大学物理电磁学总结优秀PPT.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基本内容,电磁学,1,、,电荷、库仑定律；,2,、,电场、电场强度（场强叠加原理、电场强度的计算）。,3,、,电通量、静电场中的高斯定理及应用。,4,、,静电场的环路定理、电势差与电势。,5,、,电势叠加原理；,6,、,电势的计算；,7,、,等势面，电场强度与电势的微分关系。,8,、,导体的静电平衡及其条件；,9,、,静电平衡下导体上电荷的分布；,10,、,有导体存在的静电场的计算。,11,、,电容；,12,、,电容器串联和并联；,13,、,电容器的储能、电场的能量。,1,14,、,电流强度、电流密度、电流的连续性方程、稳恒电流；,15,、,电动势。,16,、,磁场、磁感应强度；,17,、,磁通量；,18,、,磁场中的高斯定理；,19,、,毕奥,-,萨伐尔定律。,20,、,毕奥,-,萨伐尔定律的应用；,21,、,安培环路定理及其应用。,22,、,磁场对载流导线和载流线圈的作用；,23,、,安培定律；磁力的功。,24,、,法拉弟电磁感应定律；,25,、,楞次定律。,26,、,动生电动势；,27,、,感生电动势。,28,、,自感应、互感应；,29,、,自感磁能、磁场能量；,30,、,位移电流、全电流定律、麦克斯韦方程组（积分形式）。,2,一、库仑定律,二、电场强度,1,、引入电场强度：,2,、点电荷的场强：,3,、场强的叠加,1),点电荷系,静电场小结,3,2,）电荷连续分布的带电体,体电荷分布：,面电荷分布：,线电荷分布：,计算步骤：,建坐标；取电荷元 ；,确定 的方向和大小；,将 投影到坐标轴上；,统一变量，对分量积分；,合成确定 大小和方向。,4,几种典型带电体的电场分布：,1,）有限长带电直线,2,）无限长带电直线,5,3,）无限大带电平面,4,）带电圆环轴线上的场强,5,）带电圆环轴线上的场强,6,三、真空中的高斯定理,（,1,）电场线,静电场电场线特性,始于正电荷,止于负电荷,(,或来自无穷远,去向无穷远,),；,电场线不相交；,静电场电场线不闭合,.,（,2,）电通量,（,3,）真空中的高斯定理,是面元,dS,所在处的场强，,由全部电荷,(,面内外电荷,),共同产生的,通过封闭曲面的电通量由面内的电荷决定,封闭面内电荷代数和,7,由电荷分布的对称性分析电场分布的对称性,.,在对称性分析的基础上选取高斯面,.,目的是使,能够积分，成为,E,与面积的乘积形式。,由高斯定理 求出电场的大小，,并说明其方向,.,（球对称、轴对称、面对称）,选取高斯面的技巧：,使场强处处与面法线方向垂直，以致该面上的电通量为零。,使场强处处与面法线方向平行，且面上场强为恒量。这种面上的电通量简单地为,ES,。,（,4,）利用高斯定理求,步骤为：,8,四、静电场的环路定理,静电场是保守场,静电场是无旋场,五、电势能、电势,（,1,）电势能,令,（,2,）电势,点电势,（,3,）电势差,静电场力的功,9,（,4,）电势的计算,点电荷的电势,令,点电系的电势,电荷连续分布,10,求电势的方法,利用,（利用了点电荷电势公式，这一结果已选无限远处为电势零点，即使用此公式的前提条件为,有限大,带电体且选,无限远,处为电势零点,.,）,讨论,已知场源电荷的分布，利用点电荷电场的电势公式及电势叠加原理进行电势的求解，如,已知场强的分布，利用电势与场强的积分关系，即电势的定义式计算电势。,11,六、静电场中的导体,静电平衡条件,:,场强描述：,电势描述：,等势体,等势面,电荷分布：,导体外部近表面处场强大小与该处导体表面电荷面密度,成正比,12,七、电容,1,、孤立导体的电容,2,、电容器的电容,平行板电容器,同心球型电容器,同轴圆柱型电容器,几种常见的电容器的电容：,13,八、静电场的能量,1,、带电电容器的能量,电容器贮存的电能,2,、静电场的能量,电场能量密度,电场空间所存储的能量（电场总能量）,14,稳恒磁场小结,一、基本概念,1,、磁感应强度大小,方向：小磁针,N,极在此所指方向,2,、载流线圈磁矩,I,S,3,、载流线圈的磁力矩,4,、磁通量,15,二、基本实验定律,1,、毕奥,萨伐尔定律,(电流元在空间产生的磁场),P,*,大小为：,选取合适的电流元,写出电流元在,P,点的 表达式；,选择适当的坐标系，对 投影，写出各分量，将矢量积分化为标量积分，统一变量给出正确的积分上下限，求出 的各分量值；,合成 确定大小方向。,方法步骤：,16,几种典型电流的磁场分布,（,1,）有限长直线电流的磁场,P,C,D,*,（,2,）无限长载流直导线的磁场,（,3,）半无限长载流直导线的磁场,*,P,17,（,4,）载流导线延长线上任一点的磁场,P,（,5,）载流圆线圈轴线上的磁场,*,（,6,）载流圆环中心的磁场,（,7,）密绕长直螺线管、密绕螺线环内部的磁场,18,（,8,）载流直螺线管的磁场,o,p,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,无限长的,螺线管,半无限长,螺线管,19,o,I,（,5,）,*,A,d,（,4,）,*,o,（,2,R,）,I,+,R,（,3,）,o,I,I,R,o,（,1,）,x,20,O,I,O,I,O,I,I,O,解：,例：,如下列各图示，求圆心,o,点的磁感应强度。,21,2,、安培定律,安培定律,有限长载流导线所受的安培力,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,.,不规则的平面载流导线在均匀磁场中所受的力,P,L,22,三、稳恒磁场的基本性质,1,、磁场中的高斯定理,:,2,、安培环路定理,:,若电流流向与积分回路构成右手螺旋，电流,I,取正值；反之，电流,I,取负值。,注意,电流,正负,的规定：,环路所包围的电流,空间所有电流共同产生,由环路内电流决定,23,明确以下几点：,（,1,）电流正负规定：,电流方向与环路方向满足右手螺旋定则电流,I,取正；反之电流,I,取负。,（,2,）是指环路上一点的磁感应强度，不是任意点的，它是空间所有电流共同产生的。,（,3,）安培环路定理适用于闭合稳恒电流的磁场。而有限电流（如一段不闭合的载流导线）不适用环路定理，只能用毕奥萨伐尔定律。,（,4,）安培环路定理说明磁场性质,磁场是非保守场，是涡旋场。,稳恒磁场是有旋、无源场,24,利用,安培环路定理,求磁感应强度的,关键,：根据磁场分布的对称性，选取合适的闭合环路。,选取环路原则：,（,1,）环路要经过所求的场点；,（,2,）闭合环路的形状尽可能简单，总长度容易求；,（,3,）环路上各点 大小相等，方向平行于线元 。目的是将 写成,:,。,或 的方向与环路方向垂直，,25,电磁感应,小结,一、电磁感应定律,1,、法拉第电磁感应定律,用法拉第电磁感应定律确定电动势方向，通常遵循以下步骤,:,任意规定回路的绕行正方向；,确定通过回路的磁通量的正负；,确定磁通量的时间变化率的正负；,最后确定感应电动势的正负。,闭合的导线回路中所出现的感应电流，总是使它自己所激发的磁场反抗任何引发电磁感应的原因。,2,、楞次定律,（是能量守恒定律的一种表现）,26,二、动生电动势和感生电动势,1,、动生电动势,动生电动势的,非,静电力场来源 洛伦兹力,一段任意形状的导线,L,在磁场中运动时：,整个闭合导线回路,L,都在磁场中运动时：,动生电动势的计算,（两种方法）,由法拉第定律求,如果回路不闭合，需加辅助线使其闭合。,大小和方向可分别确定,.,27,由电动势定义求,运动导线,ab,产生的动生电动势为,:,由电动势定义求解动生电动势,计算步骤：,首先规定一个沿导线的积分方向,(,即,的方向,),。,若,0,则,的方向与,同向；,若,0,则,的方向与,反向。,28,2,、感生电动势,产生感生电动势的非静电场力 感生电场力,一段任意形状的导线,L,静止处在变化磁场激发的感生电场中时：,整个闭合回路,L,静止处在同一感生电场中时：,构成,左旋,关系,。,与,r,涡,29,两种电场比较,由静止电荷激发,由变化的磁场激发,电场线为闭合曲线,电场线为非闭合曲线,静电场,感生电场,起源,电场线形状,比较,30,有源：,无源：,不能脱离源电荷存在,可以脱离源在空间传播,静电场,感生电场,性质,特点,对场中电荷的作用,相互联系,比较,作为产生 的非静电力，可以引起导体中电荷堆积，从而建立起静电场。,保守：,非保守（涡旋）：,感,31,动生电动势,感生电动势,特点,磁场不变，闭合电路的整体或局部在磁场中运动导致回路中磁通量的变化,闭合回路的任何部分都不动，空间磁场发生变化导致回路中磁通量变化,原因,非静电力来源,感生电场力,洛仑兹力,由于,S,或角度的变化引起回路中,m,变化,由于,的变化引起回路中,m,变化,32,三、自感应和互感应,1,、自感应,自感系数,或,自感,自感电动势,:,2,、互感应,互感系数,简称为,互感,互感电动势,:,33,四、磁场的能量,1,、自感磁能,2,、磁场能量密度,3,、磁场能量,34,类比,电容器储能,电感器储能,电场能量密度,磁场能量密度,35,五、位移电流 麦克斯韦方程组,在真空中，定义,电位移矢量,麦克斯韦假设,电场中某一点位移电流密度等于该点电位移矢量对时间的变化率,.,2,、位移电流,1,、位移电流密度,36,1,）全电流是连续的；,2,）位移电流和传导电流一样激发磁场；,3,）传导电流产生焦耳热，位移电流不产生焦耳热,.,+,-,全电流,3,、全电流的安培环路定理,37,比较,载流子宏观,定向运动,变化电场和极化,电荷的微观运动,只在导体中存在,并产生焦耳热,无焦耳热，,在导体、电介质、真空中均存在,都能激发磁场,起源,特点,共同点,传导电流,位移电流,38,在没有传导电流的真空，安培环路定理,上式揭示出变化的电场可以激发磁场，而且变化的电场和它激发的磁场在方向上满足右手螺旋关系。,r,39,4,、,麦克斯韦电磁场方程的积分形式,40,