大學(xué)物理：電磁學(xué)PPT

1、點(diǎn)電荷的電場：(electric field due to a point charge)電場強(qiáng)度：庫侖定律：電場疊加原理：(electric field)(Coulombs law)(superposition principle of electric field)12電流元的磁場1運(yùn)動電荷的磁場運(yùn)動電荷的磁場：P*畢奧-薩伐爾定律3磁場的疊加原理212345678判斷下列各點(diǎn)磁感強(qiáng)度的方向和大小.1、5 點(diǎn) ：3、7點(diǎn) ：2、4、6、8 點(diǎn) ：例1：3點(diǎn)電荷電場：電流元磁場：電偶極矩（電矩）磁偶極矩（磁矩）電偶極子延長線上的電場載流線圈軸線上的磁場運(yùn)動電荷磁場：4帶電體在外場中所受的作用

2、力：點(diǎn)電荷：帶電體：*E為外電場，電荷自身產(chǎn)生的電場應(yīng)排除在外。5 已知當(dāng)平行板電容器正對面積為 S，帶電量為 Q 時，兩極板間的電場強(qiáng)度 ，求兩極板之間的相互作用力F。例2：解： 6帶電體在外場中所受的作用力：電偶極子：可見： 力矩最大； 力矩最小。力矩總是使電矩 轉(zhuǎn)向 的方向，以達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)7 安培定律 ：有限長載流導(dǎo)線所受的安培力：*B為外磁場，電流元自身產(chǎn)生的磁場應(yīng)排除在外洛倫茲力：運(yùn)動電荷和電流在外場中所受的作用力：8PL結(jié)論:任意平面載流導(dǎo)線在均勻磁場中所受的力 , 與其始點(diǎn)和終點(diǎn)相同的載流直導(dǎo)線所受的磁場力相同. 求 如圖不規(guī)則的平面載流導(dǎo)線在均勻磁場中所受的力，已知 和 .例3

3、：9線圈有N匝時MNOPI M,N O,P載流線圈的磁力矩：10IRQJKPo 如圖半徑為0.20m，電流為20A，可繞軸旋轉(zhuǎn)的圓形載流線圈放在均勻磁場中 ，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為0.08T，方向沿 x 軸正向.問線圈受力情況怎樣？ 線圈所受的磁力矩又為多少？練習(xí)4：11靜電荷受力：電偶極子所受力矩：運(yùn)動電荷受力：電流元受力：載流線圈所受磁矩：12洛倫茲力： (Lorentz force)+洛倫茲力：(Lorentz force)勻速圓周運(yùn)動勻速直線運(yùn)動其他螺旋運(yùn)動應(yīng)用：磁聚焦13磁聚焦： (Magnetic focusing)14霍爾效應(yīng)： (Hall effect)若載流子帶負(fù)電則產(chǎn)生的霍爾電

4、壓極性相反15I+ + +- - -P 型半導(dǎo)體+-2）測量磁場霍耳電壓1）判斷半導(dǎo)體的類型+ + +- - - N 型半導(dǎo)體-I+-霍爾效應(yīng)： (Hall effect)16點(diǎn)電荷的電場線正 點(diǎn) 電 荷+負(fù) 點(diǎn) 電 荷17一對等量異號點(diǎn)電荷的電場線+18一對等量正點(diǎn)電荷的電場線+19一對不等量異號點(diǎn)電荷的電場線20帶電平行板電容器的電場線+ + + + + + + + + + + + 21磁感線：(magnetic induction line)ISNISNI22 通過電場中某一個面的電場線數(shù)叫做通過這個面的電場強(qiáng)度通量。電場強(qiáng)度通量：(electric flux)23封閉曲面：規(guī)定：對于閉

5、合曲面通常規(guī)定 取向外為正電場強(qiáng)度通量：(electric flux)24 通過磁場中某一個面的磁感線條數(shù)叫做通過這個面的磁通量。磁通量：(magnetic flux)25磁通量：(magnetic flux)磁場的高斯定理26例4:勻強(qiáng)電場的分布如圖所示，求其中閉合圓柱面的電場強(qiáng)度通量。27高斯定理：(Guasss Law)高斯定理：(Guasss Law)高斯定理反映了靜電場的一個基本性質(zhì)，即靜電場是有源場。電場的源頭是有電荷存在的地方。通過閉合曲面的電通量僅與閉合曲面內(nèi)的電荷有關(guān)，與曲面外的電荷無關(guān)；閉合曲面上的場強(qiáng)是曲面內(nèi)外所有電荷共同作用的結(jié)果。28例5：一半徑為R，均勻帶電Q的薄球

6、殼。求球殼內(nèi)外任意點(diǎn)的電場強(qiáng) 度。+如圖，過P點(diǎn)做球面S1如圖，過P點(diǎn)做球面S229例6：一半徑為R，均勻帶電Q的球體。求球體內(nèi)外任意點(diǎn)的電場強(qiáng) 度。+如圖，過P點(diǎn)做球面S1如圖，過P點(diǎn)做球面S230例7：求無限長均勻帶電直線產(chǎn)生的電場強(qiáng)度。已知電荷線密度為。+31練習(xí)5：兩個帶有等量異號電荷的無限長同軸圓柱面，半徑分別為R1和R2（R1R2），單位長度上的電荷為。求離軸線為 r 處的電場強(qiáng)度；（1）rR1；（2）R1rR2。32例8：求無限大均勻帶電平面產(chǎn)生的電場強(qiáng)度。已知電荷面密度為。+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

7、 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 33一 均勻帶電球殼（體）二 無限長均勻帶電直線三 無限大均勻帶電平面需熟記的一些計算結(jié)果：34無限大帶電平面電場的疊加：35靜電場的環(huán)路定理： (circuital theorem of electrostatic fiel

8、d )靜電場環(huán)路定理(circuital theorem of electrostatic field )36電勢：(electric potential)電勢:(electric potential )點(diǎn)電荷電場中的電勢:電勢的疊加原理: 點(diǎn)電荷電場中常取無窮遠(yuǎn)處為電勢零點(diǎn)37點(diǎn)電荷的電場線和等勢面：38兩平行帶電平板的電場線和等勢面：+ + + + + + + + + + + + 39一對等量異號電荷的電場線和等勢面：+40判斷：在等勢面上移動電荷，電場力不做功。等勢面密處電場強(qiáng)度大；等勢面疏處電場強(qiáng)度小。電場弱的地方電勢低；電場強(qiáng)的地方電勢高。電勢為零的地方，場強(qiáng)也為零。場強(qiáng)相等的地方，

9、電勢也為相等。等勢面上，場強(qiáng)相等。場強(qiáng)等于零的區(qū)域內(nèi)，電勢處處相等。41例9：求均勻帶電球面內(nèi)外任意一點(diǎn)的電勢。 +由高斯定理求出：42練習(xí)6：一半徑為 R 的均勻帶電球面，帶有電荷 Q，若規(guī)定該球面上電勢為零，則球面外距球心 r 處的 P 點(diǎn)的電勢是多少？43 真空中一半徑為R 的均勻帶電球面，總電荷為Q今在球面上挖去很小一塊面積S (連同其上電荷)，若電荷分布不改變，則挖去小塊后球心處電勢(設(shè)無窮遠(yuǎn)處電勢為零)為_ 例10：44安培環(huán)路定理：(circuital theorem of Ampere )安培環(huán)路定理：(circuital theorem of Ampere )安培環(huán)路定理反映

10、了磁場的一個基本性質(zhì)，即磁場是有旋場。磁感強(qiáng)度沿閉合曲線的積分僅與穿過閉合曲線的電流有關(guān)，與曲線外的電流無關(guān)；閉合曲線上的磁感強(qiáng)度是曲線內(nèi)外所有電流共同作用的結(jié)果。45安培環(huán)路定理： (circuital theorem of Ampere )46例11：求長直密繞載流螺線管內(nèi)部的磁場。+MNPO47例12：求無限長載流圓柱體的磁場。48求無限長載流圓柱面的磁場。練習(xí)7：49oI（5）*Ad（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（1）x例13：求下列載流導(dǎo)線產(chǎn)生的磁感強(qiáng)度。50 一根無限長直導(dǎo)線彎成如圖所示形狀，通以電流 I，求O點(diǎn)的磁感應(yīng)強(qiáng)度。練習(xí)8：51+感應(yīng)電荷靜電場中的導(dǎo)體：(con

11、ductor in electric field)52+靜電場中的導(dǎo)體：(conductor in electric field)53+導(dǎo)體內(nèi)電場強(qiáng)度外電場強(qiáng)度感應(yīng)電荷電場強(qiáng)度靜電場中的導(dǎo)體：(conductor in electric field)54+導(dǎo)體內(nèi)部無電荷1實(shí)心導(dǎo)體靜電平衡的導(dǎo)體：(conductor in electrostatic equilibrium)2有空腔導(dǎo)體+-矛盾空腔內(nèi)表面無電荷導(dǎo)體內(nèi)部無電荷+55靜電平衡的導(dǎo)體：(conductor in electrostatic equilibrium)3導(dǎo)體空腔內(nèi)有電荷導(dǎo)體內(nèi)部無電荷導(dǎo)體內(nèi)表面感應(yīng)等量電荷56 1屏蔽外電場

12、外電場 空腔導(dǎo)體可以屏蔽外電場, 使空腔內(nèi)物體不受外電場影響.這時,整個空腔導(dǎo)體和腔內(nèi)的電勢也必處處相等.空腔導(dǎo)體屏蔽外電場靜電屏蔽：(electrostatic shield)57接地空腔導(dǎo)體將使外部空間不受空腔內(nèi)的電場影響。接地導(dǎo)體電勢為零 2屏蔽內(nèi)電場+靜電屏蔽：(electrostatic shield)58+3導(dǎo)體表面場強(qiáng)分布靜電平衡的導(dǎo)體：(conductor in electrostatic equilibrium)4導(dǎo)體表面電荷分布+曲率半徑大的地方電荷密度大。59+60無極分子電介質(zhì)：（氫、甲烷、石蠟等）有極分子電介質(zhì)：（水、有機(jī)玻璃等）靜電場中的電介質(zhì)：(dielectri

13、c in electric field)61電介質(zhì)中的高斯定理：令：電位移矢量電介質(zhì)中的高斯定理電介質(zhì)中點(diǎn)電荷的場強(qiáng)：絕對電容率：62介質(zhì)磁化后的附加磁感強(qiáng)度真空中的磁感強(qiáng)度 磁介質(zhì)中的總磁感強(qiáng)度順磁質(zhì) 抗磁質(zhì)鐵磁質(zhì)（鐵、鈷、鎳等）（鋁、氧、錳等）（銅、鉍、氫等）弱磁質(zhì)磁介質(zhì)：(magnetic medium)完全抗磁體（汞、鈮等）63無外磁場順 磁 質(zhì) 的 磁 化有外磁場順磁質(zhì)的磁化：64 同向時 反向時無外磁場時抗磁質(zhì)分子磁矩為零 抗磁質(zhì)內(nèi)磁場抗磁質(zhì)的磁化抗磁質(zhì)的磁化：65絕對磁導(dǎo)率：介質(zhì)中的安培環(huán)路定理：令：介質(zhì)中的安培環(huán)路定理66O磁滯回線鐵磁質(zhì)的磁化：剩磁：矯頑力：飽和磁感強(qiáng)度：67

14、O軟磁材料O硬磁材料O矩磁鐵氧體材料 實(shí)驗(yàn)表明，不同鐵磁性物質(zhì)的磁滯回線形狀相差很大.鐵磁質(zhì)的磁化：68磁 疇無外磁場有外磁場鐵磁質(zhì)的磁化：磁屏蔽示意圖69電源電動勢：非靜電電場強(qiáng)度：電動勢：70電磁感應(yīng)現(xiàn)象：(electromagnetic induction)71法拉第電磁感應(yīng)定律：(Faradays Law)法拉第定律：(Faradays Law)磁鏈：(Magnetic linkage)72N與回路取向相反（ 與回路成右螺旋）法拉第電磁感應(yīng)定律：(Faradays Law)73N與回路取向相同法拉第電磁感應(yīng)定律：(Faradays Law)74NS 閉合的導(dǎo)線回路中所出現(xiàn)的感應(yīng)電流，總

15、是使它自己所激發(fā)的磁場反抗任何引發(fā)電磁感應(yīng)的原因（反抗相對運(yùn)動、磁場變化或線圈變形等）。楞次定律：(Lendzs Law)楞次定律是能量守恒定律的一種表現(xiàn)機(jī)械能焦耳熱75例14： 一金屬閉合線圈C與長直電流 I 共面（如圖），在此線圈下落過程中，其加速度a為：76例15： 若用條形磁鐵豎直插入木質(zhì)圓環(huán)中，則環(huán)中： （A）產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，也產(chǎn)生感應(yīng)電流。 （B）產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，不產(chǎn)生感應(yīng)電流。 （C）不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，也不產(chǎn)生感應(yīng)電流。 （D）不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，產(chǎn)生感應(yīng)電流。77引起磁通量變化的原因 1）穩(wěn)恒磁場中的導(dǎo)體運(yùn)動 , 或者回路面積變化、取向變化等 動生電動勢 2）導(dǎo)體不動，磁場變化

16、感生電動勢 電動勢的定義+-I: 非靜電的電場強(qiáng)度.感應(yīng)電動勢：(induction electromotive force)78+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + OP設(shè)桿長為 動生電動勢的非靜電力場來源 洛倫茲力- -+動生電動勢：(motional electromotive force)79例16： 如圖所示，金屬桿AB以勻速率 v = 2.0 m/s平行于一長直導(dǎo)線移動，此導(dǎo)線通有電流 I = 40A，問此桿中的感應(yīng)電動勢為多大？哪一端電勢較高？80 一長為L 的銅棒在磁感強(qiáng)度為

17、B 的均勻磁場中，以角速度 在與磁場方向垂直的平面上繞棒的一端轉(zhuǎn)動，求銅棒兩端的感應(yīng)電動勢。+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +oP 方向 O P例17：81 在勻強(qiáng)磁場中,置有面積為 S 的可繞軸轉(zhuǎn)動的N 匝線圈。若線圈以角速度作勻速轉(zhuǎn)動。求線圈中的感應(yīng)電動勢。例18：令82練習(xí)9： 一半徑為 r 電阻為 R 的金屬圓環(huán)，在初始時刻與一半徑為 a（ar）的大金屬圓環(huán)共面且同心。在大圓環(huán)中通以恒定的電流 I，方向如圖，若小圓環(huán)以角速度 繞其直徑轉(zhuǎn)動，求任一時刻 t 通過小圓環(huán)的磁通量和小圓環(huán)中

18、的感應(yīng)電流。83 產(chǎn)生感生電動勢的非靜電場 感生電場 麥克斯韋爾假設(shè)： 變化的磁場在其周圍空間激發(fā)一種電場，這個電場叫感生電場 。閉合回路中的感生電動勢：感生電動勢：(induced electromotive force)84感生電場：(induced electric field)85 和 均對電荷有力的作用。 靜電場由電荷產(chǎn)生；感生電場是由變化的磁場產(chǎn)生 。感生電場和靜電場的對比： 靜電場是保守場場線不閉合 感生電場是非保守場場線閉合（渦旋電場） 靜電場的特征可以用電勢描述；感生電場中沒有勢的概念。86例19： 在半徑為 R 的無限長螺線管內(nèi)部有一均勻磁場 B ，方向垂直紙面向里，磁場以

19、 的恒定速率增加。求：管內(nèi)、外感生電場的電場強(qiáng)度。由對稱性分析選擇環(huán)路L ：環(huán)路上任意一點(diǎn) 的大小相同：87例19：88 有一勻強(qiáng)磁場分布在一圓柱形區(qū)域內(nèi)且隨時間均勻變化，已知：方向如圖.求：例20：解:電動勢的方向由C指向D89所圍面積為：磁通量例20：（法二）90討論加圓弧連成閉合回路122由楞次定理知：感生電流的方向是逆時針方向例21：感生電場不是位場其作功與路徑有關(guān)91例22： 在圓柱形空間內(nèi)有一磁感強(qiáng)度為B的均勻磁場，如圖所示。B的大小以速率 變化，有兩根相同的金屬棒放在磁場的兩個不同位置ab和cd，那么這兩根金屬棒中的感應(yīng)電動勢的大小關(guān)系為：92練習(xí)10： 均勻磁場被限制在半徑為R的無限長圓柱形空間內(nèi)，且 為常量，如圖有一梯形導(dǎo)體回路，其中ab=R，dc=2R，求梯形導(dǎo)體回路中的感生電動勢。93渦電流： (eddy current) 當(dāng)大塊導(dǎo)體與磁場有相對運(yùn)動或處在變化的磁場中時，在這塊導(dǎo)體中會激起感應(yīng)電流。這種在大塊導(dǎo)體內(nèi)流動的感應(yīng)電流，叫做渦電流， 簡稱渦流。 應(yīng)用： 熱效應(yīng)、電磁阻尼效應(yīng)、檢測金屬。94