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1、毕业设计(论文)课 题 名 称 电场与磁场的比较研究 学 生 姓 名 马南茂 学 号 系、年级专业 理学与信息科学系 2023级物理学 指 导 教 师 朱湘柱 职 称 教 授 2023年 5 月 23 日电场与磁场的比较研究邵阳学院理学与信息科学系2023级物理学专业 马南茂指导老师：朱湘柱摘 要本文从理论的角度出发，结合一些简朴的实验手段，对电场进行研究并得出一些基本的电场性质，然后参照电场研究方法进而对磁场进行研究也得出磁场的基本性质。最后比较两者的基本性质，总结出它们的规律和联系。电场理论研究部分以电场的基本性质为重要内容，并介绍电场的出现过程以及学生结识电场的过程。磁场理论研究过程参考
2、电场的研究方法和电场的规律来得出磁场基本理论，第三部分内容为研究电场和磁场的联系，比较两者的一些性质，并提出电磁波的概念。全文的实验部分重要是电场线的模拟实验、通电直导线产生磁场的分布。关键字 电场强度；磁感应强度；电场线；磁感应线；电生磁；磁生电；电磁波Abstract From the theoretical point of view, combined with some simple experimental means of an electric field to study and draw some basic properties of the electric field
3、, and then refer to the electric field research methods to study the magnetic field and thus have come to the basic nature of the magnetic field. Finally, we compare two of the fundamental nature of the law, and summed up their contact. Theoretical research in the basic nature of the electric field
4、of the electric field as the main content, and describes the process of the electric field and the emergence students understand the process of the electric field. Theoretical study law field reference electric field research methods to derive the magnetic field and electric field of the basic theor
5、y, the third part of the contents of the study contact electric and magnetic fields, and some properties of comparison between the two, and put forward the concept of electromagnetic waves. Experimental simulation mainly full text field lines, the power distribution of the straight wire to produce a
6、 magnetic field, the closing coil current magnetic field generated by the cutting direction.Key words Electric field strength; magnetic induction; field lines; magnetic flux lines; electric magnetism; magnetic raw power; electromagnetic 目 录中文摘要英文摘要1 引言12 电场的概念与结识12.1 电场的结识过程12.2 电场的定义12.3 电场的基本属性 23
7、 磁场的概念与结识 53.1 磁场的结识过程 53.2 磁场的定义53.3 磁场的基本属性 64 电磁场的比较74.1电场和磁场基本性质的比较74.2 电场和磁场的互相激发84.3电场和磁场的互相激发的传播-电磁波 11参考文献：12致谢 131 引言人类对电磁现象的结识、研究以至应用，经历了相称长的时期。开始在很长的一段时期内仅仅停留在电磁现象的观测上.如磁现象的观测，早在我国古代（吕氏春秋）里就有“磁石召铁”的记载，在（论衡）中就有“司南之勺，投之于地，其柢指南”的关于指南针的记载。而磁现象的应用也早在1199年，北宋一书（萍洲可谈）就记载了指南针最早用于导航的文字记录，它比西方最早指南针
8、用于导航的文字记录早70年。静电现象的发现比较晚点，由于人们一直没有找到一种恰当的方式来产生稳定的静电场以及对它的测量。直到1660年盖里克发明了摩擦起电机，才有也许对电现象进行系统的研究，从此人类才开始对电现象有初步的结识。电荷发现后才提出来这种看不见摸不着但又实际存在的东西-电。在现代电场和磁场研究的基础上结合人类发现电磁场的过程总结出一些最常用的研究方法，对电磁场做一系统的阐述。2 电场的概念与结识2.1 电场的结识过程在中学学习物理的时候，是先接触电荷，然后是一些电荷之间的作用-库伦力。由于在一个存在电荷的空间中，用试探电荷放在其中的位置能产生力-库仑力，因此提出了电场这个概念，即在电
9、荷周边存在一种特殊的物质，它能使放入周边的电荷有力的作用。这种对电场的提出和结识也指出了电荷之间的作用力是通过电场实现的，就是一个电荷产生一个电场，对另一个放入电场中的电荷有力的作用。其实人类在探究电场的时候，也许就是在这么一些情况下发现的。随着电场研究的进一步，人们之后又发现产生电场不一定要有电荷，变化的磁场周边也存在电场，这是英国物理学家“麦克斯韦”在系统总结电磁场的规律后一方面提出后经实验证实而发现的。这个发现是物理领域中的重大发现，它给人类带来了现代文明.由于磁生电，电生磁，两者互相激发，由近及远地传播而形成电磁波，这些重要的发现引领人类进入信息与电气化时代。2.2 电场的定义电场是由
10、电荷或变化磁场在周边空间里而产生，它是一种特殊物质。电场这种物质与通常的实物不同，它不是由分子原子所组成，但它是客观存在的。电场具有与实物同样的基本属性，电场对放入其中的电荷有作用力，这种力称为电场力。电场（强度）的定义就用物理量E=F/q，即单位电荷所受到的电场力来定义。使用法拉第电场线的概念，电场（强度）E=N/S，即单面积上垂直穿过的电场线的条数来定义。2.3 电场的基本属性2.3.1 电场的描述电场的强弱用电场强度来描述，符号是E，电场强度简称场强。电场的描述有两种观点，第一种是力学的观点，即从电荷受力的大小或电场线的条数去描述场的强弱，即单位电荷所受到的电场力E=F/q或单面积上垂直
11、穿过的电场线的条数E=N/S来描述；第二种是能量的观点，即从电场对电荷因受力移动而做功去描述场。电场是一个矢量场，其方向为正电荷所受电场力方向，与负电荷所受电场力方向相反。2.3.2 电场力的性质我们知道两个点电荷之间的作用力是通过电场来实现的，其中一个点电荷是在另一个点电荷产生的电场中你受到了一个电场力，这种现象体现了电场力的性质。两个点电荷的作用力通过实验得到为：这是在真空中的条件下才成立的。带电体受到的电场力是带电体中各部分收到的力的合力，对于点电荷而言，就等于这点的场强和电荷量的乘积，即在真空中的任意静电场中，通过任意闭合曲面的电通量等于这个闭合曲面所包围的电荷的代数和乘以0的倒数,这
12、就是电场的高斯定理。应用微积分表达出来就是：这个定律刻划了静电场的一个基本性质，说明电场是有源场。从而深刻的表白了电场不能无中生有，也不会自生自灭，它和电荷具有不可分割的关系。跟物体在重力场中移动过程中重力做功同样，电荷在电场中移动时电场力做功。电荷在静电场中从一点移到另一点时，电场力的功的值只跟始末两点的位置有关，而和所通过的途径的形状完全无关假如电荷在静电场中的某点出发沿任意闭合途径又回到原出发点(即始末两点，在同一位置)，电场力所做的功等于零。由于电场力和电场都有这种特点，因此电场力和电场称为保守力和保守场用静电场的安培环路定理表达如下： 2.3.3 电场能的性质 在电场中，假如我们把一
13、个带电体在其中移动，一方面我们知道带电体会受到力的作用，然后我们也会知道这个电场力也许会做了功（带电体不是在等势面运动的情况下），或者我们把一个带电体放入电场中，这个电荷会在电场力的作用下运动，从而让带电体有了动能。综合上许我们知道了电场具有能的性质。为了更好的研究电场能的性质，我们引入了以下几个物理量： 电势A：电场中某点的电势，等于单位正电荷由该点移动到参考点（零电势点）时电场力所做的功（也可以是带电体从该点移动到参考点所做的功和带电体带点量的比值）。表达式：A=Ep/q 单位：伏特（V） 电势是标量，正负表达这个点比零电势高还是低。电势差UAB：试探电荷在电场中从A点运动到B点电场力所做的功和试探电荷的带点量比值（也可以是单位正电荷由A点移动到B点时电场力所做的功）。由定义知道电势差UAB和试探电荷的带点量没有关系，由于试探电荷越大，所做的功就越大，但是功和电荷量比值不会变。所以电势差反映的是电场中一点到另一点之间能的性质
