電介質(zhì)穩(wěn)恒磁場(chǎng)習(xí)題課解讀.ppt

對(duì)各向同性電介質(zhì) 1 理解電位移矢量的定義 內(nèi)容回顧 靜電場(chǎng)中的介質(zhì)及電容穩(wěn)恒磁場(chǎng) 2 確切理解有電介質(zhì)的高斯定理 并能利用它求解有電介質(zhì)存在時(shí)具有一定對(duì)稱性的電場(chǎng)問(wèn)題 平行板電容器 靜電場(chǎng)有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理 3 理解電容的定義 掌握計(jì)算簡(jiǎn)單電容器和電容器組的電容的方法 電容的定義 并聯(lián)電容器組 串聯(lián)電容器組 4 掌握電容器的電能公式并能計(jì)算電容器的能量 5 理解電場(chǎng)能量密度的概念并會(huì)計(jì)算電荷系的靜電能 電容器的能量 電場(chǎng)的能量密度 電荷系的靜電能 畢奧 薩伐爾定律 電流元在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng) 真空磁導(dǎo)率 磁場(chǎng) 運(yùn)動(dòng)電荷 運(yùn)動(dòng)電荷 磁感線 規(guī)定 曲線上每一點(diǎn)的切線方向就是該點(diǎn)的磁感強(qiáng)度B的方向 曲線的疏密程度表示該點(diǎn)的磁感強(qiáng)度B的大小 磁通量 通過(guò)某一曲面的磁感線數(shù)為通過(guò)此曲面的磁通量 單位 物理意義 通過(guò)任意閉合曲面的磁通量必等于零 故磁場(chǎng)是無(wú)源的 磁場(chǎng)高斯定理 安培環(huán)路定理 即在真空的穩(wěn)恒磁場(chǎng)中 磁感應(yīng)強(qiáng)度沿任一閉合路徑的積分的值 等于乘以該閉合路徑所包圍的各電流的代數(shù)和 2 安培環(huán)路定理適用于穩(wěn)定電流 求出的B是總場(chǎng) 包括空間所有電流的貢獻(xiàn) 3 適當(dāng)選擇環(huán)路 使環(huán)路上各點(diǎn)的B方向都沿環(huán)路切向 大小相等 才能把B提到積分號(hào)外 電流分布具有對(duì)稱性因而磁場(chǎng)分布具有對(duì)稱性 能用安培環(huán)路定理直接求磁場(chǎng) 帶電粒子在磁場(chǎng)中所受的力 洛侖茲力不做功 洛侖茲力 安培環(huán)路定理適用范圍 一類是載流無(wú)限長(zhǎng)直導(dǎo)線及圓柱 載流導(dǎo)體直圓筒以及同軸組合 另一類是載流細(xì)螺繞環(huán)以及載流無(wú)限長(zhǎng)螺線管軸線上的場(chǎng) 1 回旋半徑和回旋頻率 與不垂直 3 磁聚焦 回旋加速器 1932年勞倫斯研制第一臺(tái)回旋加速器的D型室 此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV的能量 為此1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) optimumthicknessofmagnetandelectrode 我國(guó)于1994年建成的第一臺(tái)強(qiáng)流質(zhì)子加速器 可產(chǎn)生數(shù)十種中短壽命放射性同位素 思考討論題 1 如圖 在電量為q的點(diǎn)電荷附近 有一細(xì)長(zhǎng)的圓柱形均勻電介質(zhì)棒 則由高斯定理 可算出P點(diǎn)的電位移矢量的大小 所以 P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小為 討論以上解法是否正確 為什么 不正確 因?yàn)樽杂呻姾墒屈c(diǎn)電荷 介質(zhì)棒在該電場(chǎng)中極化 極化電荷分布在棒的兩端面上 不是對(duì)稱分布 故不能用高斯定理求出D 也求不出E 只有當(dāng)自由電荷及介質(zhì)分布有一定的對(duì)稱性 應(yīng)用高斯定理 使面積分中的能以標(biāo)量形式提出來(lái) 即可求出D 另一部分高斯面上 高斯面上處處相等 再由求出E 選取高斯面S的原則 2 電介質(zhì)在外電場(chǎng)中極化后 兩端出現(xiàn)等量異號(hào)電荷 若把它截成兩半后分開(kāi) 再撤去外電場(chǎng) 問(wèn)這兩個(gè)半截的電介質(zhì)上是否帶電 為什么 不帶電 因?yàn)閺碾娊橘|(zhì)極化的微觀機(jī)制看有兩類 非極性分子在外電場(chǎng)中沿電場(chǎng)方向產(chǎn)生感應(yīng)電偶極矩 極性分子在外電場(chǎng)中其固有電偶極矩在該電場(chǎng)作用下沿著外電場(chǎng)方向取向 其在外電場(chǎng)中極化的宏觀效果是一樣的 在電介質(zhì)的表面上出現(xiàn)的電荷是束縛電荷 這種電荷不象導(dǎo)體中的自由電荷那樣能用傳導(dǎo)的方法引走 當(dāng)電介質(zhì)被裁成兩段后撤去電場(chǎng) 極化的電介質(zhì)又恢復(fù)原狀 仍各保持中性 3 當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度相同時(shí) 電介質(zhì)內(nèi)電場(chǎng)能量密度比真空中大 這是為什么 這是由于電介質(zhì)極化時(shí) 表面出現(xiàn)束縛電荷 其附加電場(chǎng)與原電場(chǎng)方向相反 削弱了電介質(zhì)內(nèi)部的電場(chǎng) 于是要在電介質(zhì)中建立起與真空中相同的電場(chǎng) 就需要做更多的功 從而介質(zhì)內(nèi)積蓄的電場(chǎng)能量較多 能量密度較大 4 如圖所示 流出紙面的電流為2I 流進(jìn)紙面的電流為I 則下述各式中正確的是 D 5 圖示為一云室照片的示意圖 顯示一帶電粒子的徑跡 云室內(nèi)有垂直于紙面向里的磁場(chǎng) 中央部分為一水平放置的鉛板 1 因帶電粒子穿過(guò)鉛版將損失一部分動(dòng)能 試判斷該粒子穿過(guò)鉛板的方向 2 試問(wèn)該粒子所帶電荷是正還是負(fù) 2 1932年 美國(guó)物理學(xué)家安德森 C D Anderson 就是利用這個(gè)辦法發(fā)現(xiàn)正電子的 為此他獲得了1936年諾貝爾物理獎(jiǎng) 答 1 由a到c 1 掌握應(yīng)用畢奧 薩伐爾定律和磁場(chǎng)疊加原理求解磁場(chǎng)等問(wèn)題的方法 2 能夠用已知典型電流的磁場(chǎng)疊加求未知磁場(chǎng)分布 2 無(wú)限長(zhǎng)細(xì)直線電流 1 有限長(zhǎng)細(xì)直線電流 3 通電流的細(xì)圓環(huán)中心 4 通電流的均勻密繞直螺線管軸線上 5 通電流無(wú)限長(zhǎng)均勻密繞螺線管內(nèi) 3 掌握安培環(huán)路定理 并會(huì)利用該定理計(jì)算具有對(duì)稱性電流分布的磁場(chǎng) 注意電流的方向與取正負(fù)號(hào)的關(guān)系 4 掌握安培定律及計(jì)算載流導(dǎo)線 或載流線圈 在磁場(chǎng)中受力 或力矩 的方法 載流線圈的磁矩 載流線圈受的磁力矩 5 理解