大学物理电磁学总结课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基本内容,电磁学,1、,电荷、库仑定律；,2、,电场、电场强度（场强叠加原理、电场强度的计算）。,3、,电通量、静电场中的高斯定理及应用。,4、,静电场的环路定理、电势差与电势。,5、,电势叠加原理；,6、,电势的计算；,7、,等势面，电场强度与电势的微分关系。,8、,导体的静电平衡及其条件；,9、,静电平衡下导体上电荷的分布；,10、,有导体存在的静电场的计算。,11、,电容；,12、,电容器串联和并联；,13、,电容器的储能、电场的能量。,基本内容电磁学1、电荷、库仑定律；2、电场、电场强度（场强叠,1,14、,电流强度、电流密度、电流的连续性方程、稳恒电流；,15、,电动势。,16、,磁场、磁感应强度；,17、,磁通量；,18、,磁场中的高斯定理；,19、,毕奥-萨伐尔定律。,20、,毕奥-萨伐尔定律的应用；,21、,安培环路定理及其应用。,22、,磁场对载流导线和载流线圈的作用；,23、,安培定律；磁力的功。,24、,法拉弟电磁感应定律；,25、,楞次定律。,26、,动生电动势；,27、,感生电动势。,28、,自感应、互感应；,29、,自感磁能、磁场能量；,30、,位移电流、全电流定律、麦克斯韦方程组（积分形式）。,14、电流强度、电流密度、电流的连续性方程、稳恒电流；15、,2,一、库仑定律,二、电场强度,1、引入电场强度：,2、点电荷的场强：,3、场强的叠加,1)点电荷系,静电场小结,一、库仑定律二、电场强度1、引入电场强度：2、点电荷的场强：,3,2）电荷连续分布的带电体,体电荷分布：,面电荷分布：,线电荷分布：,计算步骤：,建坐标；取电荷元 ；,确定 的方向和大小；,将 投影到坐标轴上；,统一变量，对分量积分；,合成确定 大小和方向。,2）电荷连续分布的带电体体电荷分布：面电荷分布：线电荷分布：,4,几种典型带电体的电场分布：,1）有限长带电直线,2）无限长带电直线,几种典型带电体的电场分布：1）有限长带电直线2）无限长带电直,5,3）无限大带电平面,4）带电圆环轴线上的场强,5）带电圆环轴线上的场强,3）无限大带电平面4）带电圆环轴线上的场强5）带电圆环轴线上,6,三、真空中的高斯定理,（1）电场线,静电场电场线特性,始于正电荷,止于负电荷(或来自无穷远,去向无穷远)；,电场线不相交；,静电场电场线不闭合.,（2）电通量,（3）真空中的高斯定理,是面元,dS,所在处的场强，,由全部电荷(,面内外电荷,)共同产生的,通过封闭曲面的电通量由面内的电荷决定,封闭面内电荷代数和,三、真空中的高斯定理（1）电场线静电场电场线特性始于正电荷,7,由电荷分布的对称性分析电场分布的对称性.,在对称性分析的基础上选取高斯面.目的是使,能够积分，成为,E,与面积的乘积形式。,由高斯定理 求出电场的大小，,并说明其方向.,（球对称、轴对称、面对称）,选取高斯面的技巧：,使场强处处与面法线方向垂直，以致该面上的电通量为零。,使场强处处与面法线方向平行，且面上场强为恒量。这种面上的电通量简单地为,ES,。,（4）利用高斯定理求,步骤为：,由电荷分布的对称性分析电场分布的对称性.在对称性分析的基,8,四、静电场的环路定理,静电场是保守场,静电场是无旋场,五、电势能、电势,（1）电势能,令,（2）电势,点电势,（3）电势差,静电场力的功,四、静电场的环路定理 静电场是保守场五、电势能、电势（1）电,9,（4）电势的计算,点电荷的电势,令,点电系的电势,电荷连续分布,（4）电势的计算点电荷的电势令点电系的电势电荷连续分布,10,求电势的方法,利用,（利用了点电荷电势公式，这一结果已选无限远处为电势零点，即使用此公式的前提条件为,有限大,带电体且选,无限远,处为电势零点.）,讨论,已知场源电荷的分布，利用点电荷电场的电势公式及电势叠加原理进行电势的求解，如,已知场强的分布，利用电势与场强的积分关系，即电势的定义式计算电势。,求电势的方法 利用（利用了点电荷电势公式，这一结果已选无限远,11,六、静电场中的导体,静电平衡条件:,场强描述：,电势描述：,等势体,等势面,电荷分布：,导体外部近表面处场强大小与该处导体表面电荷面密度,成正比,六、静电场中的导体静电平衡条件:场强描述：电势描述：,12,七、电容,1、孤立导体的电容,2、电容器的电容,平行板电容器,同心球型电容器,同轴圆柱型电容器,几种常见的电容器的电容：,七、电容1、孤立导体的电容2、电容器的电容平行板电容器同心球,13,八、静电场的能量,1、带电电容器的能量,电容器贮存的电能,2、静电场的能量,电场能量密度,电场空间所存储的能量（电场总能量）,八、静电场的能量1、带电电容器的能量电容器贮存的电能2、静电,14,稳恒磁场小结,一、基本概念,1、磁感应强度大小,方向：小磁针N极在此所指方向,2、载流线圈磁矩,I,S,3、载流线圈的磁力矩,4、磁通量,稳恒磁场小结一、基本概念1、磁感应强度大小方向：小磁针N极在,15,二、基本实验定律,1、毕奥萨伐尔定律,(电流元在空间产生的磁场),P,*,大小为：,选取合适的电流元 ,写出电流元在P点的 表达式；,选择适当的坐标系，对 投影，写出各分量，将矢量积分化为标量积分，统一变量给出正确的积分上下限，求出 的各分量值；,合成 确定大小方向。,方法步骤：,二、基本实验定律1、毕奥萨伐尔定律(电流元在空间产生的磁场,16,几种典型电流的磁场分布,（1）有限长直线电流的磁场,P,C,D,*,（2）无限长载流直导线的磁场,（3）半无限长载流直导线的磁场,*,P,几种典型电流的磁场分布（1）有限长直线电流的磁场PCD*（2,17,（4）载流导线延长线上任一点的磁场,P,（5）载流圆线圈轴线上的磁场,*,（6）载流圆环中心的磁场,（7）密绕长直螺线管、密绕螺线环内部的磁场,（4）载流导线延长线上任一点的磁场P（5）载流圆线圈轴线上的,18,（8）载流直螺线管的磁场,o,p,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,无限长的,螺线管,半无限长,螺线管,（8）载流直螺线管的磁场op+无,19,o,I,（,5,）,*,A,d,（,4,）,*,o,（,2,R,）,I,+,R,（,3,）,o,I,I,R,o,（,1,）,x,oI（5）*Ad（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（,20,O,I,O,I,O,I,I,O,解：,例：,如下列各图示，求圆心,o,点的磁感应强度。,OIOIOIIO解：例：如下列各图示，求圆心 o 点的磁感,21,2、安培定律,安培定律,有限长载流导线所受的安培力,结论,任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力,与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同.,不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力,P,L,2、安培定律 安培定律 有限长载流导线所受的安培力,22,三、稳恒磁场的基本性质,1、磁场中的高斯定理:,2、安培环路定理:,若电流流向与积分回路构成右手螺旋，电流,I,取正值；反之，电流,I,取负值。,注意,电流,正负,的规定：,环路所包围的电流,空间所有电流共同产生,由环路内电流决定,三、稳恒磁场的基本性质1、磁场中的高斯定理:2、安培环路定理,23,明确以下几点：,（1）电流正负规定：,电流方向与环路方向满足右手螺旋定则电流I取正；反之电流I取负。,（2）是指环路上一点的磁感应强度，不是任意点的，它是空间所有电流共同产生的。,（3）安培环路定理适用于闭合稳恒电流的磁场。而有限电流（如一段不闭合的载流导线）不适用环路定理，只能用毕奥萨伐尔定律。,（4）安培环路定理说明磁场性质磁场是非保守场，是涡旋场。,稳恒磁场是有旋、无源场,明确以下几点：（1）电流正负规定：电流方向与环路方向满足右手,24,利用,安培环路定理,求磁感应强度的,关键,：根据磁场分布的对称性，选取合适的闭合环路。,选取环路原则：,（1）环路要经过所求的场点；,（2）闭合环路的形状尽可能简单，总长度容易求；,（3）环路上各点 大小相等，方向平行于线元 。目的是将 写成:。,或 的方向与环路方向垂直，,利用安培环路定理求磁感应强度的关键：根据磁,25,电磁感应,小结,一、电磁感应定律,1、法拉第电磁感应定律,用法拉第电磁感应定律确定电动势方向，通常遵循以下步骤:,任意规定回路的绕行正方向；,确定通过回路的磁通量的正负；,确定磁通量的时间变化率的正负；,最后确定感应电动势的正负。,闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因。,2、楞次定律,（是能量守恒定律的一种表现）,电磁感应小结一、电磁感应定律1、法拉第电磁感应定律 用,26,二、动生电动势和感生电动势,1、动生电动势,动生电动势的,非,静电力场来源 洛伦兹力,一段任意形状的导线L在磁场中运动时：,整个闭合导线回路L都在磁场中运动时：,动生电动势的计算,（两种方法）,由法拉第定律求,如果回路不闭合，需加辅助线使其闭合。,大小和方向可分别确定.,二、动生电动势和感生电动势1、动生电动势动生电动势的非静电力,27,由电动势定义求,运动导线,ab,产生的动生电动势为:,由电动势定义求解动生电动势,计算步骤：,首先规定一个沿导线的积分方向(即,的方向,)。,若,0,则,的方向与,同向；,若,0,则,的方向与,反向。,由电动势定义求运动导线ab产生的动生电动势为:由电动势定义,28,2、感生电动势,产生感生电动势的非静电场力 感生电场力,一段任意形状的导线L静止处在变化磁场激发的感生电场中时：,整个闭合回路L静止处在同一感生电场中时：,构成,左旋,关系,。,与,r,涡,2、感生电动势 产生感生电动势的非静电场力,29,两种电场比较,由静止电荷激发,由变化的磁场激发,电场线为闭合曲线,电场线为非闭合曲线,静电场,感生电场,起源,电场线形状,比较,两种电场比较由静止电荷激发由变化的磁场激发电场线为闭合曲线电,30,有源：,无源：,不能脱离源电荷存在,可以脱离源在空间传播,静电场,感生电场,性质,特点,对场中电荷的作用,相互联系,比较,作为产生 的非静电力，可以引起导体中电荷堆积，从而建立起静电场。,保守：,非保守（涡旋）：,感,有源：无源：不能脱离源电荷存在可以脱离源在空间传播静电场 感,31,动生电动势,感生电动势,特点,磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化,闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化,原因,非静电力来源,感生电场力,洛仑兹力,由于,S,或角度的变化引起回路中,m,变化,由于,的变化引起回路中,m,变化,动生电动势感生电动势特点磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场,32,三、自感应和互感应,1、自感应,自感系数,或,自感,自感电动势:,2、互感应,互感系数,简称为,互感,互感电动势:,三、自感应和互感应1、自感应自感系数或自感 自感电动势:2、,33,四、磁场的能量,1、自感磁能,2、磁场能量密度,3、磁场能量,四、磁场的能量1、自感磁能2、磁场能量密度3、磁场能量,34,类比,电容器储能,电感器储能,电场能量密度,磁场能量密度,类比电容器储能电感器储能电场能量密度磁场能量密度,35,五、位移电流 麦克斯韦方程组,在真空中，定义,电位移矢量,麦克斯韦假设,电场中某一点位移电流密度等于该点电位移矢量对时间的变化率.,2、位移电流,1、位移电流密度,五、位移电流 麦克斯韦方程组在真空中，定义电位移矢量,36,1,）全电流是连续的；,2,）位移电流和传导电流一样激发磁场；,3,）传导电流产生焦耳热，位移电流不产生焦耳热.,+,-,全电流,3、全电流的安培环路定理,1）全电流是连续的；+-全电流3、全电流的安,37,比较,载流子宏观,定向运动,变化电场和极化,电荷的微观运动,只在导体中存在,并产生焦耳热,无焦耳热，,在导体、电介质、真空中均存在,都能激发磁场,起源,特点,共同点,传导电流,位移电流,比较载流子宏观变化电场和极化只在导体中存在无焦耳热，都能激发,38,在没有传导电流的真空，安培环路定理,上式揭示出变化的电场可以激发磁场，而且变化的电场和它激发的磁场在方向上满足右手螺旋关系。,r,在没有传导电流的真空，安培环路定理上式揭示出变化的电场可以激,39,