高中物理競(jìng)賽培訓(xùn)-電磁學(xué)部分課件

中學(xué)物理基礎(chǔ)知識(shí)回顧與拓展

（電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)部分）中學(xué)物理基礎(chǔ)知識(shí)回顧與拓展

（電磁學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)部分）1習(xí)題選講基本概念和知識(shí)點(diǎn)一些相關(guān)的題外話習(xí)題選講基本概念和知識(shí)點(diǎn)一些相關(guān)的題外話2物理理論基于實(shí)驗(yàn)和假設(shè)建立起來(lái)的用于闡明特定物理概念之間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)方程(定律,laws）及其引申結(jié)果(定理,theorems).好的理論所需的假設(shè)少且普遍,前后沒(méi)有矛盾,并能在一定范圍正確解釋和預(yù)言實(shí)驗(yàn)結(jié)果?；靖拍詈椭R(shí)點(diǎn)物理理論基于實(shí)驗(yàn)和假設(shè)建立起來(lái)的用于闡明特定物理概念之間相互3物理理論理論的關(guān)鍵是前后一致、自成一體；理論相對(duì)于實(shí)際應(yīng)用有一定的獨(dú)立性；應(yīng)嚴(yán)格區(qū)分理論問(wèn)題和應(yīng)用問(wèn)題。(例：點(diǎn)電荷，理想氣體，平行板電容器，磁場(chǎng)中導(dǎo)體棒的滑動(dòng)……)基本物理理論是定量的，精確的；每個(gè)理論都有其適用范圍；每個(gè)公式都有其適用范圍；物理理論理論的關(guān)鍵是前后一致、自成一體；理論相對(duì)于實(shí)際應(yīng)用有4電磁相互作用存在的范圍：

從微觀到宏觀的一切尺度電磁學(xué)的適用范圍：

通常為經(jīng)典宏觀系統(tǒng)，不包含量子力學(xué)及相對(duì)論效應(yīng)

微元：宏觀小微觀大電荷、電流分布在微元上可看成是均勻的

電磁相互作用存在的范圍：電磁學(xué)的適用范圍：微元：宏觀小微觀大5線電荷分布面電荷分布體電荷分布體分布面分布線分布線電荷分布體分布面分布線分布6一個(gè)長(zhǎng)1米、寬1厘米、厚1毫米的電介質(zhì)細(xì)帶上均勻帶有1庫(kù)侖的電荷。問(wèn)其體電荷密度是多少？如果忽略其厚度，則面電荷密度是多少？如果進(jìn)一步忽略其寬度，其線電荷密度是多少？例：一個(gè)長(zhǎng)1米、寬1厘米、厚1毫米的電介質(zhì)細(xì)帶上均勻帶有1庫(kù)侖的7矢量：，，矢量的分量：有正負(fù)之分，且正負(fù)有明確的意義

依賴(lài)于坐標(biāo)系的選取矢量的模(強(qiáng)度、大小)：只能取非負(fù)值不依賴(lài)于坐標(biāo)系的選取注意矢量的分量和矢量的模的區(qū)別

矢量：，，矢量的分量：有正負(fù)之8幾個(gè)重要的近似等式：幾個(gè)重要的近似等式：9電量及其量子化

基本(元)電荷：一個(gè)物體的電荷只能是基本電荷的整數(shù)倍：電子，子，子中子，中微子，光子質(zhì)子，正電子等電子，子，子電量及其量子化基本(元)電荷：一個(gè)物體的電荷只能是基本電荷10電荷守恒定律在一個(gè)孤立的帶電系統(tǒng)中，無(wú)論發(fā)生什么變化，系統(tǒng)所具有的正負(fù)電荷電量的代數(shù)和保持不變。電荷的相對(duì)論不變性在不同參照系中觀察，同一帶電體的電量不變。（與質(zhì)量、時(shí)間等不同）電荷守恒定律在一個(gè)孤立的帶電系統(tǒng)中，無(wú)論發(fā)生什么變化，系統(tǒng)所11點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷是電磁學(xué)中最基本的一個(gè)理論概念，它不僅不是近似，恰恰相反，只有借助它，才可建立精確的電磁學(xué)理論。在應(yīng)用問(wèn)題中，在適當(dāng)?shù)那闆r下，可將帶電體近似為點(diǎn)電荷。問(wèn)題：自然界有沒(méi)有點(diǎn)電荷？有沒(méi)有靜止的點(diǎn)電荷？點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷是電磁學(xué)中最基本的一個(gè)理論概念，它不僅不是近似，12例：例：13點(diǎn)電荷在電磁場(chǎng)中受到的力帶電量為、運(yùn)動(dòng)速度為的點(diǎn)電荷任意時(shí)刻在電其中稱(chēng)為洛侖茲(磁)力。磁場(chǎng)中受到的電磁力為：注意：此處的電場(chǎng)即包含電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，也包含感生電場(chǎng)，是二者之和。點(diǎn)電荷在電磁場(chǎng)中受到的力帶電量為、運(yùn)動(dòng)速度為的點(diǎn)電荷任意14電場(chǎng)源電荷和隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生電場(chǎng)，除此外不存在任何其它的電場(chǎng)源。磁場(chǎng)源運(yùn)動(dòng)的電荷和隨時(shí)間變化的電場(chǎng)能夠產(chǎn)生磁場(chǎng)，除此外不存在任何其它的磁場(chǎng)源。電場(chǎng)源電荷和隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)能夠產(chǎn)生電場(chǎng)，除此外不存在任何其15庫(kù)侖定律遵守牛頓第三定律：庫(kù)侖定律遵守牛頓第三定律：16庫(kù)侖定律兩電荷必須靜止----理論與空間中是否存在電介質(zhì)、導(dǎo)體等無(wú)關(guān)！(低速運(yùn)動(dòng)時(shí)可用庫(kù)侖定律估算兩電荷間的作用力)靜電力的疊加原理庫(kù)侖定律兩電荷必須靜止----理論與空間中是否存在電介質(zhì)17真空中兩靜止點(diǎn)電荷相距，所帶電量分別為和，如果兩點(diǎn)電荷之間放一物體，那么這兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的庫(kù)侖作用力的大小與相比較結(jié)果如何？其中A.B.C.例：D.取決于所放物體真空中兩靜止點(diǎn)電荷相距，所帶電量分別為和18靜電場(chǎng)：由靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)注意靜電場(chǎng)與運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的區(qū)別注意靜電場(chǎng)與感生電場(chǎng)的區(qū)別注意在有些問(wèn)題中，可將低速運(yùn)動(dòng)的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)近似為靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)：由靜止電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)注意靜電場(chǎng)與運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)的19靜止的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)：注意：與空間中是否存在電介質(zhì)、導(dǎo)體等無(wú)關(guān)靜電場(chǎng)的疊加原理注意：以上兩條給出了靜電場(chǎng)的全部性質(zhì)!靜止的點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)：注意：與空間中是否存在電介質(zhì)、導(dǎo)體等20如果已知多個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力滿足疊加原理，且兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力只和它們的電量、以及它們的位置、有關(guān)，記為。證明，其中是一個(gè)待定矢量函數(shù)。進(jìn)一步地，利用已學(xué)物理原理,證明,其中，是一個(gè)待定函數(shù)。例：如果已知多個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力滿足疊加原理，且兩個(gè)靜21萬(wàn)有引力是否滿足疊加原理？例：萬(wàn)有引力是否滿足疊加原理？例：22例：

一個(gè)導(dǎo)體球外距離球心為的地方有一個(gè)靜止的點(diǎn)電荷，帶電量為。該點(diǎn)電荷在導(dǎo)體球心處產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度是多少？例：一個(gè)導(dǎo)體球外距離球心為的地方有一個(gè)靜止的點(diǎn)電荷，帶23例：

均勻電介質(zhì)球的介電常數(shù)為，半徑為。在球心處置一電量為的自由電荷。問(wèn)極化電荷是如何分布于電介質(zhì)球的？求在空間各處由自由電荷、極化電荷分別產(chǎn)生的電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)和電勢(shì)，以及由所有電荷產(chǎn)生的總場(chǎng)強(qiáng)和總電勢(shì)。例：均勻電介質(zhì)球的介電常數(shù)為，半徑為。24電場(chǎng)線的性質(zhì)：靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線只能起于正電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)，終于負(fù)電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)

靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不閉合電場(chǎng)線，無(wú)論是否屬于靜電場(chǎng)，都不相交靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線在沒(méi)有電荷之處光滑連續(xù)

電場(chǎng)線的性質(zhì)：靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線只能起于正電荷或無(wú)窮遠(yuǎn)，靜電場(chǎng)的25（答案：;球冠的面積：）例：

兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的一條電場(chǎng)線在兩個(gè)點(diǎn)電荷附近和它們之間的連線所夾的角分別為和，則這兩個(gè)點(diǎn)電荷的電量必須滿足什么關(guān)系？（答案：26例：

證明均勻帶電的球殼內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度為零。例：

亦可證球殼外部距離球心為的某點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)為，其中

為球殼上的總電量，為一常數(shù)。例：

證明無(wú)窮大帶電平面外一點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)與該點(diǎn)到帶電平面的距離無(wú)關(guān)。例：

證明均勻帶電的半球殼其開(kāi)口大圓上各點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度同向。例：證明均勻帶電的球殼內(nèi)部的電場(chǎng)強(qiáng)度為零。例：亦可證球殼27例：

證明無(wú)窮長(zhǎng)均勻帶電直線在距離其為處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與一個(gè)半徑為的電荷線密度相同的半圓在圓心處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大小相等。例：已知球面上的電荷分布為，其中是一常數(shù)，球內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)是怎樣的？（答：勻強(qiáng)場(chǎng)，）例：證明無(wú)窮長(zhǎng)均勻帶電直線在距離其為處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)與28靜電場(chǎng)的電勢(shì)、電勢(shì)能只有靜電場(chǎng)才可以定義電勢(shì)、電勢(shì)能；感生電場(chǎng)不能定義電勢(shì)及電勢(shì)能。靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)，感生電場(chǎng)不是保守場(chǎng)。靜電場(chǎng)中，一個(gè)點(diǎn)電荷從給定點(diǎn)出發(fā)、沿任一閉合回路運(yùn)動(dòng)重新回到出發(fā)點(diǎn)，在這個(gè)過(guò)程中靜電力做的總功為零。靜電場(chǎng)的電勢(shì)、電勢(shì)能只有靜電場(chǎng)才可以定義電勢(shì)、電勢(shì)能；感生電29點(diǎn)電荷電場(chǎng)的電勢(shì)：注意：上式與空間中是否存在電介質(zhì)、導(dǎo)體等無(wú)關(guān)電勢(shì)的疊加原理注意：上式已選無(wú)窮遠(yuǎn)處電勢(shì)為零（標(biāo)量）注意：以上兩條等價(jià)地給出了靜電場(chǎng)的全部性質(zhì)點(diǎn)電荷電場(chǎng)的電勢(shì)：注意：上式與空間中是否存在電介質(zhì)、導(dǎo)體等無(wú)30靜電場(chǎng)的電勢(shì)和場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系注意：靜電場(chǎng)是簡(jiǎn)單的，因?yàn)樵瓌t上等價(jià)于一個(gè)標(biāo)量場(chǎng)。這是為什么靜電場(chǎng)的電場(chǎng)線不能任意畫(huà)的原因。靜電場(chǎng)的電勢(shì)和場(chǎng)強(qiáng)的關(guān)系注意：靜電場(chǎng)是簡(jiǎn)單的，因?yàn)樵瓌t上等價(jià)31例：

兩個(gè)正電子和兩個(gè)質(zhì)子分置在一個(gè)正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上。讓這四個(gè)粒子從靜止?fàn)顟B(tài)開(kāi)始自由運(yùn)動(dòng)，問(wèn)長(zhǎng)時(shí)間后，其中的一個(gè)正電子和一個(gè)質(zhì)子的動(dòng)能分別為多少？例：兩個(gè)正電子和兩個(gè)質(zhì)子分置在一個(gè)正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上。讓這32例：

一個(gè)半徑為的薄球殼上帶有總電量為的電荷（可能不是均勻分布的）；求球心處的電勢(shì)。例：一個(gè)半徑為的薄球殼上帶有總電量為33例：

導(dǎo)體球殼半徑為，不接地，其上所帶總電量為零。在距球心為的地方置一點(diǎn)電荷，電量為。求導(dǎo)體球殼的電勢(shì)。已知。例：導(dǎo)體球殼半徑為，不接地，其上所帶總電量為零。在距34面電荷密度為的無(wú)窮大帶電平面的靜電場(chǎng)xEO（問(wèn)題：電勢(shì)？）面電荷密度為的無(wú)窮大帶電平面的靜電場(chǎng)xEO（問(wèn)題：電勢(shì)35均勻分布于半徑為的球面上的電荷的靜電場(chǎng)rEROrVRO均勻分布于半徑為的球面上的電荷的靜電場(chǎng)rEROrV36為的與垂直的截面面積。電通量為穿過(guò)的電場(chǎng)線的條數(shù)。電通量有正負(fù)之分。靜電場(chǎng)的高斯定理(閉合曲面每一點(diǎn)的法向方向指向閉合曲面外。）靜電場(chǎng)中通過(guò)任一閉合曲面的電通量等于該曲面所包圍的所有電荷的代數(shù)和的1/

o倍，即電通量：電場(chǎng)通過(guò)面積時(shí)的電通量為；其中為的與垂直的截面面積。電通量為穿過(guò)的靜電場(chǎng)的37靜電場(chǎng)的高斯定理（a）設(shè)點(diǎn)電荷在球形高斯面的圓心處；因?yàn)閐SEq(a)R+

１、每個(gè)小面元處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小都相同；２、每個(gè)小面元所在平面與電場(chǎng)強(qiáng)度垂直；所以總的電通量（由里至外）靜電場(chǎng)的高斯定理（a）設(shè)點(diǎn)電荷在球形高斯面的圓心處；因?yàn)閐S38面的電通量，因此總的電通量靜電場(chǎng)的高斯定理（b）設(shè)點(diǎn)電荷在任意閉合曲面之內(nèi)；因?yàn)榇┻^(guò)閉合球面的電通量等于穿過(guò)該閉合+S++q(b)

面的電通量，因此總的電通量靜電場(chǎng)的高斯定理（b）設(shè)點(diǎn)電荷在39靜電場(chǎng)的高斯定理（c）設(shè)點(diǎn)電荷閉合曲面以外，則總的電通量必為零。+qS(c)

綜合(a)、(b)、(c)，即有靜電場(chǎng)的高斯定理（c）設(shè)點(diǎn)電荷閉合曲面以外，則總的電通量必為40例：

如圖，一均勻帶電無(wú)限大平面，單位面積帶電量

解：由對(duì)稱(chēng)性分析可知如圖高斯面的電通量為-E

ES為

，求周?chē)碾妶?chǎng)強(qiáng)度。

靜電場(chǎng)的高斯定理而即所以例：如圖，一均勻帶電無(wú)限大平面，單位面積帶電量解：由對(duì)41靜電場(chǎng)的高斯定理例：

一均勻帶電球面，半徑為R

，帶電量為q。求球面Rr解：（1）球外某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)內(nèi)、外各點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)。設(shè)該點(diǎn)距離圓心為r,r>R;由于對(duì)稱(chēng)性，在其所處球面上的每一點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)大小都相等(設(shè)為E),方向垂直球面。故電通量靜電場(chǎng)的高斯定理例：一均勻帶電球面，半徑為R，帶電量為42靜電場(chǎng)的高斯定理Rr所以又，根據(jù)高斯定理有從而(與圓心處置放點(diǎn)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)一樣)靜電場(chǎng)的高斯定理Rr所以又，根據(jù)高斯定理有從而(與圓心處置放43靜電場(chǎng)的高斯定理Rr

（2）球內(nèi)某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)同理，對(duì)球內(nèi)某點(diǎn)，仍有但根據(jù)高斯定理，所以靜電場(chǎng)的高斯定理Rr（2）球內(nèi)某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)同理，對(duì)球內(nèi)某點(diǎn)，44靜電場(chǎng)的高斯定理R

（3）球上某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)１、球上某點(diǎn)挖去一個(gè)小面元，不影響該處電場(chǎng)；２、球內(nèi)(外)靠近該點(diǎn)處的電場(chǎng)，為該小面元的電場(chǎng)與剩余球面電場(chǎng)之和；由上述考慮可知球面上某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)為靜電場(chǎng)的高斯定理R（3）球上某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)１、球上某點(diǎn)挖去一個(gè)45靜電場(chǎng)的高斯定理例：

一均勻帶電球面，半徑為R

，帶電量為q。求球面解：內(nèi)、外各點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)。R

綜上，rERO靜電場(chǎng)的高斯定理例：一均勻帶電球面，半徑為R，帶電量為46例：

一均勻帶電球面，半徑為R

，帶電量為q。求球面上的靜電表面張力系數(shù)。R例：一均勻帶電球面，半徑為R，帶電量為q。求球面上的47導(dǎo)體：（理論概念）導(dǎo)體特征：導(dǎo)體內(nèi)部存在大量的可自由運(yùn)動(dòng)的電子，這些自由電子在常溫下局限在導(dǎo)體內(nèi)部。導(dǎo)體因此可看成是充滿了自由電子氣的容器。導(dǎo)體：（理論概念）導(dǎo)體特征：導(dǎo)體內(nèi)部存在大量的可自由運(yùn)動(dòng)的電48估算:一塊立方體鐵塊，如將某一面表層中每一個(gè)原子的一個(gè)外層電子轉(zhuǎn)移到相對(duì)面表層，那么產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)有多強(qiáng)？解:設(shè)鐵塊兩厘米見(jiàn)方，有約個(gè)原子；則表層有約電子被轉(zhuǎn)移；所以產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)約為估算:一塊立方體鐵塊，如將某一面表層中每一個(gè)原子的一個(gè)外層49導(dǎo)體：（理論概念）導(dǎo)體特征：導(dǎo)體內(nèi)部存在大量的可自由運(yùn)動(dòng)的電子，這些自由電子在常溫下局限在導(dǎo)體內(nèi)部。導(dǎo)體因此可看成是充滿了自由電子氣的容器。靜電平衡：處在靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體或孤立導(dǎo)體，若其宏觀電荷分布不再隨時(shí)間發(fā)生變化，也沒(méi)有電流，則稱(chēng)該導(dǎo)體達(dá)到了靜電平衡。導(dǎo)體：（理論概念）導(dǎo)體特征：導(dǎo)體內(nèi)部存在大量的可自由運(yùn)動(dòng)的電50靜電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡的導(dǎo)體由導(dǎo)體特征可知，達(dá)到靜電平衡時(shí)c）導(dǎo)體內(nèi)無(wú)凈余電荷；凈余電荷只分布在導(dǎo)體表面由此可推論d

)

靠近導(dǎo)體外表面處的總電場(chǎng)強(qiáng)度與該處導(dǎo)體表面的面電荷密度之間的關(guān)系是b）導(dǎo)體表面是一個(gè)等勢(shì)面；a）導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體；靜電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡的導(dǎo)體由導(dǎo)體特征可知，達(dá)到靜電平衡時(shí)c）51靜電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡的導(dǎo)體由導(dǎo)體特征可知，達(dá)到靜電平衡時(shí)c）導(dǎo)體內(nèi)無(wú)凈余電荷；凈余電荷只分布在導(dǎo)體表面d

)

靠近導(dǎo)體外表面處的總電場(chǎng)強(qiáng)度與該處導(dǎo)體表面的面電荷密度之間的關(guān)系是以上這些性質(zhì)與導(dǎo)體是否接地?zé)o關(guān)b）導(dǎo)體表面是一個(gè)等勢(shì)面；a）導(dǎo)體是一個(gè)等勢(shì)體；靜電場(chǎng)中達(dá)到靜電平衡的導(dǎo)體由導(dǎo)體特征可知，達(dá)到靜電平衡時(shí)c）52例：

距接地導(dǎo)體球殼的球心為的地方有一點(diǎn)電荷，帶電量為。求導(dǎo)體球殼上的感應(yīng)電荷總量。已知。例：距接地導(dǎo)體球殼的球心為的地方有一點(diǎn)電荷，帶電量為53靜電場(chǎng)解的唯一性定理設(shè)靜電場(chǎng)中有一區(qū)域R，其邊界為S，且R內(nèi)不包含導(dǎo)體。如在邊界S上給出以下兩個(gè)邊界條件之一，即(1)

電勢(shì)V在邊界S上每一點(diǎn)的值，或者，(2)電勢(shì)V在邊界S上每一點(diǎn)的法向?qū)?shù)，則該區(qū)域內(nèi)的場(chǎng)強(qiáng)被唯一確定。解的唯一性定理允許我們對(duì)導(dǎo)體殼內(nèi)外靜電場(chǎng)分區(qū)獨(dú)立求解。靜電場(chǎng)解的唯一性定理設(shè)靜電場(chǎng)中有一區(qū)域R，其邊界為S，且54靜電場(chǎng)解的唯一性定理解的唯一性定理是理解靜電屏蔽現(xiàn)象的根據(jù)。解的唯一性定理允許我們對(duì)導(dǎo)體殼內(nèi)外靜電場(chǎng)分區(qū)獨(dú)立求解。解的唯一性定理是用鏡像法求解靜電場(chǎng)的根據(jù)。靜電場(chǎng)解的唯一性定理解的唯一性定理是理解靜電屏蔽現(xiàn)象的根據(jù)。5556例：證明如果一個(gè)導(dǎo)體空腔內(nèi)部沒(méi)有電荷的話，則當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡時(shí)，空腔內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零，空腔內(nèi)壁上沒(méi)有凈余電荷，凈余電荷只能分布于導(dǎo)體的外表面。56例：證明如果一個(gè)導(dǎo)體空腔內(nèi)部沒(méi)有電荷的話，則當(dāng)導(dǎo)體達(dá)到靜5657例：在半徑為R

的原來(lái)不帶電的金屬球殼內(nèi)兩個(gè)點(diǎn)電荷，其電量分別為q1和q2。它們與金屬球殼內(nèi)壁均不接觸。問(wèn)距球殼中心r(r>R)點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)有多大？如果金屬球殼接地會(huì)怎樣？57例：在半徑為R的原來(lái)不帶電的金屬球殼內(nèi)兩個(gè)點(diǎn)電荷，其57例：

距無(wú)窮大接地導(dǎo)體平面為R的地方有一點(diǎn)電荷，帶電量為q。求空間中各處的電場(chǎng)。求解靜電場(chǎng)的鏡像法將靜電場(chǎng)中特定部分的電荷以少數(shù)等效電荷代替（滿足相同的邊界條件）從而求得部分區(qū)域靜電場(chǎng)的方法。例：距無(wú)窮大接地導(dǎo)體平面為R的地方有一點(diǎn)電荷，帶電量為58。求空間電場(chǎng)。導(dǎo)體球半徑例：

距接地導(dǎo)體球球心為的地方有一點(diǎn)電荷，帶電量為求解靜電場(chǎng)的鏡像法將靜電場(chǎng)中特定部分的電荷以少數(shù)等效電荷代替（滿足相同的邊界條件）從而求得部分區(qū)域靜電場(chǎng)的方法。。求空間電場(chǎng)。導(dǎo)體球半徑例：距接地導(dǎo)體球球心為的地方59量為。求空間電場(chǎng)。已知導(dǎo)體球不帶凈余電荷，其半徑例：

距不接地的導(dǎo)體球球心為的地方有一點(diǎn)電荷，帶電求解靜電場(chǎng)的鏡像法將靜電場(chǎng)中特定部分的電荷以少數(shù)等效電荷代替（滿足相同的邊界條件）從而求得部分區(qū)域靜電場(chǎng)的方法。量為。求空間電場(chǎng)。已知導(dǎo)體球不帶凈余電荷，其例：距不接60量為。導(dǎo)體球上帶的總凈余電量為，求空間電場(chǎng)。例：

距不接地的導(dǎo)體球球心為的地方有一點(diǎn)電荷，帶電求解靜電場(chǎng)的鏡像法將靜電場(chǎng)中特定部分的電荷以少數(shù)等效電荷代替（滿足相同的邊界條件）從而求得部分區(qū)域靜電場(chǎng)的方法。量為。導(dǎo)體球上帶的總凈余電量為，求空間電場(chǎng)。例：61電容器孤立導(dǎo)體電容器可看成是與地面或置于無(wú)窮遠(yuǎn)處的另一導(dǎo)體電極構(gòu)成的電容器。電容器必須假定是不受外界影響、或外界影響可忽略(串并聯(lián)公式的前提)。電容的定義：

注意以上兩式中和的含義。電容器儲(chǔ)存的靜電能：電容器孤立導(dǎo)體電容器可看成是與地面或置于無(wú)窮遠(yuǎn)處的另一導(dǎo)體電62電容器例：求半徑為的導(dǎo)體球的電容。解：假定導(dǎo)體球所帶總電量為，則其表面處電勢(shì)為與無(wú)窮遠(yuǎn)處的電勢(shì)差亦為所以電容器例：求半徑為的導(dǎo)體球的電容。解：假定導(dǎo)體球所帶總電量63電容器例：估算人體承受的電流。解：電容器例：估算人體承受的電流。解：64電容器例：如圖，真空中由兩個(gè)半徑為分別為和的厚度可忽略的同心金屬導(dǎo)體球殼構(gòu)成的電容器的電容已知為。如果它們所帶的總電荷分別為和，那么用導(dǎo)線將這兩個(gè)球面接通后，在導(dǎo)線上釋放出的焦耳熱總量為多少。解：兩極板連通以后，通過(guò)導(dǎo)線的總電量為(解釋)；因此轉(zhuǎn)化為焦耳熱的靜電能為電容器例：如圖，真空中由兩個(gè)半徑為分別為和的厚度可忽略的65電容器例：平板電容器正負(fù)極板上所帶電荷分別為和，將將兩個(gè)極板用導(dǎo)線接通后，在導(dǎo)線上釋放出的焦耳熱總量為多少。假定電容已知。答：例：在上兩題中，如果先將其中的一片極板接地，再將兩極板相接，情況會(huì)怎樣？電容器例：平板電容器正負(fù)極板上所帶電荷分別為和66解：設(shè)內(nèi)、外殼分別帶電、；則兩球殼的電勢(shì)差為電容器例：如圖，真空中由兩個(gè)半徑為分別為和的厚度可忽略的同心金屬導(dǎo)體球殼構(gòu)成一個(gè)電容器。其電容為多少？從而有解：設(shè)內(nèi)、外殼分別帶電、；則兩球殼的電勢(shì)差為電容器例67解：設(shè)兩極板分別帶電、；兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度為電容器例：平行板電容器的極板面積為，極板間距為，其電容為多少？其中因此有解：設(shè)兩極板分別帶電、；兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度為電容器例68BAE解：體系可看成是將B板從與A板重合的位置勻速右拉距離形成的，其受外拉力與靜電引力平衡,

為其中故外拉力對(duì)其做功例：電荷面密度分別為和的平板電容器，平板面積為，間距為，計(jì)算其電容及儲(chǔ)存的靜電能。電容器BAE解：體系可看成是將B板從與A板重合的位置勻速右拉距離69BAE因外力對(duì)系統(tǒng)做的功全部轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的靜電能，因此靜電能例：電荷面密度分別為和的平板電容器，平板面積為，間距為，計(jì)算其電容及儲(chǔ)存的靜電能。電容器BAE因外力對(duì)系統(tǒng)做的功全部轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的靜電能，因此靜電能例70H+H+H+H+C-4無(wú)極分子：CH4

有極分子：H2OH+H+O--

分子中的正負(fù)電荷束縛很緊，介質(zhì)內(nèi)部幾乎沒(méi)有自由電荷。電介質(zhì)

電介質(zhì)的極化H+H+H+H+C-4無(wú)極分子：CH4有極分子：H2OH+71±±±±±±±±±±±±±±±

+

+

+E0E0+++

+

+

++++

E0

+

+

+E0電介質(zhì)的極化過(guò)程無(wú)極分子的位移極化有極分子的轉(zhuǎn)向極化±±±±±±±±±±±±±±±72在外電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)表面或內(nèi)部積累凈電荷的現(xiàn)象稱(chēng)為電介質(zhì)的極化。電介質(zhì)的極化的結(jié)果：電介質(zhì)的極化：表面或內(nèi)部產(chǎn)生極化電荷；極化電荷產(chǎn)生電場(chǎng)：在外電場(chǎng)的作用下，介質(zhì)表面或內(nèi)部積累凈電荷的現(xiàn)象稱(chēng)為電介質(zhì)的73電介質(zhì)介電常數(shù)的物理含義若均勻、各項(xiàng)同性、線性電介質(zhì)的介電常數(shù)為，那么在靜電場(chǎng)中被極化后，其內(nèi)部沒(méi)有凈余電荷，而在其表面通常會(huì)有凈余極化電荷。表面任一點(diǎn)處的極化電荷面密度和該點(diǎn)附近總電場(chǎng)強(qiáng)度的法向方向分量的關(guān)系是真空電介質(zhì)E內(nèi)nE外nE內(nèi)nE外n電介質(zhì)介電常數(shù)的物理含義若均勻、各項(xiàng)同性、線性電介質(zhì)的介電常74答：在球心處的極化點(diǎn)電荷為，在介質(zhì)球表面的極化電荷面密度為。例：在半徑為、介電常數(shù)為的電介質(zhì)球的球心處置入一個(gè)點(diǎn)電荷，其電量為。求空間中的電場(chǎng)。；答：在球心處的極化點(diǎn)電荷為75例：介電常數(shù)為的液體電介質(zhì)以速率流過(guò)一個(gè)平行板電容器（極板間距為），與速度方向垂直的方向有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為。計(jì)算電容器兩極板間的電勢(shì)差。解：電介質(zhì)極化后只在其上下表面有均勻分布的等量異號(hào)極化電荷，因此電場(chǎng)完全只分布在電介質(zhì)內(nèi)部，故兩極板間的電勢(shì)差為零。電介質(zhì)內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)和極化面電荷密度之間的關(guān)系是：×

×

×

××

×

×

×E內(nèi)E內(nèi)解之可得：E內(nèi)例：介電常數(shù)為的液體電介質(zhì)以速率流過(guò)一個(gè)平行76例：無(wú)窮大導(dǎo)體平板單位面積上的總電荷為，左右兩邊充滿了介電常數(shù)分別為和的電介質(zhì)，求空間靜電場(chǎng)的分布。例：無(wú)窮大導(dǎo)體平板單位面積上的總電荷為，左右兩邊充77例：平板面積為，間距為，中間夾有介電常數(shù)為的電介質(zhì)。求電容。BAE（答：)例：平板面積為，間距為，中間夾有介電常數(shù)為的電介78例：例：79解：解：80解：解：81穩(wěn)恒電路電源的電動(dòng)勢(shì)定義：在電源內(nèi)將單位正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極的過(guò)程中非靜電力所作的功注意：電動(dòng)勢(shì)不是勢(shì)函數(shù)穩(wěn)恒電路電源的電動(dòng)勢(shì)定義：在電源內(nèi)將單位正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正82穩(wěn)恒電路電源的電動(dòng)勢(shì)定義：在電源內(nèi)將單位正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正極的過(guò)程中非靜電力所作的功例：穩(wěn)恒電路電源的電動(dòng)勢(shì)定義：在電源內(nèi)將單位正電荷從負(fù)極移動(dòng)到正83穩(wěn)恒電路例：穩(wěn)恒電路例：84穩(wěn)恒電路伏安曲線、電阻注意：電阻可以依賴(lài)于所施加的電壓電阻上消耗的熱功率：穩(wěn)恒電路伏安曲線、電阻注意：電阻可以依賴(lài)于所施加的電壓電阻上85穩(wěn)恒電路電路中任意兩點(diǎn)間的電勢(shì)差滿足穩(wěn)恒電路電路中任意兩點(diǎn)間的電勢(shì)差滿足86穩(wěn)恒電路例：A

1R1

I1I2R2

2

R3

3I3B

C穩(wěn)恒電路例：A1R1I1I2R22R87穩(wěn)恒電路例：

如圖所示電路，若所有電阻、電動(dòng)勢(shì)、電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻及電容都已知，求電容上的電荷。穩(wěn)恒電路例：如圖所示電路，若所有電阻、電動(dòng)勢(shì)、電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻及88穩(wěn)恒電路基爾霍夫第一方程組

在任一節(jié)點(diǎn)處，流向節(jié)點(diǎn)的電流和流出節(jié)點(diǎn)的電流的代數(shù)和為零：(節(jié)點(diǎn)電流方程)穩(wěn)恒電路基爾霍夫第一方程組在任一節(jié)點(diǎn)處，流向節(jié)點(diǎn)的電流和流89穩(wěn)恒電路基爾霍夫第二方程組

任一閉合回路中各電阻上電勢(shì)降落的代數(shù)和等于該回路中各電源電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和：(回路電壓方程)穩(wěn)恒電路基爾霍夫第二方程組任一閉合回路中各電阻上電勢(shì)降落的90例：如圖，已知各電源內(nèi)阻可略。求各支路電流。可得：例：如圖，已知各電源內(nèi)阻可略。求各支路電流。可得：91穩(wěn)恒電路疊加原理給定穩(wěn)恒電路中任一支路上的電流，為各電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)存在(其余電動(dòng)勢(shì)設(shè)為零、內(nèi)阻保留)時(shí)該支路上的電流的代數(shù)和。穩(wěn)恒電路疊加原理給定穩(wěn)恒電路中任一支路上的電流，為各電動(dòng)勢(shì)單92例：如圖，已知各電源內(nèi)阻可略。求各支路電流。解：例：如圖，已知各電源內(nèi)阻可略。求各支路電流。解：93的電阻為，求、之間的電阻。例：如圖，已知無(wú)窮大網(wǎng)格中連接兩相鄰格點(diǎn)的導(dǎo)線疊加原理和電流注入法的電阻為，求、之間的電阻。例：如圖，已知無(wú)窮大網(wǎng)格中連94解：假定右圖中的圓表示無(wú)窮遠(yuǎn)；在A、B兩點(diǎn)和無(wú)窮遠(yuǎn)之間分別連接一個(gè)內(nèi)阻為的電動(dòng)勢(shì)，并假定遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于A、B兩點(diǎn)與無(wú)窮遠(yuǎn)之間的電阻。根據(jù)疊加原理，A、B間的電流等于兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)存在時(shí)的電流之和。如果當(dāng)A、C間的電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)存在時(shí)流向A點(diǎn)的電流是I，那么因?yàn)?，可認(rèn)為這一電流最后全部通過(guò)網(wǎng)絡(luò)流到了無(wú)窮遠(yuǎn)，而沒(méi)有電流由B流向C再流向無(wú)窮遠(yuǎn)。這樣，等解：假定右圖中的圓表示無(wú)窮遠(yuǎn)；在A、B兩點(diǎn)和無(wú)窮遠(yuǎn)之間分別連95解：效地，相當(dāng)于將B、C點(diǎn)間看成是斷路的。因此可由對(duì)稱(chēng)性判斷出Ａ、Ｂ點(diǎn)間的電流是同理，當(dāng)B、C間的電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)存在時(shí)也有；因此兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)都存在時(shí)A、B間的電流是。另一方面，當(dāng)兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)單獨(dú)存在時(shí)C點(diǎn)和無(wú)窮遠(yuǎn)之間的電流正好是大小相等方向相反的，所以?xún)蓚€(gè)電動(dòng)勢(shì)都存在時(shí)其上解：效地，相當(dāng)于將B、C點(diǎn)間看成是斷路的。因此可由對(duì)稱(chēng)性判斷96解：電流為零，所以這段導(dǎo)線可以拿掉。（如右圖示。）綜合以上分析，最終可得A、B間的電阻為通過(guò)此例，可以看出所謂的“電流注入法”實(shí)際上是電路疊加原理的一個(gè)推論。解：電流為零，所以這段導(dǎo)線可以拿掉。（如右圖示。）綜合以上分97計(jì)算等效電阻（電容）具有對(duì)稱(chēng)性的電路，尋找等勢(shì)點(diǎn)，通過(guò)連、斷簡(jiǎn)化電路具有相似重復(fù)結(jié)構(gòu)的電路，可采用等效法具有分形結(jié)構(gòu)的電路，可采用極限或歸納法例：……計(jì)算等效電阻（電容）具有對(duì)稱(chēng)性的電路，尋找等勢(shì)點(diǎn)，通過(guò)連、斷98超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象99磁場(chǎng)線相互之間不相交磁場(chǎng)線的性質(zhì)磁場(chǎng)線是閉合的磁場(chǎng)線在沒(méi)有電流的地方都是光滑連續(xù)的無(wú)法定義與磁場(chǎng)等價(jià)的（標(biāo)量）“磁勢(shì)”磁場(chǎng)線相互之間不相交磁場(chǎng)線的性質(zhì)磁場(chǎng)線是閉合的磁場(chǎng)線在沒(méi)有電100例：有一根細(xì)鐵棒和細(xì)磁鐵棒，外形一樣。不借助其它工具怎樣區(qū)分它們例：有一根細(xì)鐵棒和細(xì)磁鐵棒，外形一樣。不借助其它工具怎樣區(qū)分101畢奧薩伐爾定律電流元在相對(duì)于其位置為的點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度

o=4

10-7T·m·A-1Pr

為：真空的磁導(dǎo)率。畢奧薩伐爾定律電流元在相對(duì)于其位置為的點(diǎn)處產(chǎn)生的磁感102畢奧薩伐爾定律例：一個(gè)半徑為的線圈上通有電流強(qiáng)度為的電流；求電流值線圈圓心處產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：磁場(chǎng)的疊加原理畢奧薩伐爾定律例：一個(gè)半徑為的線圈上通有電流強(qiáng)度為的電流103畢奧薩伐爾定律例：無(wú)窮長(zhǎng)直導(dǎo)線上通有電流強(qiáng)度為的電流；求距其處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：磁場(chǎng)的疊加原理畢奧薩伐爾定律例：無(wú)窮長(zhǎng)直導(dǎo)線上通有電流強(qiáng)度為的電流；求距104畢奧薩伐爾定律例：無(wú)窮大平面電流的面電流密度是，求空間各處的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：磁場(chǎng)的疊加原理畢奧薩伐爾定律例：無(wú)窮大平面電流的面電流密度是，求空間各處105畢奧薩伐爾定律例：無(wú)限長(zhǎng)螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：外部磁感應(yīng)強(qiáng)度為零，內(nèi)部是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且磁場(chǎng)的疊加原理畢奧薩伐爾定律例：無(wú)限長(zhǎng)螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度。解：外部磁感106恒定電流磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理(例：，)在恒定電流的磁場(chǎng)中，磁感應(yīng)強(qiáng)度矢量沿任一閉合路徑的積分(

的環(huán)流)等于穿過(guò)以為邊線的任一曲面的電流強(qiáng)度的代數(shù)和乘以：(磁場(chǎng)的有旋性)I1I3

I2L恒定電流磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理(例：，107恒定電流磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理例：求空心圓柱導(dǎo)線中的電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)。恒定電流磁場(chǎng)的安培環(huán)路定理例：求空心圓柱導(dǎo)線中的電流產(chǎn)生的磁108洛侖茲(磁)力vBFq

特點(diǎn)：洛侖茲力的方向與速度方向垂直，不做功。帶電量為、運(yùn)動(dòng)速度為的點(diǎn)電荷在磁場(chǎng)中受力為：方向：右手四指由速度方向握向磁場(chǎng)方向時(shí)大拇指的指向。為負(fù)時(shí)則相反。洛侖茲(磁)力vBFq特點(diǎn)：洛侖茲力的方向與速度方向垂直，109洛侖茲磁力初速度方向與磁場(chǎng)方向垂直周期:半徑:粒子作勻速圓周運(yùn)動(dòng):

BRF+

vO（與速率無(wú)關(guān)）洛侖茲磁力初速度方向與磁場(chǎng)方向垂直周期:半徑:粒子作勻速圓周110初速度方向沿任意方向螺距:沿螺旋線軌道運(yùn)動(dòng):半徑:Bh

+v

v與B成任意夾角

洛侖茲磁力初速度方向沿任意方向螺距:沿螺旋線軌道運(yùn)動(dòng):半徑:Bh+v111洛侖茲磁力磁鏡：qF||FF

B＋磁瓶：洛侖茲磁力磁鏡：qF||FFB＋磁瓶：112洛侖茲磁力極光：由于地磁場(chǎng)俘獲帶電粒子而出現(xiàn)的現(xiàn)象洛侖茲磁力極光：由于地磁場(chǎng)俘獲帶電粒子而出現(xiàn)的現(xiàn)象113安培力方向：右手四指由電流方向握向磁場(chǎng)方向時(shí)大拇指的指向安培力方向：右手四指由電流方向握向磁場(chǎng)方向時(shí)大拇指的指向114

qBIdl

v安培力qBIdl安培力115安培力電磁軌道炮不同于當(dāng)前的艦炮，它利用電流和生成的電磁力替代化學(xué)能來(lái)發(fā)射彈丸。其彈丸射速遠(yuǎn)高于當(dāng)前艦炮的彈丸射速。安培力電磁軌道炮不同于當(dāng)前的艦炮，它利用電流和生成的電磁力替116例：穩(wěn)恒電流為什么會(huì)在導(dǎo)線中均勻分布？例：穩(wěn)恒電流為什么會(huì)在導(dǎo)線中均勻分布？117動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)×

×

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××

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××

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×＋－：有效切割磁力線的速度分量注意：產(chǎn)生動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力為洛倫茲力的分力，它不是一個(gè)保守力。動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)××××××××××××＋－：118感生電動(dòng)勢(shì)單位時(shí)間內(nèi)的磁通量變化注意：產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電力為感生電場(chǎng)，但感生電場(chǎng)不是保守場(chǎng)，不能定義電勢(shì)。感生電場(chǎng)的電場(chǎng)線是閉合的。感生電場(chǎng)可以對(duì)電荷做功。感生電動(dòng)勢(shì)單位時(shí)間內(nèi)的磁通量變化注意：產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的非靜電119×

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×例：半徑為的導(dǎo)線環(huán)置入隨時(shí)間均勻增加的磁場(chǎng)中，求線圈中的感生電動(dòng)勢(shì)。解：在時(shí)間到之間，磁通量變化方向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?。所以感生電?dòng)勢(shì)大小為感生電動(dòng)勢(shì)××××××××××××例：半徑為的導(dǎo)線120感生電動(dòng)勢(shì)單位時(shí)間內(nèi)的磁通量變化一個(gè)感生電場(chǎng)可準(zhǔn)確求解的簡(jiǎn)單例子：

感生電動(dòng)勢(shì)單位時(shí)間內(nèi)的磁通量變化一個(gè)感生電場(chǎng)可準(zhǔn)確求解的簡(jiǎn)單121例：

如圖，已知以PQ為直徑的圓環(huán)的磁通量以每秒增加，求P、Q兩點(diǎn)間的電勢(shì)差及電流表上的讀數(shù)。

ＰＱ