物理光学-试讲.ppt

“物理光学”课程试讲 试讲人：杨振宇 参考书 《物理光学敎程》，谢敬辉 等，北京理工大学出版社，2005 《物理光学》，梁铨廷，机械工业出版社, 1987 《光学敎程》，叶玉堂 等，清华大学出版社，2005 《物理光学理论与习题》，梁铨廷，机械工业出版社, 1985 第一章 光的电磁理论 二、微分形式 积分形式?微分形式 （通过数学变换） 1-1 静态电磁场规律（dF/dt 0，F D,E,B,或H） 1-1 ?交变电场?位移电流ID ?磁场 1-1 麦克斯韦方程组的积分形式 1-1 1-1 麦克斯韦方程的微分形式 1-1 场量并不独立，物质方程建立它们之间的联系 1-2 电磁场的波动性 1-2 人物传记－麦克斯韦 詹姆斯?克拉克?麦克斯韦 James Clerk Maxwell 1831~1879 英国物理学家 14岁在中学时期就发表了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》 24岁发表了第一篇关于电磁学的论文 《法拉第的力线》 31岁发表了第二篇电磁论文《论物理的力线》 33岁发表了第三篇论文《电磁场的动力学理论》 42岁完成巨作《电学和磁学论》一书 爱因斯坦把他的电磁场贡献评价为“自牛顿时代以来物理学所经历的最深刻最有成效的变化。” 普朗克评价他的一生：“麦克斯韦的光辉名字将永远载入科学史册，永放光芒。他的灿烂一生属于爱丁堡，属于剑桥大学，更属于全世界”。 * * 1-1 麦克斯韦方程组 基本物理量E，D，H，B，Q，I 一、积分形式 由静态电磁场?交变电磁场 交变电磁场的引入 ?交变磁场?感应电动势E ?电场E 法拉第定律 积分形式 微分形式 （利用数学变换） 有关闭合曲面的积分 高斯定理 有关环路积分（斯托克斯定理） ?—介电常数，? —磁导率，? —电导率 麦克斯韦方程组 波动方程 E, B 设无限大各向同性均匀介质中， ?、 ?为常数，远离辐射源，? 0，j 0 波动方程 光速 ?介质中v ?真空（空气）中 折射率 于是，他发表了第一篇电磁学论文《论法拉第的力线》。在这篇论文中，法拉第的力线概念获得了精确的数学表述，并且由此导出了库仑定律和高斯定律。这篇文章还只是限于把法拉第的思想翻译成数学语言，还没有引导到新的结果。1862年他发表了第二篇论文《论物理力线》，不但进一步发展了法拉第的思想，扩充到磁场变化产生电场，而且得到了新的结果：电场变化产生磁场，由此预言了电磁波的存在，并证明了这种波的速度等于光速，揭示了光的电磁本质。这篇文章包括了麦克斯韦研究电磁理论达到的主要结果。1864年他的第三篇论文《电磁场的动力学理论》，从几个基本实验事实出发，运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁理论。1873年出版的《电学和磁学论》一书是集电磁学大成的划时代著作，全面地总结了19世纪中叶以前对电磁现象的研究成果，建立了完整的电磁理论体系。这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》和赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的著作。他的理论为近代科学技术开辟了崭新的道路，可是他的功绩生前却未得到重视。直到他死后许多年 1887 ，在赫兹证明了电磁波存在后，人们才意识到他是自牛顿以来最伟大的理论物理学家。 * *