电磁学 视频教程 北京大学陈秉乾教授

电磁学是普通物理系列中最重要的基础课之一，是电工学、电子学、等离子体物理、磁流体力学、光的电磁理论等的基础，是经典物理的重要组成部分，也是近代物理和许多技术学科不可缺少的基础。

电磁学课程包括静电场、恒磁场、电磁感应、电磁介质、电路、麦克斯韦电磁场理论、电磁波等内容。

电磁学中最重要的概念是“场”。场与质点不同，是在空间具有连续分布的客体，它的规律要从总体上去把握。场在空间的分布不一定直接与场源相联系，临近各点之间场的分布也是紧密相关的。描述和处理“场”所需的概念（如通量、环量）和方法与力学、热学课程中所遇到的大不相同。电磁学课程第一次系统地向学生介绍“场”的概念和处理“场”的方法。按现代物理学的观点，粒子不过是场的激发态，“场”的概念比“粒子”更基本。通过“场”产生相互作用的观点与现代物理学的精神相通的。

本课程在阐述电磁学中基本的实验、概念、规律、理论时，结合相关内容，选取库仑、毕奥-萨筏尔、安培、法拉第、麦克斯韦等前辈大师的工作为例，适当介绍提出问题、抓住要害、克服困难、寻找联系、揭示本质、作出发现的历史过程，向学生展现科学发展的生动过程及必由之路，以此激发学生学习研究的兴趣和主动性，旨在使学生在学习基础知识的同时，也得到了科学素质的培养。

电磁学基本规律的广泛应用和近代发展对技术进步和人类文明产生了不可磨灭的深远影响，在学时允许的前提下，适当地作一些原理性的介绍。

本课程一直沿用赵凯华、陈熙谋教授编写的《电磁学》，考虑到与后继课程配合，避免重复，普物电磁学课程授课中，并未把《新概念物理教程 电磁学》中第三章的电磁场相对论变换作为授课基本内容。同时在授课中适当选用陈秉乾等编著的《电磁学专题研究》和陈秉乾、王稼军编著的《大学物理通用教程》电磁学等教材的有关内容

陈秉乾教授曾任教委物理、天文教学指导委员会基础物理指导组成员，全国高校电磁学研究会会长兼理事长，现任顾问，曾长期担任北大物理系普物教研室主任，长期主讲电磁学和非物理类物理课程,长期从事物理学史、物理教学、天体物理（等离子体物理）研究工作。

陈秉乾教授长期主讲电磁学，潜心钻研电磁学教学相关问题，在教学研究的基础上，他尝试在教学中适当介绍物理概念的形成和发展，揭示科学发展背景、思想渊源和认识过程，向学生展现科学发展的生动过程及必由之路，大大激发了学生学习研究的兴趣和主动性，使学生在学习基础知识的同时，也得到了科学素质的培养。例如，他以讲解库仑定律为例教学生应当从那几方面去考察一个基本定律；通过讲座的形式向学生介绍安培定律的建立过程、麦克斯韦电磁理论的建立过程，从而说明在物理学研究中，不仅要学会解决问题，更重要的是提出问题；从介绍一些开创性工作初期科学家的思想引伸到类比的威力、逻辑思维与直觉思维…。学生特别欢迎这样讲课，感到收获很大。校物理师资培训有主要贡献。北京大学《电磁学系列课程度改革和建设》获2005年国家教学成果一等奖。

主要著作有《中国大百科全书（简明卷）》物理部分、《物理学难题集粹》、《物理教学的理论思考》、《电磁学定律和电磁场理论的建立和发展》、《电磁学专题研究》、《大学物理通用教程•电磁学》，讲课精彩，受到学生欢迎，1997年由全校学生投票评为北京大学十佳教师。

电磁学教学大纲 （包括讲座共60学时）

第1章 静电场 参考学时 10
§1 库仑定律
扭称实验及其它实验，电力平方反比律
库仑定律的物理内涵
库仑定律的成立条件
电荷守恒定律，电荷的量子性
§2 电场 电场强度
电场，电场强度矢量
场强叠加原理
§3 静电场的高斯定理
源与旋，通量与环流
静电场的高斯定理
§4 静电场的环路定理 电势
静电场的环路定理
关于静电场高斯定理和环路定理的几点说明
电势
场强与电势的微分关系
§5静电场的基本微分方程 *

讲座：“电力平方反比律的理论与示零实验”；

第2章 静电场中的导体和电介质 参考学时 8
§1导体和电介质
§2 静电场中的导体
导体的静电平衡条件
导体空腔与静电屏蔽
导体的静电平衡的基本性质
静电场边值问题的唯一性定理
尖端放电及其应用
§3电容和电容器
孤立导体的电容
电容器及其电容
平行板电容器 球形电容器 同轴柱形电容器
分布电容
电容器的串并联
§4 电介质极化
极化的微观机制
极化的描绘
极化强度矢量P和极化电荷q’的关系
极化强度矢量P和总电场E的关系——极化规律
各向异性电介质 铁电体
例题
§4有介质时的静电场
有介质时的高斯定理 电位移矢量
应用例举
§5 静电场的边界条件
D的法向分量连续
E的切向分量连续
§5带电体系的静电能
带电体系的静电势能
电容器储存的静电能
静电场的能量

第3章 直流电 参考学时 4
§1电流的连续性方程 恒定条件
电流和电流密度矢量
电流的连续性方程 恒定条件
§2欧姆定律
欧姆定律（积分形式）
电阻率和电导率
欧姆定律（微分形式）
焦耳定律
金属导电的经典微观解释
§3 电源和电动势
电源的电动势
电源的路端电压
电源的功率
直流电路中的静电场的作用
温差电动势
§4 直流电路
简单电路
复杂电路 基尔霍夫定律

第4章 恒定磁场 参考学时 10
§1奥斯特实验
磁的基本现象
奥斯特实验
相关实验
研究课题
§2毕奥-萨伐尔定律
毕奥-萨伐尔定律的建立
磁感应强度
载流回路的磁场
§3磁场的“高斯定理”和“安培环路定律”
磁感应线
磁场的高斯定理
矢势*
磁单极*
安培环路定理
§4安培定律
安培定律的建立*
安培定律=毕萨定律+安培力公式
磁场对载流线圈的作用，磁矩

讲座：“毕奥－萨筏尔定律、安培定律的示零实验”；

§5 洛伦滋力
洛仑兹力
带电粒子在均匀电磁场中的运动
回旋加速器基本原理
霍耳效应
J.J.Thowmson的阴极射线实验，电子的发现
例题

讲座：“带电粒子在电磁场中的运动—磁约束、漂移、寝渐不变量”；

第5章 磁介质 参考学时 4
§1“分子电流”模型
§2 顺磁质与抗磁质
顺磁质
抗磁质
§3 磁化规律
磁化的描绘
磁化强度矢量M与磁化电流I’的关系
磁化强度矢量M与总磁感应强度B的关系
§4有磁介质存在时的磁场
有磁介质存在时的磁高斯定理
有磁介质存在时的安培环路定理
磁介质的磁化规律
§4 铁磁质
铁磁质的磁化规律
铁磁质磁化机制
铁磁材料的分类及其应用
§5 磁场的边界条件和磁路定理
B的法向分量连续
H的切向分量连续
磁路定理
磁屏蔽

第6章 电磁感应 参考学时 10
§1法拉第电磁感应定律
电磁感应现象的发现
法拉第对电磁感应的研究*
法拉第电磁感应定律
楞次定律
涡电流，电磁阻尼和电磁驱动

讲座：“法拉第电磁感应定律及其定量表达式”；

§2动生电动势 感生电动势 涡旋电场
动生电动势
感生电动势，涡旋电场
交流发电机原理
电子感应加速器
§3自感与互感
自感系数与互感系数
自感磁能与互感磁能
磁场的能量与能量密度
§4暂态过程
RL电路的暂态过程
RC电路的暂态过程
RLC电路的暂态过程
灵敏电流计

讲座：“超导体”；

第7章 交流电 参考学时 8
§1交流电概述
各种形式的交流电
简谐交流电的特征量
几点说明
§2交流电路中的基本元件
电阻元件
电感元件
电容元件
小结
§3 元件的串联、并联——矢量图解法
串联电路
并联电路
多个元件的串、并联电路
§4 交流电路的复数解法
交流电的复数表示法
串、并联电路的复数解法
串、并联电路的应用
复数形式的基尔霍夫定律
交流电桥
§5 谐振电路
串联谐振电路
并联谐振电路
Q值的物理意义
谐振电路应用例举
§6 交流电功率
瞬时功率、平均功率和功率因数
有功电阻与电抗
有功电流和无功电流
视在功率和无功功率
提高功率因数的意义
提高功率因数的方法
§7 变压器简介
理想变压器
电压变比公式
电流变比公式
阻抗变比公式
功率传输效率
§8 三相交流电
三相交流电
相电压、线电压
负载的联接
三相电功率

第8章 麦克斯韦方程组——电磁波 参考学时 6

讲座：“Maxwell电磁理论的建立”

§1位移电流
电磁场的基本规律
位移电流
§2麦克斯韦方程组
积分形式
微分形式
边界条件
§3电磁波
电磁波的产生和传播
赫兹实验
电磁波的性质
电磁场的能量与动量
电磁波的传输与辐射
电磁理论与时空观 狭义相对论的提出
麦克斯韦*

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