大学物理：电磁学PPT

1、点电荷的电场：(electric field due to a point charge)电场强度：库仑定律：电场叠加原理：(electric field)(Coulombs law)(superposition principle of electric field)12电流元的磁场1运动电荷的磁场运动电荷的磁场：P*毕奥-萨伐尔定律3磁场的叠加原理212345678判断下列各点磁感强度的方向和大小.1、5 点 ：3、7点 ：2、4、6、8 点 ：例1：3点电荷电场：电流元磁场：电偶极矩（电矩）磁偶极矩（磁矩）电偶极子延长线上的电场载流线圈轴线上的磁场运动电荷磁场：4带电体在外场中所受的作用

2、力：点电荷：带电体：*E为外电场，电荷自身产生的电场应排除在外。5 已知当平行板电容器正对面积为 S，带电量为 Q 时，两极板间的电场强度 ，求两极板之间的相互作用力F。例2：解： 6带电体在外场中所受的作用力：电偶极子：可见： 力矩最大； 力矩最小。力矩总是使电矩 转向 的方向，以达到稳定状态7 安培定律 ：有限长载流导线所受的安培力：*B为外磁场，电流元自身产生的磁场应排除在外洛伦兹力：运动电荷和电流在外场中所受的作用力：8PL结论:任意平面载流导线在均匀磁场中所受的力 , 与其始点和终点相同的载流直导线所受的磁场力相同. 求 如图不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力，已知 和 .例3

3、：9线圈有N匝时MNOPI M,N O,P载流线圈的磁力矩：10IRQJKPo 如图半径为0.20m，电流为20A，可绕轴旋转的圆形载流线圈放在均匀磁场中 ，磁感应强度的大小为0.08T，方向沿 x 轴正向.问线圈受力情况怎样？ 线圈所受的磁力矩又为多少？练习4：11静电荷受力：电偶极子所受力矩：运动电荷受力：电流元受力：载流线圈所受磁矩：12洛伦兹力： (Lorentz force)+洛伦兹力：(Lorentz force)匀速圆周运动匀速直线运动其他螺旋运动应用：磁聚焦13磁聚焦： (Magnetic focusing)14霍尔效应： (Hall effect)若载流子带负电则产生的霍尔电

4、压极性相反15I+ + +- - -P 型半导体+-2）测量磁场霍耳电压1）判断半导体的类型+ + +- - - N 型半导体-I+-霍尔效应： (Hall effect)16点电荷的电场线正 点 电 荷+负 点 电 荷17一对等量异号点电荷的电场线+18一对等量正点电荷的电场线+19一对不等量异号点电荷的电场线20带电平行板电容器的电场线+ + + + + + + + + + + + 21磁感线：(magnetic induction line)ISNISNI22 通过电场中某一个面的电场线数叫做通过这个面的电场强度通量。电场强度通量：(electric flux)23封闭曲面：规定：对于闭

5、合曲面通常规定 取向外为正电场强度通量：(electric flux)24 通过磁场中某一个面的磁感线条数叫做通过这个面的磁通量。磁通量：(magnetic flux)25磁通量：(magnetic flux)磁场的高斯定理26例4:匀强电场的分布如图所示，求其中闭合圆柱面的电场强度通量。27高斯定理：(Guasss Law)高斯定理：(Guasss Law)高斯定理反映了静电场的一个基本性质，即静电场是有源场。电场的源头是有电荷存在的地方。通过闭合曲面的电通量仅与闭合曲面内的电荷有关，与曲面外的电荷无关；闭合曲面上的场强是曲面内外所有电荷共同作用的结果。28例5：一半径为R，均匀带电Q的薄球

6、壳。求球壳内外任意点的电场强 度。+如图，过P点做球面S1如图，过P点做球面S229例6：一半径为R，均匀带电Q的球体。求球体内外任意点的电场强 度。+如图，过P点做球面S1如图，过P点做球面S230例7：求无限长均匀带电直线产生的电场强度。已知电荷线密度为。+31练习5：两个带有等量异号电荷的无限长同轴圆柱面，半径分别为R1和R2（R1R2），单位长度上的电荷为。求离轴线为 r 处的电场强度；（1）rR1；（2）R1rR2。32例8：求无限大均匀带电平面产生的电场强度。已知电荷面密度为。+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

7、 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 33一 均匀带电球壳（体）二 无限长均匀带电直线三 无限大均匀带电平面需熟记的一些计算结果：34无限大带电平面电场的叠加：35静电场的环路定理： (circuital theorem of electrostatic fiel

8、d )静电场环路定理(circuital theorem of electrostatic field )36电势：(electric potential)电势:(electric potential )点电荷电场中的电势:电势的叠加原理: 点电荷电场中常取无穷远处为电势零点37点电荷的电场线和等势面：38两平行带电平板的电场线和等势面：+ + + + + + + + + + + + 39一对等量异号电荷的电场线和等势面：+40判断：在等势面上移动电荷，电场力不做功。等势面密处电场强度大；等势面疏处电场强度小。电场弱的地方电势低；电场强的地方电势高。电势为零的地方，场强也为零。场强相等的地方，

9、电势也为相等。等势面上，场强相等。场强等于零的区域内，电势处处相等。41例9：求均匀带电球面内外任意一点的电势。 +由高斯定理求出：42练习6：一半径为 R 的均匀带电球面，带有电荷 Q，若规定该球面上电势为零，则球面外距球心 r 处的 P 点的电势是多少？43 真空中一半径为R 的均匀带电球面，总电荷为Q今在球面上挖去很小一块面积S (连同其上电荷)，若电荷分布不改变，则挖去小块后球心处电势(设无穷远处电势为零)为_ 例10：44安培环路定理：(circuital theorem of Ampere )安培环路定理：(circuital theorem of Ampere )安培环路定理反映

10、了磁场的一个基本性质，即磁场是有旋场。磁感强度沿闭合曲线的积分仅与穿过闭合曲线的电流有关，与曲线外的电流无关；闭合曲线上的磁感强度是曲线内外所有电流共同作用的结果。45安培环路定理： (circuital theorem of Ampere )46例11：求长直密绕载流螺线管内部的磁场。+MNPO47例12：求无限长载流圆柱体的磁场。48求无限长载流圆柱面的磁场。练习7：49oI（5）*Ad（4）*o（2R）I+R（3）oIIRo（1）x例13：求下列载流导线产生的磁感强度。50 一根无限长直导线弯成如图所示形状，通以电流 I，求O点的磁感应强度。练习8：51+感应电荷静电场中的导体：(con

11、ductor in electric field)52+静电场中的导体：(conductor in electric field)53+导体内电场强度外电场强度感应电荷电场强度静电场中的导体：(conductor in electric field)54+导体内部无电荷1实心导体静电平衡的导体：(conductor in electrostatic equilibrium)2有空腔导体+-矛盾空腔内表面无电荷导体内部无电荷+55静电平衡的导体：(conductor in electrostatic equilibrium)3导体空腔内有电荷导体内部无电荷导体内表面感应等量电荷56 1屏蔽外电场

12、外电场 空腔导体可以屏蔽外电场, 使空腔内物体不受外电场影响.这时,整个空腔导体和腔内的电势也必处处相等.空腔导体屏蔽外电场静电屏蔽：(electrostatic shield)57接地空腔导体将使外部空间不受空腔内的电场影响。接地导体电势为零 2屏蔽内电场+静电屏蔽：(electrostatic shield)58+3导体表面场强分布静电平衡的导体：(conductor in electrostatic equilibrium)4导体表面电荷分布+曲率半径大的地方电荷密度大。59+60无极分子电介质：（氢、甲烷、石蜡等）有极分子电介质：（水、有机玻璃等）静电场中的电介质：(dielectri

13、c in electric field)61电介质中的高斯定理：令：电位移矢量电介质中的高斯定理电介质中点电荷的场强：绝对电容率：62介质磁化后的附加磁感强度真空中的磁感强度 磁介质中的总磁感强度顺磁质 抗磁质铁磁质（铁、钴、镍等）（铝、氧、锰等）（铜、铋、氢等）弱磁质磁介质：(magnetic medium)完全抗磁体（汞、铌等）63无外磁场顺 磁 质 的 磁 化有外磁场顺磁质的磁化：64 同向时 反向时无外磁场时抗磁质分子磁矩为零 抗磁质内磁场抗磁质的磁化抗磁质的磁化：65绝对磁导率：介质中的安培环路定理：令：介质中的安培环路定理66O磁滞回线铁磁质的磁化：剩磁：矫顽力：饱和磁感强度：67

14、O软磁材料O硬磁材料O矩磁铁氧体材料 实验表明，不同铁磁性物质的磁滞回线形状相差很大.铁磁质的磁化：68磁 畴无外磁场有外磁场铁磁质的磁化：磁屏蔽示意图69电源电动势：非静电电场强度：电动势：70电磁感应现象：(electromagnetic induction)71法拉第电磁感应定律：(Faradays Law)法拉第定律：(Faradays Law)磁链：(Magnetic linkage)72N与回路取向相反（ 与回路成右螺旋）法拉第电磁感应定律：(Faradays Law)73N与回路取向相同法拉第电磁感应定律：(Faradays Law)74NS 闭合的导线回路中所出现的感应电流，总

15、是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因（反抗相对运动、磁场变化或线圈变形等）。楞次定律：(Lendzs Law)楞次定律是能量守恒定律的一种表现机械能焦耳热75例14： 一金属闭合线圈C与长直电流 I 共面（如图），在此线圈下落过程中，其加速度a为：76例15： 若用条形磁铁竖直插入木质圆环中，则环中： （A）产生感应电动势，也产生感应电流。 （B）产生感应电动势，不产生感应电流。 （C）不产生感应电动势，也不产生感应电流。 （D）不产生感应电动势，产生感应电流。77引起磁通量变化的原因 1）稳恒磁场中的导体运动 , 或者回路面积变化、取向变化等 动生电动势 2）导体不动，磁场变化

16、感生电动势 电动势的定义+-I: 非静电的电场强度.感应电动势：(induction electromotive force)78+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + OP设杆长为 动生电动势的非静电力场来源 洛伦兹力- -+动生电动势：(motional electromotive force)79例16： 如图所示，金属杆AB以匀速率 v = 2.0 m/s平行于一长直导线移动，此导线通有电流 I = 40A，问此杆中的感应电动势为多大？哪一端电势较高？80 一长为L 的铜棒在磁感强度为

17、B 的均匀磁场中，以角速度 在与磁场方向垂直的平面上绕棒的一端转动，求铜棒两端的感应电动势。+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +oP 方向 O P例17：81 在匀强磁场中,置有面积为 S 的可绕轴转动的N 匝线圈。若线圈以角速度作匀速转动。求线圈中的感应电动势。例18：令82练习9： 一半径为 r 电阻为 R 的金属圆环，在初始时刻与一半径为 a（ar）的大金属圆环共面且同心。在大圆环中通以恒定的电流 I，方向如图，若小圆环以角速度 绕其直径转动，求任一时刻 t 通过小圆环的磁通量和小圆环中

18、的感应电流。83 产生感生电动势的非静电场 感生电场 麦克斯韦尔假设： 变化的磁场在其周围空间激发一种电场，这个电场叫感生电场 。闭合回路中的感生电动势：感生电动势：(induced electromotive force)84感生电场：(induced electric field)85 和 均对电荷有力的作用。 静电场由电荷产生；感生电场是由变化的磁场产生 。感生电场和静电场的对比： 静电场是保守场场线不闭合 感生电场是非保守场场线闭合（涡旋电场） 静电场的特征可以用电势描述；感生电场中没有势的概念。86例19： 在半径为 R 的无限长螺线管内部有一均匀磁场 B ，方向垂直纸面向里，磁场以

19、 的恒定速率增加。求：管内、外感生电场的电场强度。由对称性分析选择环路L ：环路上任意一点 的大小相同：87例19：88 有一匀强磁场分布在一圆柱形区域内且随时间均匀变化，已知：方向如图.求：例20：解:电动势的方向由C指向D89所围面积为：磁通量例20：（法二）90讨论加圆弧连成闭合回路122由楞次定理知：感生电流的方向是逆时针方向例21：感生电场不是位场其作功与路径有关91例22： 在圆柱形空间内有一磁感强度为B的均匀磁场，如图所示。B的大小以速率 变化，有两根相同的金属棒放在磁场的两个不同位置ab和cd，那么这两根金属棒中的感应电动势的大小关系为：92练习10： 均匀磁场被限制在半径为R的无限长圆柱形空间内，且 为常量，如图有一梯形导体回路，其中ab=R，dc=2R，求梯形导体回路中的感生电动势。93涡电流： (eddy current) 当大块导体与磁场有相对运动或处在变化的磁场中时，在这块导体中会激起感应电流。这种在大块导体内流动的感应电流，叫做涡电流， 简称涡流。 应用： 热效应、电磁阻尼效应、检测金属。94