电动力学高教第三版0.ppt
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1、第0章 绪论及数学准备,第2章 静电场,第3章 静磁场,第4章 电磁波的传播,第5章 电磁波的辐射,电 动 力 学,目录,第1章 电磁现象的普遍规律,第6章 狭义相对论,一、基本情况及要求,研究对象 电动力学主要研究电磁场的基本性质,运动规律以及与带电物质之间的相互作用。,课程性质 电动力学是物理学科的一门重要基础理论课,是物理学的“四大力学”之一。,1 绪 论,第零章 绪论及数学准备,学习目的与要求 (1)通过学习电磁运动的基本规律,加深对电磁场基本性质的理解; (2)通过学习狭义相对论理论了解相对论的时空观及有关的基本理论; (3)获得在本门课程领域内分析和处理一些基本问题的初步能力; (
2、4)为学习后续课程和独力解决实际问题打下必要的基础。,主要内容 (1)矢量场论的简单运算; (2)电磁场基本理论、重要实验定律; (3)静电场和静磁场的基本理论和解题方法; (4)电磁波传播和辐射的基本概念和简单应用; (5)狭义相对论的基本理论和简单应用。,难点:公式多、数学推导较繁杂;解题难度大、 相对论概念不易理解。,二、电动力学与电磁学的联系与区别,范围 既讨论静场又讨论变化场,外加相对论。 深度 从矢量场论出发,总结电磁现象普遍规律,解题更具一般性。 方法 建立模型、求解方程、注重理论。 数学 矢量分析与场论、线性代数、数理方程、特殊函数 ,三、理论物理的特点,模型建立在一些实验与一
3、系列假设基础之上 模型一般为偏微分方程 求解方程需要特殊的数学方法 理论的正确由求解结果与实验是否相符合来验证 一些基本思想在争论中不断发展,四、适用范围及主要应用,适用于宏观电磁现象,对于微观粒子不考虑波动性 同时也不考虑电磁场的量子性。 主要应用:电力工业技术、广播、通讯、雷达、 加速器、光电子技术、激光理论、非线性光学、 等离子体、天体物理 。, 1675 库仑定律 1820 电流磁效应(毕萨定律) 1822 安培作用力定律(电动力学一词开始使用) 1831 电磁感应(法拉第),场的思想 1856-1873 麦克斯韦方程,预言了电磁波的存在 1881-1887 迈克尔逊实验(1881),
4、迈莫雷实验(1887) 1888 赫兹证实电磁波存在 1905 狭义相对论(爱因斯坦“论运动物体的电动力学”),五、发展简史,法拉第,英国物理学家和化学家。 最主要贡献:1831年发现了电磁感应现象。 1834年他研究电流通过溶液时产生的化学变化,提出了法拉第电解定律。这一定律为发展电结构理论开辟了道路。 1845年9月13日法拉第发现,一束平面偏振光通过磁场时发生旋转,这种现象被称为“法拉第效应”。法拉第认为光具有电磁性质,是光的电磁波理论的先驱 1852年他引进磁力线概念。 他的很多成就不仅非常重要、且是带根本性的理论。,(17911867),他制造了世界上第一台发电机。法拉第发现电介质的
5、作用,创立了介电常数的概念。后来电容的单位“法拉”就是用他的名字命名的。,麦克斯韦(James Clerk Maxwel 18311879),生平简介:著名的英国物理学家,经典电动力学的创始人,统计物理学的奠基人之一。1831年6月13日生于爱丁堡,18471850年在爱丁堡大学学习,18501854年入剑桥三一学院攻读数学。18561860年担任阿伯丁郡的马里查尔学院教授。18601865年在伦敦皇家学院执教,并从事气体运动理论的研究。1860年为英国皇家学会会员。1871年任剑桥大学教授,创建并领导了英国第一个专门的物理实验室卡文迪许实验室,1874年建成后担任主任。1879年11月5日在
6、剑桥逝世,终年49岁。,科学成就:电磁场理论和光的电磁理论,预言了电磁波的存在 ,1873电磁学通论。他建立了实验验证的严格理论,并重复卡文迪许的实验,他还发明了麦克斯韦电桥。运用数学统计的方法导出了分子运动的麦克斯韦速度分布律,创立了定量色度学,负责建立起来的卡文迪许实验室 。,法拉第专于实验探索,麦克斯韦擅长理论概括,实验物理学家迈克尔逊,迈克耳逊1852 年12月19日出生于普鲁士斯特雷诺(现属波兰),童年随父母迁居美国。1873年毕业于美国海军学院,并留校教物理和化学。大约在5年后,开始进行光速的测量工作,随后游学欧洲,在德国和法国学习光学。回国后离开海军成为凯斯学院物理学教授。迈克耳
7、逊因为精密光学仪器和借助这些仪器进行的光谱学和度量学的研究工作做出的贡献获得1907年的诺贝尔物理学奖。 迈克耳逊自己设计了旋转镜和干涉仪,用以测定微小的长度、折射率和光波波长。1879年,他得到的光速为2999105千米秒;1882年,他得到的光速为2998536千米秒。这个结果被公认为国际标准,沿用了40年。迈克耳逊最后一次测量光速是在加利福尼亚两座相差35千米的山上进行的,光速测量精确度最后达到了2997984千米秒。他就在这次测量过程中中风,1931年去世。 迈克耳逊最著名的实验是被称为迈克耳逊莫雷的测定以太是否存在的实验(1887)。,爱因斯坦,20世纪最杰 出的科学家,爱因斯坦是在
8、德国出生的犹太裔美国物理学家。1879年3月14日生于德国乌尔姆一个经营电器作坊的小业主家庭。一年后,随全家迁居慕尼黑。1894年,他的家迁到意大利米兰。1895年他转学到瑞士阿劳市的州立中学。1896年进苏黎世工业大学师范系学习物理学,1900年毕业。1901年取得瑞士国籍。1902年被伯尔尼瑞士专利局录用为技术员,从事发明专利申请的技术鉴定工作。他利用业余时间开展科学研究,1905年,他发表了四篇开创性的论文,同年获黎世大学博士学位,这四篇论文分别是关於狭义相对论、质能等价、光的粒子性和布朗运动(Brownian Motion)方面的。1921年,他因对光电效应的研究而获诺贝尔物理学奖。,
9、1879-1955,爱因斯坦1908年兼任伯尔尼大学编外讲师。1909年离开专利局任苏黎世大学理论物理学副教授。1911年任布拉格德语大学理论物理学教授,1912年任母校苏黎世联邦工业大学教授。1914年,应马克斯普朗克和瓦尔特能斯脱的邀请,回德国任威廉皇家物理研究所所长兼柏林大学教授,直到1933年到美国普林斯顿大学(Princeton University)执教。1920年应亨德里克安东洛伦兹和保耳埃伦菲斯特的邀请,兼任荷兰莱顿大学特邀教授。第一次世界大战爆发后,他投入公开和地下的反战活动。,1915年爱因斯坦发表了广义相对论。他所作的光线经过太阳引力场要弯曲的预言于1919年由英国天文学
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