电磁学电子教案 使用教材：赵凯华、陈熙谋编的第二版 主讲人：陈绍英、王启文、石鹏、李艳华 呼伦贝尔学院物理系普通无力教研室 电磁学课题组

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1 电磁学电子教案 使用教材：赵凯华、陈熙谋编的第二版 主讲人：陈绍英、王启文、石鹏、李艳华 呼伦贝尔学院物理系普通无力教研室 电磁学课题组
2006年9月制作

2 绪论 x.1 电磁学研究的对象 x.2 电磁学发展简史 x.3 电磁学的内容及结构 x.4 电磁学课程的地位和作用

3 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。

4 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。

5 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。

6 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。

7 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；

8 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。

9 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。

10 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。

11 x.3 电磁学的内容及结构 电磁学内容共分七章：静电场、静电场中的导体的电介质、稳恒电流、稳恒磁场、电磁感应和暂态过程、磁介质、麦克斯韦电磁理论。 电磁学的内容按性质来分，主要有“场”和“路”两部分。书中的第一、二、四、五、六、八章属于前者，第三章属于后者。

12 x.4 电磁学课程的地位和作用 《电磁学》这门课程是物理教育专业的专业基础课。它是后续课程《电工学》、《电子技术基础》等课程的基础。