（精選）大學(xué)物理電磁學(xué).ppt

1,2011年10月31日,物理學(xué)院顧兵gubing,電磁學(xué)復(fù)習(xí),2,第10章真空中的靜電場(chǎng),10-1電荷庫侖定律10-2電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度10-3靜電場(chǎng)的高斯定理10-4靜電場(chǎng)的環(huán)路定理電勢(shì),知識(shí)點(diǎn):,帶電體的電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì),高斯定理及其應(yīng)用,典型例題:例10.2;例10.3;例10.5;例10.6;例10.7;例10.8(需更正);例10.10,典型習(xí)題:P2410-2,3,6,9,10,12,14,15,17,18,電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)的疊加,3,第10章靜電場(chǎng),庫侖定律,電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng),矢量和,U代數(shù)和,正電荷受力方向,基本思想：場(chǎng)的疊加,點(diǎn)電荷間,點(diǎn)電荷受力,連續(xù)帶電體受電場(chǎng)力,4,環(huán)路定理,高斯定理,重要定理：,基本物理量：場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì),靜電場(chǎng)是保守場(chǎng),靜電場(chǎng)是有源場(chǎng),5,場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算：矢量和,疊加法,高斯法,(球、軸、面對(duì)稱時(shí)),q連續(xù)，取微元,q分立,點(diǎn)電荷電場(chǎng),判方向，分解，同向積分,6,電勢(shì)的計(jì)算（代數(shù)和）：,定義,沿aP0任意路徑的積分,E是積分路徑上的場(chǎng)強(qiáng)分布,點(diǎn)電荷,-對(duì)帶電體分布區(qū)域積分,點(diǎn)電荷系,代數(shù)和,連續(xù)帶電體,7,點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中的電勢(shì)能：,電場(chǎng)力對(duì)電荷作功：,電場(chǎng)中任意兩點(diǎn)間的電勢(shì)差：,互能,8,幾個(gè)常用的計(jì)算結(jié)果,4.帶電圓環(huán)軸線上的電場(chǎng)和電勢(shì),點(diǎn)電荷的電勢(shì),方向:+x,2.無限長(zhǎng)帶電直線的電場(chǎng),1.點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng),9,第11章導(dǎo)體和電介質(zhì)的靜電場(chǎng),11-1導(dǎo)體的靜電平衡11-2電容器及其電容11-3靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)11-4有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理11-5靜電場(chǎng)中的能量,10,知識(shí)點(diǎn):,典型例題:例11.1;例11.3;例11.5,典型習(xí)題:P5011-1,6,8,10,14,17,19,20,21,22,靜電平衡狀態(tài)下導(dǎo)體上電荷分布、電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì),電容器的電容及其儲(chǔ)能,電介質(zhì)的極化：求D、E、P,電場(chǎng)能量,11,第11章導(dǎo)體和電介質(zhì)的靜電場(chǎng),1.導(dǎo)體的靜電平衡條件,2.靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上的電荷分布特點(diǎn),有導(dǎo)體時(shí)計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)(或q)的一般方法電荷守恒導(dǎo)體靜電平衡條件(E內(nèi)=0，U=常數(shù))場(chǎng)強(qiáng)疊加（或電勢(shì)疊加）,12,電容器的電容,平行板電容器,圓柱形電容器,球形電容器電容,電容器儲(chǔ)能：,充電介質(zhì):,13,3.電介質(zhì)極化：,在外場(chǎng)E0中,有極分子,無極分子,-位移極化,-取向極化,P-電極化強(qiáng)度；n-介質(zhì)外法向,介質(zhì)內(nèi)部總場(chǎng),充介質(zhì),在E的表面出現(xiàn)極化電荷,14,4.電介質(zhì)中的高斯定理,-電位移矢量,對(duì)各向同性均勻電介質(zhì),有介質(zhì)時(shí)先求D(只考慮q0),再求,相對(duì)介電常數(shù),介電常數(shù),5.電場(chǎng)能量,15,第12章直流電和交流電,12-1電流恒定電流12-2歐姆定律焦耳定律12-3電源電動(dòng)勢(shì)12-4全電路歐姆定律12-5基爾霍夫方程組12-6電容器的充放電過程12-7交流電,知識(shí)點(diǎn):,恒定電路中路段電壓和回路中電流的計(jì)算,典型例題：基爾霍夫方程組應(yīng)用舉例,典型習(xí)題：P7412-7,9,11,12,13,14,15,16,16,充電,放電,路端電壓,電源內(nèi)阻上的電勢(shì)降,放電,I:-+,充電,I:+-,方向規(guī)定：,電源電動(dòng)勢(shì),電源充放電時(shí)的功率轉(zhuǎn)換,充電,放電,電源功率,放電：電源輸出功率,負(fù)載功率,充電：外電路輸入電源功率,內(nèi)阻功率,17,閉合電路的歐姆定律(單回路),先任意設(shè)定電路中的電流I方向，e方向與I一致，e為正；反之e為負(fù).,電動(dòng)勢(shì)正負(fù)取向規(guī)定:,分別是電路總負(fù)載電阻和電源內(nèi)阻之和.,按圖示的電流方向,I0，電流實(shí)際方向與圖示I一致；反之相反。,e方向:-+,回路電壓定理,18,基爾霍夫第一方程組（節(jié)點(diǎn)的電流方程）,規(guī)定：流出+，流入；,通過節(jié)點(diǎn)電流的代數(shù)和為零。,任一回路電壓降的代數(shù)和為零。,基爾霍夫第二方程組(回路的電壓方程),電阻：電流方向與繞行方向相同時(shí)，電阻上壓降為正；反之為負(fù)。,電源：沿繞行方向，從電源正極到電源負(fù)極，壓降為正；反之為負(fù)。,C,例,C：,19,第13章恒定磁場(chǎng),13-1磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度13-2畢奧-薩伐爾定律13-3恒定磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理13-4磁介質(zhì)磁化13-5有磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理高斯定理13-6鐵磁質(zhì)13-7帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)13-8磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用,20,知識(shí)點(diǎn):,典型例題:例13.1;例13.2;例13.4;例13.5;例13.6;例13.7;例13.8,典型習(xí)題:P10913.10,11,12,14,15,17,18,19,20,21,25,26,30,畢奧-薩伐爾定律求載流直導(dǎo)線（線圈）的磁場(chǎng),有無磁介質(zhì)時(shí)的安培環(huán)路定理及其應(yīng)用,磁場(chǎng)對(duì)載流導(dǎo)線的作用力,帶電粒子在均勻磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng);霍耳效應(yīng),載流線圈在磁場(chǎng)中所受磁力矩,磁介質(zhì)的極化：求H、B、M,21,第13章恒定磁場(chǎng),重要結(jié)果,直線：,圓環(huán)：,螺線管,22,安培定律,載流導(dǎo)線,電流元,運(yùn)動(dòng)電荷,洛侖茲力,載流線圈,磁矩,磁力矩,自身性質(zhì)定,23,磁場(chǎng)的兩個(gè)重要定理,磁場(chǎng)無源,單面磁通量計(jì)算：,磁高斯定理,安培環(huán)路定理,磁場(chǎng)有漩,非保守場(chǎng),應(yīng)用環(huán)路定理求對(duì)稱性磁場(chǎng)（軸）,注意區(qū)別,24,2、磁介質(zhì)-分子電流觀,電子運(yùn)動(dòng),分子電流,(軌道+自旋),(等效圓電流),分子磁矩,(pm),磁介質(zhì)磁化：,抗磁質(zhì)-,順磁質(zhì)-,pmB0,在外場(chǎng)B0作用下,磁化,磁化面電流,附加,磁介質(zhì)中總磁場(chǎng),磁化強(qiáng)度,磁化面電流密度,介質(zhì)表面,25,磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,磁場(chǎng)強(qiáng)度,在真空中,1）,2）,各向同性磁介質(zhì)中,討論,磁導(dǎo)率,相對(duì)磁導(dǎo)率,磁化率,26,磁介質(zhì)中安培環(huán)路定理的應(yīng)用,求出B,求均勻磁介質(zhì)中特殊對(duì)稱性的磁場(chǎng),H,求解方法類似于,I分布分析H(同B)對(duì)稱性，選合適的L,27,第14章電磁感應(yīng)與電磁波,14-1電磁感應(yīng)現(xiàn)象及其基本規(guī)律14-2感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)14-3互感和自感14-4磁場(chǎng)的能量14-5位移電流麥克斯韋方程14-6電磁振蕩和電磁波,知識(shí)點(diǎn):,典型例題：例14.1；例14.3；例14.4；例14.5,典型習(xí)題：P13914.7,8,9,12,14,17,18,20,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的大小和方向,動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)和感生電動(dòng)勢(shì),互感系數(shù)和自感系數(shù)及其磁能,位移電流,28,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),普適式,感生電動(dòng)勢(shì)(磁場(chǎng)變化感生電場(chǎng)),先積分求,-對(duì)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)線L積分,-對(duì)導(dǎo)線所圍面積積分,第14章電磁感應(yīng)與電磁波,動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)(導(dǎo)線運(yùn)動(dòng)),再求導(dǎo)得,29,互感系數(shù),普適式(L一定),自感磁能,自感系數(shù),互感磁能,長(zhǎng)直螺線管:,30,磁場(chǎng)能量密度,非均勻磁場(chǎng)能量,小體元能量,總能量,-積分遍及磁場(chǎng)存在的空間,均勻磁場(chǎng)的能量,磁場(chǎng)的能量,31,補(bǔ)充習(xí)題,32,例1如圖所示的均勻帶電線(單位長(zhǎng)度上帶電)求o點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)?,解:直線,方向-x,弧線,33,求電勢(shì),問題1.若o處有電荷q,則其受力？,直線,弧線,問題2.若o處有電荷q,則電勢(shì)能？,34,例2.均勻帶電球體,半徑R,帶電量Q.求球內(nèi)、外電勢(shì)分布.,解:先求E分布:,用高斯定理,電勢(shì)分布:,35,例3同軸電纜由內(nèi)徑為R1、外徑為R2的兩無限長(zhǎng)金屬圓柱面構(gòu)成，單位長(zhǎng)度帶電量分別為+、-，其間充有r電介質(zhì)。求：。,兩柱面間的場(chǎng)強(qiáng)E；,電勢(shì)差U；,單位長(zhǎng)度電容；,單位長(zhǎng)度貯存能量,36,極板間作高為h半徑為r的同軸圓柱面，由介質(zhì)中高斯定理：,場(chǎng)強(qiáng),解：,37,單位長(zhǎng)度電容,h長(zhǎng)電容,單位長(zhǎng)度電容,極間電壓,38,h長(zhǎng)貯存能量,單位長(zhǎng)度貯存能量,單位長(zhǎng)度貯存能量,39,例4如圖閉合回路,電流為I,求o點(diǎn)處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B,解：,I,40,例5用畢沙定律求證：無限大載流薄板的磁場(chǎng),(i單位寬度上電流),解:,證畢,41,例6一無限長(zhǎng)直導(dǎo)線與一圓弧形導(dǎo)線共面，如圖示，求圓弧形導(dǎo)線所受磁力(),解：,由對(duì)稱性,42,例7：如圖示,電流I沿軸向均布,求P處的磁感應(yīng)強(qiáng)度B。,解：,電流密度,43,解:線圈磁矩,例8.如圖,半徑為R1和R2的兩個(gè)半圓弧與直徑上的兩小段構(gòu)成的通電線圈,均勻磁場(chǎng)B與線圈平面平行,求線圈的磁矩和線圈受到的合力及磁力矩.,B,i,m=NIS,R2,R1,磁力矩為：,大小:M=mBsin90,方向：豎直向下,線圈受合力,均勻磁場(chǎng)閉合平面線圈所受合力=0。,44,例9半徑為R的塑料圓盤，表面帶有面密度為的電荷，假定原盤繞其軸線以角速度旋轉(zhuǎn)，置于與盤面平行的勻強(qiáng)場(chǎng)B中，試證:磁場(chǎng)作用于圓盤的力矩的大小為,解：,取細(xì)環(huán)，,等效電流為,磁矩,45,例10一無限長(zhǎng)載流I的導(dǎo)線與一矩形導(dǎo)體框位于同一平面內(nèi)，相對(duì)位置如圖示,且相互絕緣，求穿過線框的磁通量。,解：,46,例11一金屬棒水平放置，以長(zhǎng)度為處為轉(zhuǎn)軸，在水平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，已知磁場(chǎng)方向垂直向上，求金屬棒中的電動(dòng)勢(shì)。,c,解：利用結(jié)論,ac段,bc段,47,練習(xí)：具有相同軸線的兩個(gè)圓形導(dǎo)體回路，相距，當(dāng)大回路中通有電流I時(shí)，小回路中的磁場(chǎng)可視為均勻的，現(xiàn)假定小回路以速度運(yùn)動(dòng)，求小回路中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,解：在載流大回路軸線上的磁場(chǎng),48,穿過小回路的磁通量,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì),49,例12：如圖所示為相距2a的兩根載流長(zhǎng)直導(dǎo)線,電流強(qiáng)度均為I,長(zhǎng)為2b的金屬棒MN位于兩直導(dǎo)線正中間,并以恒定速率v(方向平行于直導(dǎo)線)運(yùn)動(dòng)，求棒兩端的電勢(shì)差UMN,解：,N端電勢(shì)高,上:,50,練習(xí)：在兩無限長(zhǎng)載流直導(dǎo)線組成的平面內(nèi)，有一金屬棒L，當(dāng)棒以勻速度v向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，求金屬棒中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。,解：,51,練習(xí)無限長(zhǎng)直導(dǎo)線通電流I,與半徑為R的1/4圓周線圈共面,線圈以速度v平行于直導(dǎo)線運(yùn)動(dòng),求線圈中各段導(dǎo)線中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)？,解：