石的各种基本性质作了系统的定 性描述。把经摩擦的琥珀等能吸引轻小物体的性质称为“电的”（electric)。他制作了 第 一只验电器。大约在1660年马得堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。在静电实验研究 中起着重要作用，直到十九世纪霍耳兹和特普勒分别发明感应起电机后才被取代
X22电磁学发展简史 (2)十八世纪电的研究迅速发展起来 ①1729年英国的格雷研究琥珀的电效应是否可传递给其它物体时,发现导体和绝缘 体的区别。1733年法国的杜费把电区分为“玻璃的”和“树脂的”两种,他得到:带相 同电 的物体互相排斥,带不同电的物体彼此吸引。他把电想象为二元流体,当它们结合在 起时,彼此中和。 ②1745年荷兰莱顿的穆欣布罗克为了避免电在空气中逐渐消失,试图寻找一种保存 电的方法。从而发明了电容器的原形莱顿瓶。这种贮存电的方法同时也被德国的克莱 斯特独立地发现。 ③1747年美国的夫兰克林认为,在正常条件下电是以一定的量存在于所有物体中的 种元素;电象流体一样可以流动。这种电的一元流体理论在今天看来并不正确,但他 使用的正电和负电的术语至今仍被采用。他观察到导体的尖端易于放电等等。他最著名 的实验是风筝实验。他还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击。1754年首先由狄维施实 现,这是迄今所知的电的第一个实际应用
x.2.2 电磁学发展简史 （2）十八世纪电的研究迅速发展起来。 ①1729年英国的格雷研究琥珀的电效应是否可传递给其它物体时，发现导体和绝缘 体的区别。1733年法国的杜费把电区分为“玻璃的”和“树脂的”两种，他得到：带相 同电 的物体互相排斥，带不同电的物体彼此吸引。他把电想象为二元流体，当它们结合在一 起时，彼此中和。 ②1745年荷兰莱顿的穆欣布罗克为了避免电在空气中逐渐消失，试图寻找一种保存 电的方法。从而发明了电容器的原形—莱顿瓶。这种贮存电的方法同时也被德国的克莱 斯特独立地发现。 ③1747年美国的夫兰克林认为，在正常条件下电是以一定的量存在于所有物体中的 一种元素；电象流体一样可以流动。这种电的一元流体理论在今天看来并不正确，但他 使用的正电和负电的术语至今仍被采用。他观察到导体的尖端易于放电等等。他最著名 的实验是风筝实验。他还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击。1754年首先由狄维施实 现，这是迄今所知的电的第一个实际应用
x23电磁学发展简史 十八世纪后期,开始电作用的定量研究 ①l766年普里斯特利由实验猜测电力与万有引力有相似的平方反比律 ②1769年罗宾逊由实验第一次直接测定得到验证 ③1773年卡文迪许由实验推出方次与2相差不超过2%,1879年由麦克斯韦整 理公诸于世。 ④l785年库仑由“库仑扭秤”直接测定了两个静止点电荷的作用力的库仑定 律。从此电学的研究开始进入科学行列。 ⑤]811年泊松把势论用于静电学,发展了静电学的解析理论
x.2.3 电磁学发展简史 十八世纪后期，开始电作用的定量研究。 ①1766年普里斯特利由实验猜测电力与万有引力有相似的平方反比律； ②1769年罗宾逊由实验第一次直接测定得到验证； ③1773年卡文迪许由实验推出方次与2相差不超过2%，1879年由麦克斯韦整 理公诸于世。 ④1785年库仑由“库仑扭秤”直接测定了两个静止点电荷的作用力的库仑定 律。从此电学的研究开始进入科学行列。 ⑤1811年泊松把势论用于静电学，发展了静电学的解析理论
X24电磁学发展简史 十八世纪后期电学的另一个重大发展是 (1)意大利物理学家伏打发明电池(1799年)。 ①1800年尼科耳森和卡莱色耳用低压电流分解水; ②1807年戴维电解得到多种金属,1811年制成碳极电弧灯; ③1839年卡尔·雅可比和西门子发展了电镀业; (2)1820年丹麦自然哲学家奥斯特发现了电流的磁效应,开拓了电学研究的新纪元。 (3)安培、毕奧和萨伐尔对载流导线进行了研究 (4)电流磁效应的发现打开了电应用的新领域。 ①1825年斯图金发明了电磁铁 ②1833年高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报机: ③1837年惠斯通和莫尔斯独立地发明了电报机;莫尔斯还发明了一套电码;
x.2.4 电磁学发展简史 十八世纪后期电学的另一个重大发展是 ⑴意大利物理学家伏打发明电池（1799年）。 ① 1800年尼科耳森和卡莱色耳用低压电流分解水； ②1807年戴维电解得到多种金属，1811年制成碳极电弧灯； ③1839年卡尔•雅可比和西门子发展了电镀业； ⑵1820年丹麦自然哲学家奥斯特发现了电流的磁效应，开拓了电学研究的新纪元。 ⑶ 安培、毕奥和萨伐尔对载流导线进行了研究。 ⑷电流磁效应的发现打开了电应用的新领域。 ①1825年斯图金发明了电磁铁； ②1833年高斯和韦伯制造了第一台简陋的单线电报机； ③1837年惠斯通和莫尔斯独立地发明了电报机；莫尔斯还发明了一套电码；
x25电磁学发展简史 ④1855年威廉·汤姆孙解决了水下电缆传输慢的问题,1866年大西洋电缆铺 设成功; ⑤1876年美国的贝尔发明了电话机; ⑥l826年安培研究电路得出安培定律; ⑦l848年基尔霍夫澄清了电位差、电动势、电场强度等概念,并解决了分支 电路问题。 (5)1831年法拉第发现了电磁感应定律,其方向由楞次于1834年给出;其数学 公式由诺埃曼于1845年给出。 (6)诺埃曼于1845年制出第一台发电机;1821年发现电动机原理,并制成最初 的电动机;1833年成功地证明了摩擦起电和伏打电池产生的电相同;1834 年发现电解定律;1845年发现磁光效应
x.2.5 电磁学发展简史 ④1855年威廉·汤姆孙解决了水下电缆传输慢的问题，1866年大西洋电缆铺 设成功； ⑤1876年美国的贝尔发明了电话机； ⑥1826年安培研究电路得出安培定律； ⑦1848年基尔霍夫澄清了电位差、电动势、电场强度等概念，并解决了分支 电路问题。 ⑸1831年法拉第发现了电磁感应定律，其方向由楞次于1834年给出；其数学 公式由诺埃曼于1845年给出。 ⑹诺埃曼于1845年制出第一台发电机；1821年发现电动机原理，并制成最初 的电动机；1833年成功地证明了摩擦起电和伏打电池产生的电相同；1834 年发现电解定律；1845年发现磁光效应
x26电磁学发展简史 )麦克斯韦接受了法拉第力线的思想,他认为的磁场在其周围空间激发涡旋 电场,并引入“位移电流”的概念,变化电场引起媒质电位移的变化,电 位移的变化在其周围空间激发涡旋磁场。并用数学公式表示出来,从而得 到了今天以他的姓氏命名的电磁场的普遍方程组—麦克斯韦方程组,预 言光是电磁波,并由赫兹于1888年在实验中证实 (8)麦克斯韦电磁理论开辟了一个全新领域——电磁波的应用和研究 ①l895年波波夫和马可尼分别实现了无线电信号传输; ②1901年马可尼建立了横跨大西洋的无线电联系; ③l904年弗莱明发明了电子管,1906年福雷斯特将其用于线路中 ④l896年洛仑兹提出“电子论”将麦克斯韦方程组应用到微观领域,将麦 克斯韦电磁理论向前推进了一步; ⑤1905年爱因斯坦引入狭义相对论,由洛仑兹变换从电场得到磁场,使电 力和磁力得到统
x.2.6 电磁学发展简史 ⑺麦克斯韦接受了法拉第力线的思想，他认为的磁场在其周围空间激发涡旋 电场，并引入“位移电流”的概念，变化电场引起媒质电位移的变化，电 位移的变化在其周围空间激发涡旋磁场。并用数学公式表示出来，从而得 到了今天以他的姓氏命名的电磁场的普遍方程组——麦克斯韦方程组，预 言光是电磁波，并由赫兹于1888年在实验中证实。 ⑻麦克斯韦电磁理论开辟了一个全新领域——电磁波的应用和研究。 ①1895年波波夫和马可尼分别实现了无线电信号传输； ②1901年马可尼建立了横跨大西洋的无线电联系； ③1904年弗莱明发明了电子管，1906年福雷斯特将其用于线路中； ④1896年洛仑兹提出“电子论”将麦克斯韦方程组应用到微观领域，将麦 克斯韦电磁理论向前推进了一步； ⑤1905年爱因斯坦引入狭义相对论，由洛仑兹变换从电场得到磁场，使电 力和磁力得到统一
X27电磁学发展简史 至此,电磁学已发展成为经典物理学中相当完善的一个分 支。可以解释宏观领域内的各种电磁现象 (1)物质的电结构是物质的基本组成形式; (2)电磁场是物质世界的重要组成部分; (3)电磁作用是物质的基本相互作用之 (4)电过程是自然界的基本过程
x.2.7 电磁学发展简史 至此，电磁学已发展成为经典物理学中相当完善的一个分 支。可以解释宏观领域内的各种电磁现象。 ⑴物质的电结构是物质的基本组成形式； ⑵电磁场是物质世界的重要组成部分； ⑶电磁作用是物质的基本相互作用之一； ⑷电过程是自然界的基本过程