【精品】高二物理 （人教大纲版）第二册 第十八章 电磁和电磁波 三、电磁场(备课资料)VIP免费

●备课资料1.麦克斯韦电磁理论的建立麦克斯韦（JamesClarkMexwell,1831~1879)是英国的理论物理学家、数学家.1831年6月13日生于英国爱丁堡.他的父亲是一个科学家，他从小就受到科学的熏陶，15岁时向英国皇家学会递交数学论文，发表在《爱丁堡皇家学会学报》上，第一次显露出他出众的才华.1847年，考入爱丁堡大学学习数学和物理学.1850年转入剑桥大学，1854年毕业后留校工作，1856~1865年，他先后在阿丁见大学和伦敦皇家学院任教.1871年，麦克斯韦任剑桥物理实验室主任，1874年，他主持建立的卡文迪许实验室竣工，任该实验室首任主任.1879年11月5日，麦克斯韦在剑桥逝世.麦克斯韦在电磁场理论方面的工作深受法拉第的影响.他信服法拉第的思想，决心为法拉第的场的概念提供数学方法的基础.尤其是他在伦敦皇家学院任教期间，有机会拜访了法拉第以后，更加强了他的这种信念.年轻的麦克斯韦以他卓越的数学才能和严密的逻辑推理，对法拉第的直观形象的电磁场理论加以高度概括，并总结了当时电磁学的研究成果，建立了电磁场方程，确立了电磁场理论.麦克斯韦关于电磁场理论共发表了四篇文章，即1855年发表的《法拉第力线》，1862年发表的《论物理的力线》，1865年发表的《电磁场动力学》和1873年发表的《电磁场通论》.由此可见，麦克斯韦对电磁场理论的建立经过了长期的探索和研究，是实践和理论的高度统一.麦克斯韦电磁场方程组可以概括为以下的微分形式式中ρe0是自由电荷的体密度，是传导电流密度，是位移电流密度.2.麦克斯韦方程的深刻启示麦克斯韦方程是描述电磁场性质和运动变化规律的一组方程.麦克斯韦方程的建立宣告了电磁场理论的诞生，不仅具有深刻的理论意义，而且具有广泛的应用前景，对人类社会的发展产生了巨大而深远的影响.在物理学中，电磁场理论是继牛顿力学之后划时代的伟大成就，麦克斯韦和法拉第由此当之无愧地被誉为19世纪最伟大的物理学家.在物理教学中，电磁场理论理所当然地成为不可或缺的重要基础内容，涉及几门课程，其中电磁学课程承担着建立麦克斯韦方程的重任.麦克斯韦方程形式简捷，内容广泛，尤其值得强调的是，物理思想极为深刻，方法论教益非常丰富.我们认为，应该结合有关内容的讲授，把前辈大师创造性发现的精髓介绍给学生，这是历史的启示，寓意深远，弥足珍贵，切切不可等闲视之.（1）近距作用观点的指导意义自牛顿力学以来，寻找不同现象之间的联系，发现各个局部的规律，并进而提供统一的理论解释，已经成为推动物理学发展的强大动力，成为一代代物理学家的持久追求.19世纪30年代，电磁学的基本实验定律——库仑定律、毕萨拉定律、安培定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律先后得出，建立统一电磁理论的条件已经具备，时机已经成熟.面对着这一重大理论课题，出现了截然不同的两种物理观点和指导思想，提出了性质根本不同的两种问题，导致完全不同的结果.以韦伯和诺埃曼为代表的超距作用观点认为，电力和磁力是超越空间既无需媒质传递又无需传递时间的直接作用.在他们看来，电磁场只是描述电磁作用的一种手段，并非客观存在，因而也就不存在研究电磁场的问题.韦伯建立的超距作用电磁理论，把各种电磁作用都归结为库仑力以及运动电荷之间的作用力（后称为韦伯力），为静电作用、电流作用和电磁感应（动生电动势）提供了统一的解释.但是，韦伯的超距作用电磁理论未能提出任何有价值的预言，又存在着机制上的困难，已经成为历史的遗迹，鲜为人知.与当时占统治地位的超距作用观点不同，法拉第通过电介质对静电作用的影响、物质的抗磁性等大量实验研究，认识到电磁作用与其间的介质有关.法拉第设想，在带电体、磁体或电流周围存在着某种由它们产生的无处不在的力线（或场），电磁作用正是通过力线（或场）传递的、需要传递时间的近距作用.法拉第在解释他发现的电磁感应现象时，进一步把静态的力线图像发展到动态，并把电力线与磁力线联系起来，他甚至猜测电磁作用以波动的形式传播.在法拉第看来，力线（或场）是物理实在，具有种种物理性质，发生种种物理过程.法拉第明确指出，力线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（电荷，电流...