大学物理电磁学（课堂PPT）

1,2011年10月31日,物理学院顾兵gubing,电磁学复习,2,第10章真空中的静电场,10-1电荷库仑定律10-2电场电场强度10-3静电场的高斯定理10-4静电场的环路定理电势,知识点:,带电体的电场强度和电势,高斯定理及其应用,典型例题:例10.2;例10.3;例10.5;例10.6;例10.7;例10.8(需更正);例10.10,典型习题:P2410-2,3,6,9,10,12,14,15,17,18,电场强度和电势的叠加,3,第10章静电场,库仑定律,电场场强,矢量和,U代数和,正电荷受力方向,基本思想：场的叠加,点电荷间,点电荷受力,连续带电体受电场力,4,环路定理,高斯定理,重要定理：,基本物理量：场强和电势,静电场是保守场,静电场是有源场,5,场强的计算：矢量和,叠加法,高斯法,(球、轴、面对称时),q连续，取微元,q分立,点电荷电场,判方向，分解，同向积分,6,电势的计算（代数和）：,定义,沿aP0任意路径的积分,E是积分路径上的场强分布,点电荷,-对带电体分布区域积分,点电荷系,代数和,连续带电体,7,点电荷在电场中的电势能：,电场力对电荷作功：,电场中任意两点间的电势差：,互能,8,几个常用的计算结果,4.带电圆环轴线上的电场和电势,点电荷的电势,方向:+x,2.无限长带电直线的电场,1.点电荷的场强,9,第11章导体和电介质的静电场,11-1导体的静电平衡11-2电容器及其电容11-3静电场中的电介质11-4有电介质时的高斯定理11-5静电场中的能量,10,知识点:,典型例题:例11.1;例11.3;例11.5,典型习题:P5011-1,6,8,10,14,17,19,20,21,22,静电平衡状态下导体上电荷分布、电场强度和电势,电容器的电容及其储能,电介质的极化：求D、E、P,电场能量,11,第11章导体和电介质的静电场,1.导体的静电平衡条件,2.静电平衡时导体上的电荷分布特点,有导体时计算场强(或q)的一般方法电荷守恒导体静电平衡条件(E内=0，U=常数)场强叠加（或电势叠加）,12,电容器的电容,平行板电容器,圆柱形电容器,球形电容器电容,电容器储能：,充电介质:,13,3.电介质极化：,在外场E0中,有极分子,无极分子,-位移极化,-取向极化,P-电极化强度；n-介质外法向,介质内部总场,充介质,在E的表面出现极化电荷,14,4.电介质中的高斯定理,-电位移矢量,对各向同性均匀电介质,有介质时先求D(只考虑q0),再求,相对介电常数,介电常数,5.电场能量,15,第12章直流电和交流电,12-1电流恒定电流12-2欧姆定律焦耳定律12-3电源电动势12-4全电路欧姆定律12-5基尔霍夫方程组12-6电容器的充放电过程12-7交流电,知识点:,恒定电路中路段电压和回路中电流的计算,典型例题：基尔霍夫方程组应用举例,典型习题：P7412-7,9,11,12,13,14,15,16,16,充电,放电,路端电压,电源内阻上的电势降,放电,I:-+,充电,I:+-,方向规定：,电源电动势,电源充放电时的功率转换,充电,放电,电源功率,放电：电源输出功率,负载功率,充电：外电路输入电源功率,内阻功率,17,闭合电路的欧姆定律(单回路),先任意设定电路中的电流I方向，e方向与I一致，e为正；反之e为负.,电动势正负取向规定:,分别是电路总负载电阻和电源内阻之和.,按图示的电流方向,I0，电流实际方向与图示I一致；反之相反。,e方向:-+,回路电压定理,18,基尔霍夫第一方程组（节点的电流方程）,规定：流出+，流入；,通过节点电流的代数和为零。,任一回路电压降的代数和为零。,基尔霍夫第二方程组(回路的电压方程),电阻：电流方向与绕行方向相同时，电阻上压降为正；反之为负。,电源：沿绕行方向，从电源正极到电源负极，压降为正；反之为负。,C,例,C：,19,第13章恒定磁场,13-1磁场磁感应强度13-2毕奥-萨伐尔定律13-3恒定磁场的安培环路定理13-4磁介质磁化13-5有磁介质时的安培环路定理高斯定理13-6铁磁质13-7带电粒子在磁场中的运动13-8磁场对载流导线的作用,20,知识点:,典型例题:例13.1;例13.2;例13.4;例13.5;例13.6;例13.7;例13.8,典型习题:P10913.10,11,12,14,15,17,18,19,20,21,25,26,30,毕奥-萨伐尔定律求载流直导线（线圈）的磁场,有无磁介质时的安培环路定理及其应用,磁场对载流导线的作用力,带电粒子在均匀磁场中的运动;霍耳效应,载流线圈在磁场中所受磁力矩,磁介质的极化：求H、B、M,21,第13章恒定磁场,重要结果,直线：,圆环：,螺线管,22,安培定律,载流导线,电流元,运动电荷,洛仑兹力,载流线圈,磁矩,磁力矩,自身性质定,23,磁场的两个重要定理,磁场无源,单面磁通量计算：,磁高斯定理,安培环路定理,磁场有漩,非保守场,应用环路定理求对称性磁场（轴）,注意区别,24,2、磁介质-分子电流观,电子运动,分子电流,(轨道+自旋),(等效圆电流),分子磁矩,(pm),磁介质磁化：,抗磁质-,顺磁质-,pmB0,在外场B0作用下,磁化,磁化面电流,附加,磁介质中总磁场,磁化强度,磁化面电流密度,介质表面,25,磁介质中的安培环路定理,磁场强度,在真空中,1）,2）,各向同性磁介质中,讨论,磁导率,相对磁导率,磁化率,26,磁介质中安培环路定理的应用,求出B,求均匀磁介质中特殊对称性的磁场,H,求解方法类似于,I分布分析H(同B)对称性，选合适的L,27,第14章电磁感应与电磁波,14-1电磁感应现象及其基本规律14-2感应电动势14-3互感和自感14-4磁场的能量14-5位移电流麦克斯韦方程14-6电磁振荡和电磁波,知识点:,典型例题：例14.1；例14.3；例14.4；例14.5,典型习题：P13914.7,8,9,12,14,17,18,20,感应电动势的大小和方向,动生电动势和感生电动势,互感系数和自感系数及其磁能,位移电流,28,感应电动势,普适式,感生电动势(磁场变化感生电场),先积分求,-对运动的导线L积分,-对导线所围面积积分,第14章电磁感应与电磁波,动生电动势(导线运动),再求导得,29,互感系数,普适式(L一定),自感磁能,自感系数,互感磁能,长直螺线管:,30,磁场能量密度,非均匀磁场能量,小体元能量,总能量,-积分遍及磁场存在的空间,均匀磁场的能量,磁场的能量,31,补充习题,32,例1如图所示的均匀带电线(单位长度上带电)求o点处的场强和电势?,解:直线,方向-x,弧线,33,求电势,问题1.若o处有电荷q,则其受力？,直线,弧线,问题2.若o处有电荷q,则电势能？,34,例2.均匀带电球体,半径R,带电量Q.求球内、外电势分布.,解:先求E分布:,用高斯定理,电势分布:,35,例3同轴电缆由内径为R1、外径为R2的两无限长金属圆柱面构成，单位长度带电量分别为+、-，其间充有r电介质。求：。,两柱面间的场强E；,电势差U；,单位长度电容；,单位长度贮存能量,36,极板间作高为h半径为r的同轴圆柱面，由介质中高斯定理：,场强,解：,37,单位长度电容,h长电容,单位长度电容,极间电压,38,h长贮存能量,单位长度贮存能量,单位长度贮存能量,39,例4如图闭合回路,电流为I,求o点处的磁感应强度B,解：,I,40,例5用毕沙定律求证：无限大载流薄板的磁场,(i单位宽度上电流),解:,证毕,41,例6一无限长直导线与一圆弧形导线共面，如图示，求圆弧形导线所受磁力(),解：,由对称性,42,例7：如图示,电流I沿轴向均布,求P处的磁感应强度B。,解：,电流密度,43,解:线圈磁矩,例8.如图,半径为R1和R2的两个半圆弧与直径上的两小段构成的通电线圈,均匀磁场B与线圈平面平行,求线圈的磁矩和线圈受到的合力及磁力矩.,B,i,m=NIS,R2,R1,磁力矩为：,大小:M=mBsin90,方向：竖直向下,线圈受合力,均匀磁场闭合平面线圈所受合力=0。,44,例9半径为R的塑料圆盘，表面带有面密度为的电荷，假定原盘绕其轴线以角速度旋转，置于与盘面平行的匀强场B中，试证:磁场作用于圆盘的力矩的大小为,解：,取细环，,等效电流为,磁矩,45,例10一无限长载流I的导线与一矩形导体框位于同一平面内，相对位置如图示,且相互绝缘，求穿过线框的磁通量。,解：,46,例11一金属棒水平放置，以长度为处为转轴，在水平面内旋转，已知磁场方向垂直向上，求金属棒中的电动势。,c,解：利用结论,ac段,bc段,47,练习：具有相同轴线的两个圆形导体回路，相距，当大回路中通有电流I时，小回路中的磁场可视为均匀的，现假定小回路以速度运动，求小回路中的感应电动势。,解：在载流大回路轴线上的磁场,48,穿过小回路的磁通量,感应电动势,49,例12：如图所示为相距2a的两根载流长直导线,电流强度均为I,长为2b的金属棒MN位于两直导线正中间,并以恒定速率v(方向平行于直导线)运动，求棒两端的电势差UMN,解：,N端电势高,上:,50,练习：在两无限长载流直导线组成的平面内，有一金属棒L，当棒以匀速度v向下运动时，求金属棒中的感应电动势。,解：,51,练习无限长直导线通电流I,与半径为R的1/4圆周线圈共面,线圈以速度v平行于直导线运动,求线圈中各段导线中的感应电动势？,解：