电磁学下——恒磁场与时变电磁场

本模块一总共有三节课，第一课向大家介绍前辈大师建立磁场的一些研究成果，目的在于让同学们了解物理学发展历史上一些极其重要的创造性的工作，期望通过对这些案例的介绍，让大家体会物理学是如何发展起来的，科学家是如何工作的，也可以让同学们欣赏这些卓越的工作；第二课主要介绍磁感应强度的定义，利用毕奥-萨筏尔定律和叠加原理求电流产生的磁感应强度；第三课是讲解了磁高斯定理和安培环路定理。这些应该是学习磁场基本规律最核心的内容，要求掌握如何运用微元法求磁感应强度，也要求会利用安培环路定理求电流具有对称性分布所产生的磁感应强度。应该看到，通过学习电场的规律，我们的已经了解处理场的方法，学会了利用对称性和微元法来解决问题，虽然磁场的规律与电场不同，但作为处理场的问题，都是具有连续分布客体的特点，因而，可以借鉴求电场强度的经验来处理已知电流分布求磁感应压强度的问题，只是要注意磁场与电场的区别，即电场力是径向力，而磁场力是横向力，因而两种场的性质是不同。前者是有源无旋场，后者是无源有旋场。在求磁感应强度的问题中，还要注意掌握叉乘的规律，注意空间方向性等。与微元法求磁感应强度的问题相应于《大学物理通用教程》电磁学p177 4-2、6、7、8、9，与利用对称性和安排环路定理求磁感应强度的问题相应于《大学物理通用教程》p178 4-11、12、14。习题比较多，大家要耐着性子坚持下去，坚持就是胜利！ 本模块也有一些练习题，主要注重对概念的理解，同学们可以作为自我测试，独立完成。

本模块有两节课,第一课的主要教学内容是安培力和洛伦兹力，这部分内容大家在中学了解的比较多，关键是要将中学所学到的知识整合到大学的体系中。第二课介绍各种带电粒子在电磁场中的运动的实例，带电粒子在磁场中的运动涉及到的内容十分广泛，因此在学习这部分内容时，要注意抓住重点，必须掌握的内容是洛伦兹力和经典霍尔效应，当然会涉及到一些应用和扩展性知识，对于扩展性知识，主要是了解，清楚基本原理很简单，但很有用，例如回旋加速器\等离子体的磁约束等一些与带电粒子在电磁场中运动的实例、霍尔效应的原理应用和它的发展，对物理学的发展以及科学技术的发展影响很大，量子霍尔效应和分数量子霍尔效应均获得诺贝尔物理学奖，像这样物理学发展历史上重大事件也是应该有所了解。相应的于《大学物理通用教程》电磁学p178 4- 16、17、19、20 、21、22、23。 本模块有一些练习题，主要注重对概念的理解，同学们应该在规定的时间内完成，希望大家作为自我测试，独立完成。

本模块的主要教学内容是磁介质，对于大家虽然是个陌生的知识点，但是由于前面接触过电介质极化，两者都是场对物质的作用问题，所以可以与电介质极化类比着学。本模块第一课是磁介质的磁化，这里是以分子电流观点为基本模型讨论磁介质磁化，所以与电介质极化的基本模型不同，首先要了解分子电流模型，接受磁场对分子磁矩的作用，了解作用的后果，明确磁化的规律。为第二课讨论有介质的磁场规律奠定基础。第二课将电流产生磁场的规律与磁介质中的磁场整合在一起，讨论有磁介质存在时的磁场规律即有磁介质存在时的安培环路定理和磁高斯定理。这两个定理说明有磁介质的磁场也是无源有旋场。磁介质可以分为顺磁质、抗磁质和铁磁质，对于不同类型的磁介质被磁化的微观机制和特点不同。对于各向同性的磁介质，求得H就可以求得B和M，而对于铁磁质，H和B不成比例，需要知道M的值方可求得B。第三课重点介绍了铁磁质的性质，这种磁介质的性质比较特殊，同学们可以着重定性的了解铁磁质磁化机制，磁滞回线以及以磁滞回线的特性来对铁磁质分类。最后介绍边界条件，与电场的边界条件类似的方法，将安培环路定理和磁高斯定理用于两种介质的边界上，假如边界上没有传导电流，则可以得到两种边界上B法向连续，H切向连续。本周的习题主要是相应于《大学物理通用教程》电磁学p208 5-1、5-2、5-3、5-5、5-6、5-8。 关于习题本模块有若干道练习题，主要注重对概念的理解，同学们可以作为自我测试，独立完成。

本模块的主要学习内容是第六章电磁感应，这部分内容对于来自中学的同学，是比较熟悉的。因此在学习时，要注意在中学学习的基础上提高对电磁感应的认识。第一课介绍电磁感应定律的建立，然后介绍研究产生感应电动势的原因，可以发现作为动生电动势的非静电力实际上是洛伦兹力的后果，而感生电动势的非静电力是涡旋电场力。由此引入了与静电场完全不同的涡旋电场。相应于《大学物理通用教程》电磁学的习题有p258 6-1、2、3、4、5、6、7；第二课通过研究由于电流变化而产生的感应电动势，将感应电动势与电流变化率相联系，因而又引入了自感电动势和互感电动势。如果说电磁感应规律的发现是在物理学历史上一个重大的突破，那么由于区分动生与感生电动势使人们了解了一种完全不同于静电场的涡旋电场，从而使人们更加深入地理解感应电动势的实质；而自感电动势与互感电动势的研究可以进一步推动电磁感应的应用。特别要抓住中学不熟悉的知识点如感生电动势、涡旋电场、自感、互感等。在这一节里,还研究了磁场能量,这里是以长直螺线管自感线圈的自感磁能演绎出自感磁能与磁场的场量（磁感应强度和磁场强度）导出磁能密度，从而进一步给出求磁场能量的普遍公式，由此可以看到磁场能量是定域在场中。相应于《大学物理通用教程》电磁学的习题有p258 6-8、9、10、11、12、14；第三课重点介绍了暂态电路，与第七章的交流电路类似暂态电路是由电感、电阻和电容组成的电路，暂态过程是指电路加载电源以后达到稳态之前的过程。在此过程中，电压、电流均会随时间变化。因而，与大家熟悉的直流电路相比会更加丰富一些，但十分重要。相应于《大学物理通用教程》电磁学的习题有p258 6-15、16、17。关于习题本模块也有若干道练习题，主要注重对概念的理解，同学们可以作为自我测试，独立完成。