物理电与磁课件i

物理电与磁课件I欢迎来到物理电与磁课程。本课程将深入探讨电磁学的基本概念和应用。我们将从静电学开始，逐步过渡到电动力学和电磁波。让我们一起揭开电磁世界的神秘面纱。课程目标理解基本概念掌握静电学、电动力学和电磁学的核心理论。应用数学工具学习使用数学方法分析电磁现象。实践应用能力培养解决实际电磁问题的能力。科技前沿认知了解电磁学在现代科技中的最新应用。静电分类及基本概念摩擦静电通过摩擦产生的电荷分离现象。例如，用毛皮摩擦塑料尺。接触静电物体接触后分离时产生的电荷转移。如走路时产生的静电。感应静电带电体靠近导体时，导体内部电荷重新分布的现象。静电平衡与静电定律静电平衡条件导体表面电场强度为零，电势处处相等。电荷守恒定律孤立系统中，正负电荷的代数和保持不变。静电力叠加原理多个点电荷的合力等于各个电荷力的矢量和。库仑定律力的大小F=k(q1q2)/r²，其中k为库仑常数。作用距离力的大小与距离的平方成反比。力的方向同性电荷相斥，异性电荷相吸。电场强度1定义单位正电荷所受到的静电力。2计算公式E=F/q=kQ/r²，Q为源电荷。3矢量性质电场强度是矢量，有大小和方向。4电场线用于可视化电场分布的假想线。电通量与高斯定理电通量定义穿过某个面积的电场线数量。计算公式Φ=E·S·cosθ，θ为电场线与面法线夹角。高斯定理闭合曲面电通量等于内部电荷量除以ε₀。应用简化复杂电场计算，如球形、圆柱形电场。电势与电势能1电势能电荷在电场中的位置能。2电势单位正电荷的电势能。3电势差两点间的电势之差。4等势面电势相等的点组成的面。电势能与电场关系1梯度关系电场强度是电势的负梯度。2保守场静电场是保守场，做功与路径无关。3能量转换电势能可转化为动能。4功能关系电场力做功等于电势能减少量。电容与电容器1F法拉电容的国际单位，1F=1库仑/1伏特。Q=CV电容公式电荷量等于电容乘以电压。ε₀真空介电常数8.85×10⁻¹²F/m，影响电容大小。电容器组成电极板通常为金属材料，用于储存电荷。介质两极板间的绝缘材料，增加电容量。外壳保护内部结构，提供绝缘。电容器的等效电路串联1/C等效=1/C1+1/C2+...并联C等效=C1+C2+...混合连接先计算简单部分，再逐步简化。电容分类陶瓷电容高频性能好，适用于滤波。电解电容大容量，用于电源滤波。薄膜电容温度稳定性好，用于精密电路。电流的基本概念1定义单位时间内通过导体横截面的电荷量。2方向规定为正电荷流动方向。3单位安培（A），1A=1库仑/秒。4测量使用电流表，串联在电路中。欧姆定律1公式表述I=U/R，电流等于电压除以电阻。2适用条件导体温度恒定，电流密度均匀。3线性关系电流与电压成正比，与电阻成反比。4实际应用电路设计、电器功率计算等。导体的电阻电阻定义导体对电流通过的阻碍作用。影响因素材料、长度、截面积、温度。计算公式R=ρL/A，ρ为电阻率。温度效应大多数金属电阻随温度升高而增大。电路元件的串并联电阻串联R总=R1+R2+...电流相同，电压分配。电阻并联1/R总=1/R1+1/R2+...电压相同，电流分配。混合连接先计算简单部分，再逐步简化。电功与电功率电功W=UIt，单位为焦耳（J）。电功率P=UI=I²R=U²/R，单位为瓦特（W）。焦耳定律Q=I²Rt，电流产生的热量。电源的种类化学电源电池、蓄电池，利用化学反应产生电能。光电源太阳能电池，将光能转换为电能。发电机将机械能转换为电能。开关对电路的影响1闭合状态电流通过，电路正常工作。2断开状态电流中断，电路停止工作。3瞬态过程开关动作时，电路可能出现瞬态电流。4安全考虑开关设计需考虑电流承载能力和绝缘性能。电路模型与分析1基尔霍夫定律电流定律和电压定律。2戴维南定理复杂电路等效简化。3叠加原理多源电路分析方法。4节点分析法利用节点电压求解电路。电磁感应基本概念磁通量变化闭合回路中磁通量变化会产生感应电动势。感应电流感应电动势在闭合回路中产生电流。感应方向感应电流的方向总是阻碍磁通量的变化。应用广泛发电机、变压器等设备的工作原理。法拉第电磁感应定律ε=-dΦ/dt数学表达感应电动势等于磁通量变化率的负值。N线圈匝数感应电动势与线圈匝数成正比。1831发现年份法拉第于1831年发现电磁感应现象。自感与互感自感线圈中电流变化产生感应电动势的现象。L=Φ/I，单位为亨利（H）。互感一个线圈电流变化引起另一线圈感应电动势。M=Φ21/I1，单位也为亨利（H）。变压器原理利用电磁感应实现电压变换。变压比N1:N2=U1:U2=I2:I1效率输出功率与输入功率之比。电磁波的基本概念定义电场和磁场在空间周期性变化传播的波。产生加速运动的电荷或变化的电流产生。传播速度在真空中等于光速。横波性质电场、磁场、传播方向互相垂直。电磁波的分类电磁波的性质及应用反射雷达技术、无线通信。折射光纤通信、透镜设计。干涉全息技术、光学薄膜。衍射天线设计、X射线衍射。微波技术概述1定义波长在1mm到1m之间的电磁波。2产生磁控管、行波管等特殊电子管。3传输波导管、同轴电缆。4应用通信、雷达、加热。雷达技术概述工作原理发射电磁波并接收回波，测定目标位置和速度。主要组成发射机、接收机、天线、