《电磁学基本定律》课件

《电磁学基本定律》课件课程大纲11.电磁学的基本概念电磁学的基本概念，电荷，电场，磁场等22.静电学库仑定律，电场强度，电势，电势能，电容和电容器等33.电流和电阻电流和电阻，电路和欧姆定律，直流电路，交流电路等44.磁场磁场，磁感应强度，安培环路定律，法拉第电磁感应定律等电磁学的基本概念电荷物质的基本性质，存在正负两种类型，同性相斥，异性相吸电场由静止电荷产生的空间，具有力场性质，能对其他电荷产生作用磁场由运动电荷产生的空间，具有力场性质，能对其他运动电荷产生作用静电学库仑定律描述两个点电荷之间相互作用力的定律，力的大小与电荷量成正比，与距离的平方成反比电场强度电场中某一点的电场力与放入该点的电荷量之比，反映了电场力的强弱电势电场中某一点的电势能与放入该点的电荷量之比，反映了电场能量的大小电势能电荷在电场中由于电场力做功而具有的能量，与电荷量和电势有关库仑定律公式F=kq₁q₂/r²作用力两个点电荷之间的相互作用力，大小与电荷量成正比，与距离的平方成反比静电力常数k=9×10⁹N·m²/C²电场强度1定义电场中某一点的电场力与放入该点的电荷量之比，反映了电场力的强弱2公式E=F/q3单位牛顿/库仑(N/C)电势定义电场中某一点的电势能与放入该点的电荷量之比，反映了电场能量的大小公式φ=W/q单位伏特(V)电势能1定义2公式3单位电荷在电场中由于电场力做功而具有的能量，与电荷量和电势有关W=qΔφ焦耳(J)电容和电容器电容描述电容器储存电荷能力的物理量，等于电容器两极板上的电荷量与两极板间电势差之比电容器由两个相互靠近的导体构成，能储存电荷的器件，常见类型包括平行板电容器，球形电容器等电流和电阻1电流电荷的有序运动，方向规定为正电荷移动的方向，单位为安培(A)2电阻导体对电流阻碍作用的物理量，与导体的材料，长度，横截面积等有关，单位为欧姆(Ω)电路和欧姆定律1电路由电源，导线，用电器等组成的闭合通路，用于传输电能2欧姆定律描述导体中的电流与电压和电阻之间关系的定律，I=U/R磁场定义由运动电荷产生的空间，具有力场性质，能对其他运动电荷产生作用磁力线用来形象地描述磁场的方向和强弱，磁力线是闭合曲线，从北极出发，指向南极磁感应强度1定义描述磁场强弱和方向的物理量，用B表示，单位为特斯拉(T)2测量可以用磁针，霍尔效应器等仪器来测量磁感应强度3应用磁感应强度可以用来测量电流，研究磁场中的力学效应等安培环路定律内容描述电流产生的磁场的定律，磁场强度与电流大小成正比，与距离成反比公式∮B·dl=μ₀I应用用于计算电流产生的磁场，设计电磁设备等法拉第电磁感应定律1内容2公式3应用描述变化的磁场产生感应电动势的定律，感应电动势的大小与磁通量变化率成正比，方向满足楞次定律ε=-dΦ/dt用于发电机，变压器，电动机等电磁设备的设计自感和互感自感电流变化时自身线圈产生的感应电动势，与电流变化率成正比，取决于线圈的形状，尺寸和匝数等互感一个线圈的电流变化时，另一个线圈产生的感应电动势，与电流变化率成正比，取决于两个线圈的相对位置，形状和匝数等变压器原理利用电磁感应原理，将交流电压升高或降低的装置，由铁芯，初级线圈和次级线圈组成应用广泛应用于电力系统，电子设备，通信设备等领域电磁场的能量能量密度电磁场中每单位体积所具有的能量，与电场强度和磁感应强度平方成正比公式u=(1/2)ε₀E²+(1/2μ₀)B²传播电磁场中的能量以电磁波的形式传播，速度为光速麦克斯韦方程组1高斯定律描述电场与电荷之间的关系2高斯磁定律描述磁场与磁荷之间的关系3法拉第电磁感应定律描述变化的磁场产生感应电动势4安培-麦克斯韦定律描述电流和变化的电场产生磁场电磁波和光的性质电磁波由周期性变化的电场和磁场组成的横波，以光速传播，频率和波长决定了电磁波的类型光可见光，是电磁波谱的一部分，具有波动性和粒子性，可以产生干涉，衍射等现象电磁波的应用无线通信手机，广播，电视，卫星通信等雷达探测飞机，船舶，天气预报等医疗诊断X射线，核磁共振等工业生产微波炉，激光加工等量子态和粒子性量子化电磁辐射以量子化的形式存在，称为光子，光子的能量与频率成正比光电效应光照射到金属表面时，金属中电子会吸收光子的能量而发射出来，验证了光的粒子性康普顿效应光子与电子发生碰撞时，光子的能量会发生改变，频率会降低，验证了光的粒子性半导体理论1能带理论2导带3价带4禁带描述半导体材料中电子能级分布的理论，根据能带结构，半导体材料可以分为导体，半导体和绝缘体二极管PN结由P型半导体和N型半导体组成，具有单向导电性应用整流，开关，调制，解调等晶体管三极管由三个PN结组成的半导体器件，具有放大电流和电压的作用应用放大电路，开关电路，数字电路等电子管真空管利用真空管内电子运动的原理实现电流放大，控制，整流等功能应用早期电子设备，比如收音机，电视机，计算机等电子线路1放大电路利用晶体管或电子管放大微弱信号的电路2开关电路利用晶体管或电子管控制电路通断的电路3振荡电路利用LC回路产生周期性变化的信号的电路4滤波电路滤除信号中的杂波或特定频率成分的电路电子通信技术调制和解调将信号转换成适合传输的信号，以及将传输的信号还原成原始信号的技术无线通信利用电磁波进行信息传输的技术，包括手机通信，广播电视，卫星通信等电磁谐振定义在特定频率下，电磁场能量发生共振的现象，此时电磁场能量最大应用无线电通信，微波技术，医疗诊断等领域磁光效应1法拉第效应2克尔效应3塞曼效应磁场对光的偏振状态或频率的影响，用于光学器件，光学测量等霍尔效应原理电流在磁场中运动时，会受到洛伦兹力的作用，导致载流子偏转，从而产生横向电势差应用测量磁场强度，测量电流，制作霍尔传感器等电磁干扰和电磁兼容电磁干扰由电磁辐射引起的干扰，会影响电子设备的正常工作，导致信号失真，数据错误等问题电磁兼容指电子设备在电磁环境中正常工作，并且不产生过大的电磁干扰，保证电子设备之间的相互兼容电磁学在科技中的应用无线通信手机，广播，电视，卫星通信，无线网络等电子设备计算机，笔记本电脑，平板电脑，智能手机等医疗技术核磁共振，X射线，超声波等工业生产电动机，发电机，变压器，激光加工等电磁学知识的发展历程1古希腊发现磁石具有吸引铁的性质217世纪吉尔伯特提出地球是一个巨大的磁体318世纪库仑发现库仑定律，伏特发明电池419世纪法拉第发现电磁感应现象，麦克斯韦提出电磁场理论520世纪爱因斯坦提出相对论，量子力学的发展实验演示和案例分析实验演示演示库仑定律，安培环路定律，电磁感应现象等案例