1、同學(xué)們好！ 9.6 位移電流 電磁場(chǎng)理論 麥克斯韋提出又一重要假設(shè)：位移電流隨時(shí)間變化的磁場(chǎng) 感生電場(chǎng)（渦旋電場(chǎng)）隨時(shí)間變化的電場(chǎng) 磁場(chǎng)對(duì)稱性一.問題的提出1.穩(wěn)恒磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理：穿過以L為邊界的任意曲面的傳導(dǎo)電流非穩(wěn)恒情況如何？2.非穩(wěn)恒情況舉例：電容器充放電取回路 ，作以 為邊界的曲面導(dǎo)線穿過導(dǎo)線不穿過說(shuō)明將安培環(huán)路定理推廣到一般情況時(shí)需要進(jìn)行補(bǔ)充和修正.對(duì)矛盾！對(duì)(1)出現(xiàn)矛盾的原因：非穩(wěn)恒情況下傳導(dǎo)電流不連續(xù)（ 流入 ，不流出 ）傳導(dǎo)電流不連續(xù)的后果：電荷在極板上堆積。 電荷密度隨時(shí)間變化（充電 ，放電 ） 極板間出現(xiàn)變化電場(chǎng) .(2)解決問題思路：尋找極板上傳導(dǎo)電流與極板間變化電

2、場(chǎng)之間的關(guān)系 .大小：傳導(dǎo)電流板間電場(chǎng)結(jié)論與 同向與 同向充電放電與 反向與 同向板間電場(chǎng)的電位移矢量 對(duì)時(shí)間的變化率 等于極板上的傳導(dǎo)電流密度 .穿過極板的電位移通量 對(duì)時(shí)間的變化率 等于極板上的傳導(dǎo)電流 .傳導(dǎo)電流 在極板上中斷，可由 接替 ；可由 接替 .傳導(dǎo)電流密度 在極板上中斷 ，解決了非穩(wěn)恒情況電流的連續(xù)性問題 將 視為一種電流， 為其電流密度 .(3)問題的解決辦法：充電放電二. 位移電流1. 就電流的磁效應(yīng)而言，變化的電場(chǎng)與電流等效.稱為位移電流真空中：揭示變化電場(chǎng)與電流的等效關(guān)系2. 物理意義空間電場(chǎng)變化電介質(zhì)分子中電荷微觀運(yùn)動(dòng)3. 比較載流子宏觀定向運(yùn)動(dòng)變化電場(chǎng)和極化電荷的

3、微觀運(yùn)動(dòng)只在導(dǎo)體中存在并產(chǎn)生焦耳熱無(wú)焦耳熱，在導(dǎo)體、電介質(zhì)、真空 中均存在都能激發(fā)磁場(chǎng)起源特點(diǎn)共同點(diǎn)傳導(dǎo)電流位移電流三. 安培環(huán)路定理的推廣對(duì)對(duì)不矛盾！2. 推廣的安培環(huán)路定理1. 全電流對(duì)任何電路，全電流總是連續(xù)的四、 麥克斯韋方程組 麥克斯韋是19世紀(jì)偉大的英國(guó)物理學(xué)家、數(shù)學(xué)家。主要從事電磁理論、分子物理學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理學(xué)、光學(xué)、力學(xué)、彈性理論方面的研究。尤其是他建立的電磁場(chǎng)理論，將電、磁、光、統(tǒng)一起來(lái)，是19世紀(jì)物理學(xué)發(fā)展的最光輝的成果，是科學(xué)史上最偉大的綜合之一。麥克斯韋（J.C.Maxwell)簡(jiǎn)介 (1831-1879)生平 在法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)定律那一年，即1831年，麥克斯韋在英國(guó)

4、的愛丁堡出生了。他從小聰明好問。父親是個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)師，很賞識(shí)自己兒子的才華，常帶他去聽愛丁堡皇家學(xué)會(huì)的科學(xué)講座。十歲時(shí)送他到愛丁堡中學(xué)。在中學(xué)階段，他就顯示出了在數(shù)學(xué)和物理方面的才能，十五歲那年就寫了一篇關(guān)于卵形線作圖法的論文，被刊登在愛丁堡皇家學(xué)會(huì)學(xué)報(bào)上。1847年，十六歲的麥克斯韋考入愛丁堡大學(xué)。1850年又轉(zhuǎn)入劍橋大學(xué)。他學(xué)習(xí)勤奮，成績(jī)優(yōu)異，經(jīng)著名數(shù)學(xué)家霍普金斯和斯托克斯的指點(diǎn)，很快就掌握了當(dāng)時(shí)先進(jìn)的數(shù)學(xué)理論。這為他以后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。1854年在劍橋大學(xué)畢業(yè)后，曾先后任亞伯丁馬里夏爾學(xué)院、倫敦皇家學(xué)院和劍橋大學(xué)物理學(xué)教授。他的口才不行，講課效果較差。主要貢獻(xiàn) 麥克斯韋在電磁學(xué)方面

5、的貢獻(xiàn)是總結(jié)了庫(kù)侖、高斯、安培、法拉第、諾埃曼、湯姆遜等人的研究成果特別是把法拉第的力線和場(chǎng)的概念用數(shù)學(xué)方法加以描述、論證、推廣和提升，創(chuàng)立了一套完整的電磁場(chǎng)理論。 麥克斯韋除了在電磁學(xué)方面的貢獻(xiàn)外，還是分子運(yùn)動(dòng)論的奠基人之一。一.麥克斯韋方程組的積分形式 高斯定理環(huán)路定理磁場(chǎng)電場(chǎng)靜電場(chǎng)感生電場(chǎng)一般電場(chǎng)麥克斯韋方程組積分形式微分形式二. 意義1. 是對(duì)電磁場(chǎng)宏觀實(shí)驗(yàn)規(guī)律的全面總結(jié)和概括， 是經(jīng)典物理三大支柱之一 .未發(fā)現(xiàn)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(kù)侖定律感生電場(chǎng)假設(shè)電場(chǎng)性質(zhì)變化磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)變化電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)磁場(chǎng)性質(zhì)方 程實(shí) 驗(yàn) 基 礎(chǔ)意 義方程中各量關(guān)系：定義：2. 揭示了電磁

6、場(chǎng)的統(tǒng)一性和相對(duì)性電荷與觀察者相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同時(shí)，電磁場(chǎng)可以表現(xiàn)為不同形態(tài)。電磁場(chǎng)是統(tǒng)一的整體空間帶電體對(duì)相對(duì)其靜止的觀察者 靜電場(chǎng)對(duì)相對(duì)其運(yùn)動(dòng)的觀察者電場(chǎng)磁場(chǎng)3. 預(yù)言了電磁波的存在(自由空間 )變化電場(chǎng) 變化磁場(chǎng)變化電場(chǎng) 磁場(chǎng)變化磁場(chǎng) 電場(chǎng)如振蕩偶極子可脫離電荷、電流在空間傳播電磁波4. 預(yù)言了光的電磁本性電磁波的傳播速率實(shí)驗(yàn)證實(shí)：德國(guó)科學(xué)家赫茲（1888 年完成）用電磁波重復(fù)了所有光學(xué)反射、折射、衍射、干涉、偏振實(shí)驗(yàn).相距10米赫茲（德.18571894）互補(bǔ)法拉第：來(lái)自社會(huì)底層、實(shí)驗(yàn)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、提高 .大4

7、0歲歷史之旅實(shí)驗(yàn) 理論 實(shí)驗(yàn)法拉第 麥克斯韋 赫茲 藍(lán)圖（基礎(chǔ)）建設(shè)大廈使其中住滿人二者結(jié)合：理想類型的物理學(xué)家 起初當(dāng)我看到你用這樣的數(shù)學(xué)威力來(lái)針對(duì)這樣的主題，我?guī)缀鯂槈牧恕：髞?lái)我才驚訝地看到，這個(gè)主題居然處理得如此之好！ 1857年法拉第給麥克斯韋的回信5. 是經(jīng)典物理 近代物理橋梁麥?zhǔn)戏匠滩粷M足伽利略變換 相對(duì)論建立“我曾確信，在磁場(chǎng)中作用于一個(gè)運(yùn)動(dòng)電荷 的力不過是一種電場(chǎng)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(duì)論 .” 愛因斯坦創(chuàng)新物理概念（渦旋電場(chǎng)、位移電流）嚴(yán)密邏輯體系簡(jiǎn)潔數(shù)學(xué)形式正確科學(xué)推論（兩個(gè)預(yù)言）在概括電磁經(jīng)驗(yàn)規(guī)律的歷史發(fā)展中，導(dǎo)致了力線的概念。用數(shù)學(xué)形式表達(dá)

8、這一概念，給出了麥克斯韋方程組。麥克斯韋方程組導(dǎo)致了場(chǎng)論的誕生，而場(chǎng)論至今仍然是粒子物理的中心論題。麥克斯韋方程組還導(dǎo)致了洛侖茲變換的概念，這個(gè)變換通過愛因斯坦的工作揭示了平直時(shí)空的幾何。 摘自楊振寧文錄電磁的經(jīng)驗(yàn)規(guī)律力線麥克斯韋方程組（第一場(chǎng)論）洛侖茲變換平直時(shí)空的幾何第二場(chǎng)論彎曲時(shí)空的幾何第三場(chǎng)論非阿貝爾規(guī)范場(chǎng)纖維叢幾何6. 局限性（1）是在承認(rèn)電荷連續(xù)分布基礎(chǔ)上建立的宏觀 經(jīng)典理論，未和物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)聯(lián)系起來(lái) .（2）不完全對(duì)稱 ？不存在磁單極 .1895年： 湯姆生發(fā)現(xiàn)電子 .20 世紀(jì)初： 洛侖茲建立電磁現(xiàn)象微觀理論經(jīng)典電子論量子電磁理論思考：如果存在磁單極，麥克斯韋方程如何修正 ？引

9、入磁荷 、磁流由對(duì)稱性：?期末復(fù)習(xí)要點(diǎn)大學(xué)物理III第一章 質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)學(xué)小結(jié)一、描述運(yùn)動(dòng)學(xué)的四個(gè)基本物理量以及運(yùn)動(dòng)方程1、位置矢量，位置，速度，加速度2、運(yùn)動(dòng)方程：矢量式，標(biāo)量式3、運(yùn)動(dòng)學(xué)的兩類基本問題求解（以運(yùn)動(dòng)方程為核心）二、圓周運(yùn)動(dòng)1、自然坐標(biāo)下的線量描述2、極坐標(biāo)下的角量描述3、角量與線量的關(guān)系三、運(yùn)動(dòng)描述的相對(duì)性1、伽利略變換2、絕對(duì)時(shí)空觀3、力學(xué)相對(duì)性原理1.基本實(shí)驗(yàn)定律庫(kù)侖定律、畢 沙定律、安培定律、法拉弟電磁感應(yīng)定律電磁學(xué)（10 13章）2.基本概念和理論 靜電場(chǎng) 高斯定理 穩(wěn)恒磁場(chǎng) 環(huán)路定理基本性質(zhì)（有源、保守）位移電流、感生電場(chǎng)概念電磁場(chǎng)的統(tǒng)一性麥克斯韋方程組及其物理意義3. 基本計(jì)算2） U 的計(jì)算疊加法場(chǎng)強(qiáng)積分零勢(shì)點(diǎn)選?。环侄畏e分1） 的計(jì)算疊加法高