电动力学郭硕鸿第二版前六章课件

### 电动力学郭硕鸿第二版前六章课件知识点总结 #### 1. 麦克斯韦方程组 麦克斯韦方程组是电磁理论的核心，它描述了电场与磁场如何相互作用以及如何随时间变化。在郭硕鸿教授编著的《电动力学》第二版教材中，前六章主要介绍了以下几种情况下麦克斯韦方程组的应用： - **真空中的麦克斯韦方程组**：这是最基础的形式，没有外部介质的影响。在真空中，麦克斯韦方程组可以表示为： \[ \begin{aligned} \nabla \cdot \mathbf{E} &= \frac{\rho}{\varepsilon_0}, \\ \nabla \cdot \mathbf{B} &= 0, \\ \nabla \times \mathbf{E} &= -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}, \\ \nabla \times \mathbf{B} &= \mu_0 \mathbf{J} + \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}. \end{aligned} \] 其中，\(\mathbf{E}\) 和 \(\mathbf{B}\) 分别代表电场强度和磁感应强度；\(\rho\) 和 \(\mathbf{J}\) 分别代表电荷密度和电流密度；\(\varepsilon_0\) 和 \(\mu_0\) 是真空中的介电常数和磁导率。 - **导体内的麦克斯韦方程组**：在导体内，由于自由电子的存在，电流密度很大，麦克斯韦方程组需要考虑欧姆定律的影响。此时，麦克斯韦方程组变为： \[ \begin{aligned} \nabla \cdot \mathbf{E} &= \frac{\rho}{\varepsilon_0}, \\ \nabla \cdot \mathbf{B} &= 0, \\ \nabla \times \mathbf{E} &= -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}, \\ \nabla \times \mathbf{B} &= \mu_0 (\sigma \mathbf{E}) + \mu_0 \varepsilon_0 \frac{\partial \mathbf{E}}{\partial t}. \end{aligned} \] 其中，\(\sigma\) 为导体的电导率。 - **介质中的麦克斯韦方程组**：在介质中，麦克斯韦方程组还需要考虑到极化和磁化的效应。此时方程组形式如下： \[ \begin{aligned} \nabla \cdot \mathbf{D} &= \rho_f, \\ \nabla \cdot \mathbf{B} &= 0, \\ \nabla \times \mathbf{E} &= -\frac{\partial \mathbf{B}}{\partial t}, \\ \nabla \times \mathbf{H} &= \mathbf{J}_f + \frac{\partial \mathbf{D}}{\partial t}, \end{aligned} \] 其中，\(\mathbf{D}\) 和 \(\mathbf{H}\) 分别是电位移和磁场强度；\(\rho_f\) 和 \(\mathbf{J}_f\) 分别是自由电荷密度和自由电流密度。 - **电磁场中的麦克斯韦方程组**：这通常是指在复杂电磁环境下的情况，包括上述所有情况的综合应用。 - **一定频率下（时谐电磁波）的麦克斯韦方程组**：在特定频率下，可以简化为时谐电磁波方程。这种情况下，方程可以进一步简化。 #### 2. 介质的电磁性质方程 介质的电磁性质方程主要涉及介电常数 \(\varepsilon\)、磁导率 \(\mu\) 和电导率 \(\sigma\) 的定义及其对电磁场的影响。这些参数决定了电磁波在介质中的传播特性，如折射率、反射率等。 - **介电常数 \(\varepsilon\)**：表征材料存储电场能量的能力。 - **磁导率 \(\mu\)**：反映材料存储磁场能量的能力。 - **电导率 \(\sigma\)**：描述材料导电性的能力。 #### 3. 波导管和谐振腔的区别 - **波导管**：用于引导和传输电磁波的一种管状结构，其内部的电磁波模式与自由空间中的不同。 - **谐振腔**：一种能够储存电磁能的腔体结构，内部电磁波满足特定边界条件，形成稳定的驻波模式。 #### 4. 示例解析 - **p43—例子**：通过一个具体的例子来解释麦克斯韦方程组在实际问题中的应用。 - **p46—7**：进一步探讨麦克斯韦方程组在特定条件下的应用案例。 #### 5. 特定问题分析 - **p71—例子一求空间电场**：通过一个具体的问题，展示如何利用麦克斯韦方程组求解特定条件下空间的电场分布。 #### 6. 计算练习 - **p93—1，3**：提供计算练习题目，加深对方程组的理解。 - **p94—4，6**：更多的计算练习，帮助理解电磁场的基本概念和计算方法。 #### 7. 平面电磁波波动方程 - **p135—平面电磁波波动方程**：介绍平面电磁波波动方程的推导过程及其物理意义，这是理解和分析时谐电磁波的基础。 #### 8. 亥姆霍兹方程推导 - **p137—推导亥姆霍兹方程**：通过对麦克斯韦方程组的进一步处理，得到亥姆霍兹方程，它是解决时谐电磁波问题的关键方程之一。此外，还会证明在时谐电磁波情况下，只需要考虑两个麦克斯韦方程即可。 以上是对郭硕鸿教授《电动力学》第二版前六章课件中核心知识点的总结。通过对这些知识点的学习和理解，可以帮助读者深入掌握电磁理论的基本原理和应用。