电介质稳恒磁场习题课解读.ppt

对各向同性电介质 1 理解电位移矢量的定义 内容回顾 静电场中的介质及电容稳恒磁场 2 确切理解有电介质的高斯定理 并能利用它求解有电介质存在时具有一定对称性的电场问题 平行板电容器 静电场有电介质时的高斯定理 3 理解电容的定义 掌握计算简单电容器和电容器组的电容的方法 电容的定义 并联电容器组 串联电容器组 4 掌握电容器的电能公式并能计算电容器的能量 5 理解电场能量密度的概念并会计算电荷系的静电能 电容器的能量 电场的能量密度 电荷系的静电能 毕奥 萨伐尔定律 电流元在空间产生的磁场 真空磁导率 磁场 运动电荷 运动电荷 磁感线 规定 曲线上每一点的切线方向就是该点的磁感强度B的方向 曲线的疏密程度表示该点的磁感强度B的大小 磁通量 通过某一曲面的磁感线数为通过此曲面的磁通量 单位 物理意义 通过任意闭合曲面的磁通量必等于零 故磁场是无源的 磁场高斯定理 安培环路定理 即在真空的稳恒磁场中 磁感应强度沿任一闭合路径的积分的值 等于乘以该闭合路径所包围的各电流的代数和 2 安培环路定理适用于稳定电流 求出的B是总场 包括空间所有电流的贡献 3 适当选择环路 使环路上各点的B方向都沿环路切向 大小相等 才能把B提到积分号外 电流分布具有对称性因而磁场分布具有对称性 能用安培环路定理直接求磁场 带电粒子在磁场中所受的力 洛仑兹力不做功 洛仑兹力 安培环路定理适用范围 一类是载流无限长直导线及圆柱 载流导体直圆筒以及同轴组合 另一类是载流细螺绕环以及载流无限长螺线管轴线上的场 1 回旋半径和回旋频率 与不垂直 3 磁聚焦 回旋加速器 1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D型室 此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量 为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖 optimumthicknessofmagnetandelectrode 我国于1994年建成的第一台强流质子加速器 可产生数十种中短寿命放射性同位素 思考讨论题 1 如图 在电量为q的点电荷附近 有一细长的圆柱形均匀电介质棒 则由高斯定理 可算出P点的电位移矢量的大小 所以 P点场强大小为 讨论以上解法是否正确 为什么 不正确 因为自由电荷是点电荷 介质棒在该电场中极化 极化电荷分布在棒的两端面上 不是对称分布 故不能用高斯定理求出D 也求不出E 只有当自由电荷及介质分布有一定的对称性 应用高斯定理 使面积分中的能以标量形式提出来 即可求出D 另一部分高斯面上 高斯面上处处相等 再由求出E 选取高斯面S的原则 2 电介质在外电场中极化后 两端出现等量异号电荷 若把它截成两半后分开 再撤去外电场 问这两个半截的电介质上是否带电 为什么 不带电 因为从电介质极化的微观机制看有两类 非极性分子在外电场中沿电场方向产生感应电偶极矩 极性分子在外电场中其固有电偶极矩在该电场作用下沿着外电场方向取向 其在外电场中极化的宏观效果是一样的 在电介质的表面上出现的电荷是束缚电荷 这种电荷不象导体中的自由电荷那样能用传导的方法引走 当电介质被裁成两段后撤去电场 极化的电介质又恢复原状 仍各保持中性 3 当电场强度相同时 电介质内电场能量密度比真空中大 这是为什么 这是由于电介质极化时 表面出现束缚电荷 其附加电场与原电场方向相反 削弱了电介质内部的电场 于是要在电介质中建立起与真空中相同的电场 就需要做更多的功 从而介质内积蓄的电场能量较多 能量密度较大 4 如图所示 流出纸面的电流为2I 流进纸面的电流为I 则下述各式中正确的是 D 5 图示为一云室照片的示意图 显示一带电粒子的径迹 云室内有垂直于纸面向里的磁场 中央部分为一水平放置的铅板 1 因带电粒子穿过铅版将损失一部分动能 试判断该粒子穿过铅板的方向 2 试问该粒子所带电荷是正还是负 2 1932年 美国物理学家安德森 C D Anderson 就是利用这个办法发现正电子的 为此他获得了1936年诺贝尔物理奖 答 1 由a到c 1 掌握应用毕奥 萨伐尔定律和磁场叠加原理求解磁场等问题的方法 2 能够用已知典型电流的磁场叠加求未知磁场分布 2 无限长细直线电流 1 有限长细直线电流 3 通电流的细圆环中心 4 通电流的均匀密绕直螺线管轴线上 5 通电流无限长均匀密绕螺线管内 3 掌握安培环路定理 并会利用该定理计算具有对称性电流分布的磁场 注意电流的方向与取正负号的关系 4 掌握安培定律及计算载流导线 或载流线圈 在磁场中受力 或力矩 的方法 载流线圈的磁矩 载流线圈受的磁力矩 5 理解