大学物理学：11-5大物上总复习zk.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,*,1.,掌握法拉第电磁感应定律和楞次定律的物理意义，能熟练应用法拉第电磁感应定律计算回路的感生电动势并正确判断其方向,.,2.,掌握动生电动势公式及其应用,.,3.,理解感生电场的基本性质,.,理解当无限长圆柱形空间内的均匀磁场随时间变化时，感生电场的分布特点，会用感生电场的场强公式计算感生电动势,.,4.,理解自感、互感的定义及其物理意义,.,能计算规则的典型回路的自感和互感系数,.,5.,理解磁场贮存能量的概念，会应用磁能密度计算具有简单对称分布磁场的磁场能量,.,学习要求,电磁感应,1.,法拉第电磁感应定律,2.,两类感应电动势,(1),动生电动势,:,导体在恒定磁场中运动时产生的感应电动势,(2),感生电动势,:,由于磁场变化而引起的电场称为感生电场,(,E,K,),它产生的电动势称为感生电动势,即,感应电动势 的大小与通过导体回路的磁通量的变化率成正比，感应电动势的方向取决于磁场的方向和磁场的变化情况。即：,基本概念和规律,感生电场的电场线是以轴线为圆心的一组同心圆,表达式为,其方向可根据楞次定律进行判断。,3.,局限在半径为,R,的无限长圆柱形空间的均匀磁场随时间变化时感生电场,E,k,的分布,(2),互感系数,4.,自感和互感,(1),自感系数,式中 为回路的全磁通,I,为回路中的电流,.,式中 是通过回路 的由回路 中,电流 所产生的全磁通。,互感电动势,5.,磁场密度和磁场能量,磁能体密度,磁场总能量,自感磁能,6.,位移电流,通过某曲面的位移电流强度等于该曲面电位移通,量对时间的变化率，即,位移电流密度,对于均匀磁介质,7.,麦克斯韦方程组的积分形式,:,要求,:,公式的精确表达以及每个公式的物理意义,.,例题一无限长直导线通有电流,.,一矩形导体线圈,与长直导线共面放置,其长边与导线平行,如图所示,.,试求,:,(1),导线与线圈的互感系数,M,.,(2),矩形线圈中的感应电动势的大小与方向。,课堂计算题,a,b,l,I,解：,感应电流方向为顺时针方向,b,a,I,(,t,),x,d,y,x,y,y,0,已知：,t=,0,x=,0,，,t=t,x=,v,t,问：任意时刻矩形框内的,感应电动势,解,：,假定顺时针绕向为正,结论：既有动生，又有感生的通常办法,由法拉第电磁感应定律求解。,b,a,I,(,t,),x,d,y,x,y,y,0,顺时针,逆时针,半径为,a,的细长螺线管中有随时间变化的均匀磁场 一段导线弯成等腰梯形的闭合回路,ACDEA,，上底长为,a,，下底长为,2,a,，总电阻,R,，如图所示放置，等腰梯形所在平面与螺线管横截面在同一平面上。,A,E,D,C,a,2,a,求：,AE,段、,CD,段和闭合回路中的感生电动势各为多大？并指出方向,.,解,:,(1),为,感生电场为逆时针方向,A,E,D,C,a,2,a,方向,:,A,E,方向,:,C,D,闭合回路,为逆时针方向,一无限长直导线通有电流,I,=,I,0,sin,t,，,和直导线在同一平面内有,矩形线框。其短边与直导线平行，且,b,/,c,=3,，如图所示。求,(1),直导线与线框的互感系数；,(2),线框中的互感电动势。,d,x,解,（,1,）,长直导线在线框中产生的磁场通过线框平面的磁通为,x,(2),线框中的互感电动势,时，顺时针；,时，逆时针,.,学习要求,9,静电场,1.,掌握电场强度、电通量的概念正确理解场强叠加原理,.,2.,掌握用点电荷场强公式及场强叠加原理求场强的方法,.,3.,正确理解高斯定理,.,掌握用求高斯定律场强的方法,.,6.,掌握电势与场强的积分关系,理解电势与场强的微分关系,.,5.,掌握已知电荷分布求电势的方法,.,4.,理解静电场的保守性,.,掌握电势差电势的概念,掌握电势叠加原理,.,7.,掌握导体静电平衡条件,并能用来确定典型导体的电荷分布。,8.,掌握导体电容的物理意义,掌握电容器电容的定义和计算方法。,9.,了解电介质的静电性质,能熟练运用有介质时的高斯定理计算充满均匀介质或电介质表面是等势面的电场的场强。,10.,理解静电场储能的概念,掌握电容器储能和由电场能量密度计算某些对称分布电场的能量。,知识点框图,两个物理量,两个基本方程,两种计算思路,1.,基本概念,(1),电场强度定义,(2),电通量,(3),电势,2.,基本的定律和定理,(1),库仑定律,(2),场强叠加原理,(3),高斯定理,真空中的静电场,(4),静电场的环流定理,3.,已知电荷分布求场强的方法,(1),点电荷电场的叠加,(2),高斯定理求特殊对称电荷电场,(3),已知电荷电场的分布,叠加,求较复杂电荷电场,.,(4),已知电势的分布,用微分,(,梯度,),求电场强度,.,4.,已知电荷分布求电势的方法,(1),点电荷电势的叠加,(2),利用,电场强度计算：,(3),已知场源电荷电,势,的分布,叠加,求较复杂电荷的,电势,加法和减法,加法和减法,电荷具有一定分布的情况下,用电荷密度表示,d,q,.,电荷线密度,:,电荷面密度,:,电荷体密度,:,(,化为分量式计算,),5.,几种典型带,电体的电场强度和电势,(1),点电荷及,球对称电荷以外,空间,(2),无限长均匀带电圆柱面（或直棒）,(3),无限大均匀带电平面外,球对称,柱对称,面对称,推广,:,均匀带电球面（球体）,;,球对称,(=(r),带电球体。,推广：无限长均匀带电圆柱体,推广：无限长均匀带电平板,1.,导体静电平衡的条件,(1),用电场强度描述,(2),用电势描述,:,整个导体是等势体,表面是等势面。,导体内部任一点的电场强度为零,导体表面上任一点的电场强度垂直于该点的表面。,(3),用电荷分布描述,:,导体内部没有电荷,电荷只分,布在导体表面。且,导体与电介质,2.,有介质存在时的电场,3.,有介质时的高斯定理,其中,为高斯面内所有自由电荷的代数和,电容器的电容,三种常见的电容器：,平行板电容器,4.,电容器 电容,圆柱形电容器的电容,球形电容器的电容,电容器的能量,5.,静电场的能量,电场能量的体密度：,电场能,:,电场能是整个电场的总能量！,当均匀,电介质,充满,电场时,计算电场能的步骤：,1,、计算,2,、能量密度,3,、对存在电场的整个空间积分求出电场能量,1,、设带电,q,2,、计算,3,、代入公式,计算电容的步骤：,a,b,同轴电缆,内导线,半径为,a,外圆筒内半径为,b,紧贴圆筒内壁充入同轴圆筒形电介质,内半径为,R,相对电容率,为,r,求,:,(1),若,导线和,圆筒带电,线密度为,求场强分布。,(2),单位长度的电容。,(3),分别用电容器储能和电场能量计算单位长度的电场能量。,解,:,由高斯定理得,:,R,r,l,(2),求单位长度的电容,:,a,b,R,(3),单位长电场能量，用电容器储能计算,用电场能量计算,单位长薄园柱的体积,磁场,（一）教学要求,掌握磁感应强度,的的概念，能熟练应用毕奥,-,萨伐尔定律和磁场叠加原理计算某些简单载流导体产生的磁感应强度。,2.,理解磁场的高斯定理和安培环路定理，,熟练掌握安培环路定理计算磁感应强度的条件和方法。,3.,了解磁通量的概念，会计算磁场中通过简单几何形状曲面的磁通量。,4.,掌握,电流元受磁场力的安培力公式，能,熟练计算简单几何形状的载流导线在外磁场中受的磁力,和载流平面线圈在外磁场中受到的力矩，会判断磁力和力矩的方向。,5.,理解洛仑兹力公式，能熟练应用公式计算运动电荷在电磁场中的受力和运动。,(,二,),基本概念和规律,1.,磁感应强度的定义：,(1),大小,:,B,=,F,m,/q,v,(2),方向,:,磁场的方向,即小磁针,N,极的指向,2.,毕奥,萨伐尔定律：,3.,磁场叠加原理：,或,4.,磁场中的高斯定理：,5.,安培环路定理,6.,几种常见电流的磁场分布规律,(1),直线电流的磁场,有限长：,无限长：,或：,1,2,1,2,P,I,(2),圆形电流的磁场,轴线上一点处：,圆心处：,(3),载流直螺线管的磁场,有限长：,(4),均匀载流无限长直圆柱体的磁场,无限长：,(5),无限大均匀载流平面的磁场,(6),运动电荷产生的磁场,7.,载流导线在磁场中所受的力,安培定律,8.,载流平面线圈在磁场中所受的磁力矩,其中：,在均匀磁场中,9.,运动电荷在外磁场中所受的磁力,洛仑兹力,电磁场对运动电荷的作用力,10.,霍尔效应：,(,静磁场）,稳恒磁场的通量,高斯定律,电流元,毕,-,萨,-,拉定律,整段电流的磁场,稳恒磁场的环流,安培环流定律,应用举例：,1,、直线电流：有限长,=,无限长,2,、圆电流,3,、载流直螺线管轴线,可以定义矢势,应用举例：,1,、均匀载流长直圆柱体；,2,、无限长均匀载流平面,磁场施力于,1,、,运动电荷,2,、,载流导线,3,、,载流线圈,