物理電與磁課件i

物理電與磁課件I歡迎來到物理電與磁課程。本課程將深入探討電磁學的基本概念和應(yīng)用。我們將從靜電學開始，逐步過渡到電動力學和電磁波。讓我們一起揭開電磁世界的神秘面紗。課程目標理解基本概念掌握靜電學、電動力學和電磁學的核心理論。應(yīng)用數(shù)學工具學習使用數(shù)學方法分析電磁現(xiàn)象。實踐應(yīng)用能力培養(yǎng)解決實際電磁問題的能力。科技前沿認知了解電磁學在現(xiàn)代科技中的最新應(yīng)用。靜電分類及基本概念摩擦靜電通過摩擦產(chǎn)生的電荷分離現(xiàn)象。例如，用毛皮摩擦塑料尺。接觸靜電物體接觸后分離時產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移。如走路時產(chǎn)生的靜電。感應(yīng)靜電帶電體靠近導體時，導體內(nèi)部電荷重新分布的現(xiàn)象。靜電平衡與靜電定律靜電平衡條件導體表面電場強度為零，電勢處處相等。電荷守恒定律孤立系統(tǒng)中，正負電荷的代數(shù)和保持不變。靜電力疊加原理多個點電荷的合力等于各個電荷力的矢量和。庫侖定律力的大小F=k(q1q2)/r2，其中k為庫侖常數(shù)。作用距離力的大小與距離的平方成反比。力的方向同性電荷相斥，異性電荷相吸。電場強度1定義單位正電荷所受到的靜電力。2計算公式E=F/q=kQ/r2，Q為源電荷。3矢量性質(zhì)電場強度是矢量，有大小和方向。4電場線用于可視化電場分布的假想線。電通量與高斯定理電通量定義穿過某個面積的電場線數(shù)量。計算公式Φ=E·S·cosθ，θ為電場線與面法線夾角。高斯定理閉合曲面電通量等于內(nèi)部電荷量除以ε?。應(yīng)用簡化復雜電場計算，如球形、圓柱形電場。電勢與電勢能1電勢能電荷在電場中的位置能。2電勢單位正電荷的電勢能。3電勢差兩點間的電勢之差。4等勢面電勢相等的點組成的面。電勢能與電場關(guān)系1梯度關(guān)系電場強度是電勢的負梯度。2保守場靜電場是保守場，做功與路徑無關(guān)。3能量轉(zhuǎn)換電勢能可轉(zhuǎn)化為動能。4功能關(guān)系電場力做功等于電勢能減少量。電容與電容器1F法拉電容的國際單位，1F=1庫侖/1伏特。Q=CV電容公式電荷量等于電容乘以電壓。ε?真空介電常數(shù)8.85×10?12F/m，影響電容大小。電容器組成電極板通常為金屬材料，用于儲存電荷。介質(zhì)兩極板間的絕緣材料，增加電容量。外殼保護內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提供絕緣。電容器的等效電路串聯(lián)1/C等效=1/C1+1/C2+...并聯(lián)C等效=C1+C2+...混合連接先計算簡單部分，再逐步簡化。電容分類陶瓷電容高頻性能好，適用于濾波。電解電容大容量，用于電源濾波。薄膜電容溫度穩(wěn)定性好，用于精密電路。電流的基本概念1定義單位時間內(nèi)通過導體橫截面的電荷量。2方向規(guī)定為正電荷流動方向。3單位安培（A），1A=1庫侖/秒。4測量使用電流表，串聯(lián)在電路中。歐姆定律1公式表述I=U/R，電流等于電壓除以電阻。2適用條件導體溫度恒定，電流密度均勻。3線性關(guān)系電流與電壓成正比，與電阻成反比。4實際應(yīng)用電路設(shè)計、電器功率計算等。導體的電阻電阻定義導體對電流通過的阻礙作用。影響因素材料、長度、截面積、溫度。計算公式R=ρL/A，ρ為電阻率。溫度效應(yīng)大多數(shù)金屬電阻隨溫度升高而增大。電路元件的串并聯(lián)電阻串聯(lián)R總=R1+R2+...電流相同，電壓分配。電阻并聯(lián)1/R總=1/R1+1/R2+...電壓相同，電流分配?；旌线B接先計算簡單部分，再逐步簡化。電功與電功率電功W=UIt，單位為焦耳（J）。電功率P=UI=I2R=U2/R，單位為瓦特（W）。焦耳定律Q=I2Rt，電流產(chǎn)生的熱量。電源的種類化學電源電池、蓄電池，利用化學反應(yīng)產(chǎn)生電能。光電源太陽能電池，將光能轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機將機械能轉(zhuǎn)換為電能。開關(guān)對電路的影響1閉合狀態(tài)電流通過，電路正常工作。2斷開狀態(tài)電流中斷，電路停止工作。3瞬態(tài)過程開關(guān)動作時，電路可能出現(xiàn)瞬態(tài)電流。4安全考慮開關(guān)設(shè)計需考慮電流承載能力和絕緣性能。電路模型與分析1基爾霍夫定律電流定律和電壓定律。2戴維南定理復雜電路等效簡化。3疊加原理多源電路分析方法。4節(jié)點分析法利用節(jié)點電壓求解電路。電磁感應(yīng)基本概念磁通量變化閉合回路中磁通量變化會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。感應(yīng)電流感應(yīng)電動勢在閉合回路中產(chǎn)生電流。感應(yīng)方向感應(yīng)電流的方向總是阻礙磁通量的變化。應(yīng)用廣泛發(fā)電機、變壓器等設(shè)備的工作原理。法拉第電磁感應(yīng)定律ε=-dΦ/dt數(shù)學表達感應(yīng)電動勢等于磁通量變化率的負值。N線圈匝數(shù)感應(yīng)電動勢與線圈匝數(shù)成正比。1831發(fā)現(xiàn)年份法拉第于1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。自感與互感自感線圈中電流變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的現(xiàn)象。L=Φ/I，單位為亨利（H）?；ジ幸粋€線圈電流變化引起另一線圈感應(yīng)電動勢。M=Φ21/I1，單位也為亨利（H）。變壓器原理利用電磁感應(yīng)實現(xiàn)電壓變換。變壓比N1:N2=U1:U2=I2:I1效率輸出功率與輸入功率之比。電磁波的基本概念定義電場和磁場在空間周期性變化傳播的波。產(chǎn)生加速運動的電荷或變化的電流產(chǎn)生。傳播速度在真空中等于光速。橫波性質(zhì)電場、磁場、傳播方向互相垂直。電磁波的分類電磁波的性質(zhì)及應(yīng)用反射雷達技術(shù)、無線通信。折射光纖通信、透鏡設(shè)計。干涉全息技術(shù)、光學薄膜。衍射天線設(shè)計、X射線衍射。微波技術(shù)概述1定義波長在1mm到1m之間的電磁波。2產(chǎn)生磁控管、行波管等特殊電子管。3傳輸波導管、同軸電纜。4應(yīng)用通信、雷達、加熱。雷達技術(shù)概述工作原理發(fā)射電磁波并接收回波，測定目標位置和速度。主要組成發(fā)射機、接收機、天線、