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物理电磁学的主要内容是什么

主要内容:详细地阐述了静电场、恒定电流、磁场、电磁感应、交变电流和电磁波等高中电磁学范围内的高考重、难点及竞赛的特点与趋势,并附有四份高中电磁学竞赛模拟题及参考答案。

电磁学是物理学的一个分支,起源于近代。广义的电磁学可以说是包含电学和磁学,但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。主要研究电磁波,电磁场以及有关电荷,带电物体的动力学等等。

何为电磁学,电磁学包含了哪些内容呢?

电磁学是研究电、磁和电磁的相互作用现象,及其规律和应用的物理学分支学科。根据近代物理学的观点,磁的现象是由运动电荷所产生的,因而在电学的范围内必然不同程度地包含磁学的内容。所以,电磁学和电学的内容很难截然划分,而“电学”有时也就作为“电磁学”的简称。

早期,由于磁现象曾被认为是与电现象独立无关的,同时也由于磁学本身的发展和应用,如近代磁性材料和磁学技术的发展,新的磁效应和磁现象的发现和应用等等,使得磁学的内容不断扩大,所以磁学在实际上也就作为一门和电学相平行的学科来研究了。

电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科,主要是基于两个重要的实验发现,即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。这两个实验现象,加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设,奠定了电磁学的整个理论体系,发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。

麦克斯韦电磁理论的重大意义,不仅在于这个理论支配着一切宏观电磁现象(包括静电、稳恒磁场、电磁感应、电路、电磁波等等),而且在于它将光学现象统一在这个理论框架之内,深刻地影响着人们认识物质世界的思想。

电子的发现,使电磁学和原子与物质结构的理论结合了起来,洛伦兹的电子论把物质的宏观电磁性质归结为原子中电子的效应,统一地解释了电、磁、光现象。

和电磁学密切相关的是经典电动力学,两者在内容上并没有原则的区别。一般说来,电磁学偏重于电磁现象的实验研究,从广泛的电磁现象研究中归纳出电磁学的基本规律;经典电动力学则偏重于理论方面,它以麦克斯韦方程组和洛伦兹力为基础,研究电磁场分布,电磁波的激发、辐射和传播,以及带电粒子与电磁场的相互作用等电磁问题,也可以说,广义的电磁学包含了经典电动力学

电磁学是什么

电磁学

electromagnetism

经典物理学的一个分支学科。主要研究电荷、电流产生电、磁场的规律,电、磁场对电荷、电流作用的规律,电 、磁场的相互联系和运动变化的规律,电路的导电规律,以及电磁场对物质的各种效应等。由于电磁现象的普遍存在和广泛应用,电磁学已经成为自然科学和技术科学的重要基础 ,电子学、电工学、材料科学等都是以电磁学为基础建立和发展起来的。

历史和发展 人类对电磁现象及其规律和本质的认识与探索经历了漫长的历史过程。早在中国古代,就已有“慈石(磁石)召铁”、“瑇瑁(玳瑁)吸??(细小物体)”等记载,并发明了“司南勺(指南针)”。在西方,也有磁石指南北,琥珀、煤玉等摩擦后能吸引轻小物体等发现。18世纪,电现象的研究有了迅速发展:区别了导体和绝缘体;认识到电有两种,同种相斥,异种相吸、结合中和;莱顿瓶、起电机、伏打电池的发明,解决了电的贮存和产生,为电的研究提供了重要条件;B.富兰克林的风筝实验,证明雷闪是放电,所发明的避雷针成为电研究的第一个实际应用;更重要的是,C.dAe库仑 通过精巧的扭秤实验得出电力与距离平方成反比 ,库仑定律的建立标志着电学步入了科学的行列。

1820年,H.C.奥斯特发现的电流磁效应,揭示了电现象和磁现象之间的联系,宣告了电磁学的诞生。紧接着,J.B.毕奥、F.萨伐尔 、P.S.M.de 拉普拉斯确立了电流磁效应的定量规律。A.M.安培则根据当时的一系列实验,提出磁现象的本质是电流,物质的磁性来源于分子电流的看法,把涉及电流与磁体的各种相互作用归结为电流的相互作用,并通过精心设计的示零实验 ,得出 了电流元之 间相互作用力的规律——安培定律 。1826年 ,G.S.欧姆定律的建立为电路的研究奠定了基础,也是对材料电磁性质研究的开端。

1831年,M.法拉第发现了电磁感应现象,并进行了深入的研究。电磁感应不仅从另一个侧面揭示了电磁现象之间的联系,而且标志着对电磁现象的实验研究已经从静态向变化运动的动态发展。法拉第还发现了电解定律,磁光效应,用实验证明了各种电的同一性以及电荷守恒定律,统一解释了物质的顺磁性和抗磁性,研究了极化现象和静电感应现象等等。更值得强调的是,法拉第认为电力和磁力是通过电力线和磁力传递的,他认为力线是物质的,是认识电磁现象必不可少的组成部分,甚至比产生或汇集力线的源更富有研究的价值。法拉第广泛的实验研究和在当时独树一帜的彻底的近距作用观点为电磁场理论的建立奠定了基础。

库仑定律、毕奥-萨伐尔-拉普拉斯定律、安培定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律的先后得出,标志着建立统一电磁理论的实验基础已经具备。J.C.麦克斯韦继承了法拉第的近距作用观点,把客观存在的、作为电磁作用媒递物的电磁场取作研究对象,开辟了物理学研究的新天地。麦克斯韦审查了当时全部电磁学定律、定理的基础,提取其中带有普遍意义的内容,并拓宽了它们的成立条件。麦克斯韦提出有旋电场和位移电流概念来描述电、磁场的内在联系和相互依存,并利用矢量分析的数学手段,终于在1865年建立了电磁场理论的完备方程组——麦克斯韦方程组。电磁波预言的实验证实,宣告了电磁场理论的胜利,证明了电磁场的客观存在,提出了光的电磁理论。1896年H.A.洛伦兹提出电子论,把麦克斯韦方程组用到微观领域,并把物理的电磁性质归结为原子中电子的效应,统一地解释了电、磁、光现象。1905年A.爱因斯坦建立的狭义相对论,否定了以太参考系,使得麦克斯韦方程组和洛伦兹力公式在所有惯性参考系中都成立。由于物质的电结构是物质的基本组成形式,电磁场是物质世界的重要组成部分,电磁作用是物质的基本相互作用之一,电磁过程是自然界的基本过程,因此 ,电磁学不仅是物理学各个领域的基础,也是化学、生物学等基础学科以及许多交叉、边缘学科的基础。

伴随着对电磁现象及其规律的研究,一系列重要的应用极大地推动了科学技术和物质生产的发展,并且几乎伸展到人类生活的一切方面,电已经成为近代社会的标志和象征 。化学电源和T.A.爱迪生发明的电灯驱除了黑暗,电报、电话的发明和大西洋电缆的铺设成功征服了山山水水的阻隔,发电机、电动机的发明及电能的远距离输送,彻底改变了工业生产和交通运输的面貌,广播、通讯、电视等提供了前所未有的传播媒介,蓬勃发展的无线电电子学、电工学、材料科学等的各种成果已经渗透到社会生活的各个方面。

基本内容 静电学研究静止带电体产生电场 、电场对电荷作用的规律,静电场的性质,以及电场和物质的相互作用等问题。电场使导体感应,使电介质极化,感应和极化是物质对电场的响应,感应电荷和极化电荷产生的附加电场改变了原有的电场分布,两者相互联系相互制约。

静磁学研究恒定电流产生的磁场、磁场对电流作用的规律,静磁场的性质,以及磁场和物质的相互作用等问题。运动电荷所受的洛伦兹力决定了带电粒子在电磁场中的运动 。磁场对电流的安培力就是洛伦兹力的宏观表现,磁场使磁介质磁化,磁化电流产生的附加磁场改变了原有的磁场分布 ,两者相互联系,相互制约。磁介质有顺磁质、抗磁质和铁磁质的区分,铁磁质因磁性很强而有重要的应用,铁磁质有独特的磁化规律。电磁场是电磁学的重要内容,它涉及电磁场的相互联系和运动变化规律。变化的磁场产生有旋电场,这是与电荷产生的静电场性质截然不同的另一种电场。变化的电场产生磁场,麦克斯韦用位移电流描述变化的电场。有旋电场和位移电流概念深刻地揭示了电、磁场的内在联系和相互依存。总的电场是电荷产生的电场与有旋电场之和,总的磁场是电流和位移电流产生的磁场之和,电磁场是不可分割的统一体 。 电磁场的运动变化遵循麦克斯韦方程组,以电磁波的形式传播,光就是一种电磁波。电磁场具有能量和动量,电磁波的传播伴随着能量和动量的传播,可以和实物交换能量和动量,这些不仅是电磁场的重要性质,也为它的物质性提供了证据。

电路包括直流电路和交流电路,分别研究恒定条件和周期性变化(非迅变)条件下的电路定律和性质。欧姆定律和基尔霍夫定律是研究直流和交流电路的基础,有广泛的应用。

电磁效应种类繁多,是电磁学与物理学其他部门以及其他学科联系的纽带,有助于了解物质的结构以及物质中发生的各种基本过程。电磁测量也是电磁学的组成部分,包括所有电磁量的测量以及非电磁量的电磁测量。

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