物理竞赛电磁学省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.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,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。感谢您,物理竞赛辅导,电磁学,第1页,例：在,xoy,面上倒扣着半径为,R,半球面上电荷均匀分布，面电荷分布为,。,A,点坐标为（0，,R/2),B,点坐标为（3,R/2,0),电势差,U,AB,为。,A,B,x,y,o,R,Q,为整个带电球面电荷,由对称性,此题也可从电场角度考虑,C,第2页,例：三等长绝缘棒连成正三角形，每根棒上均匀分布等量同号电荷，测得图中,P，Q,两点（均为对应正三角形重心）电势分别为,U,P,和,U,Q,。,若撤去,BC,棒，则,P，Q,两点电势为,U,P,=,，,U,Q,=,。,A,B,C,P,Q,解：设,AB,BC,CA,三棒对,P,点电势及,AC,对,Q,点电势皆为,U,1,AB,BC,棒对,Q,点电势皆为,U,2,撤去,BC,棒,第3页,例：半径分别为,R,1,与,R,2,两同心均匀带电半球面相对放置（如图），两半球面上电荷密度,1,与,2,满足关系,1,R,1,=-,2,R,2,1）试证实小球面所正确圆截面,S,为一等势面。2）求等势面,S,上电势值。,s,R,1,R,2,o,E,左,E,右,1）均匀带电球面内场强为零,所以场强必定都垂直于截面,2）,S,上任一点电势,U=U,0,第4页,例：厚度为,b,无限大平板内分布有均匀体电荷密度,（,0,）自由电荷，在板外两侧分别充有介电常数为,1,与,2,电介质，如图。,求：1）板内外电场强度,2）,A,B,两点电势差,b,1,2,B,A,解：设,E=0,平面,MN,距左侧面为,d,1,距右侧面为,d,2.,d,1,d,2.,据对称性,E,垂直,MN,指向两侧,1)求,D,E,x,M,N,第5页,b,1,2,B,A,第6页,b,1,2,B,A,d,1,d,2.,x,M,N,第7页,例：无限大带电导体板两侧面上电荷面密度为,0,，现在导体板两侧分别充以介电常数,1,与,2,（,1,2,）均匀电介质。求导体两侧电场强度大小。,1,2,解：充介质后导体两侧电荷重新分布，设自由电荷面密度分别为,0 1,和,0 2,第8页,例：在两平行无限大平面内是电荷体密度,0均匀带电空间，如图示有一质量为,m，,电量为,q(0,o,o,q,0,小球,P。,开始时,P,相对管静止，而后管带着,P,朝垂直于管长度方向一直以匀速度,u,运动，那么，小球,P,从,N,端离开管后，在磁场中做圆周运动半径为,R=。,不考虑重力及各种阻力,P,M,N,h,u,解：小球受洛仑兹力作用如图,第26页,U,T,x,M,B,d,例：被电势差加速电子从电子枪口,T,发射出来，其初速度指向,x,方向。为使电子束能击中目标,M,点，（直线,TM,与,x,轴夹角为,），在电子枪外空间加一均匀磁场,B,其方向与,TM,平行，如图。已知从,T,到,M,距离为,d，,电子质量为,m，,带电量为,e.,为使电子恰能击中,M,点，应使磁感应强度,B=？,解：电子被加速后,第27页,第28页,例：原点,O（0,0）,处有一带电粒子源，以同一速率,v,沿,xy,平面内各个不一样方向,（180 0）发射质量为,m,电量为,q（0）,带电粒子，试设计一方向垂直于,xy,平面，大小为,B,均匀磁场区域，使由,O,发射带电粒子经磁场并从其边界逸出后均能沿,x,轴正方向运动。（写出磁场边界限方程，并画出边界限）,x,y,O,设：磁场方向向下且无边界,任一粒子束，,v,其运动轨迹,v,o,过,o,作平行于,y,轴直线它与圆周交于,P,点,P,粒子在,P,点时，速度沿,x,方向，若在此之后粒子不受磁力，则其将沿,x,轴正方向运动。,第29页,x,y,O,v,o,P,即,P,点应在磁场边界上,不一样,角,发出粒子，其,P,点坐标均满足此方程,全部,P,点轨迹方程，也是磁场边界方程,B,P,第30页,例：一球形电容器中间充以均匀电介质，该介质迟缓漏电，在漏电过程中，传导电流产生磁场为,B,c，,位移电流产生磁场为,B,d,，,则,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,P,.,O,O,第31页,+,+,+,+,+,+,+,+,-,-,-,-,-,-,-,-,第32页,例：在光滑水平面上，有一可绕竖直固定轴,O,自由转动刚性扇形封闭导体回路,OABO,其半径,OA=L，,回路总电阻为,R，,在,OMN,区域内为均匀磁场,B，,方向如图，已知,OA,边进入磁场时角速度为,，则此时导体回路内电流,i,=_,所以导体回路所受电磁阻力矩,M=_.,M,N,O,A,B,dl,A,N,O,B,V,dF,方向：,O,A,第33页,例：如图一矩形管，画斜线前后两侧面为金属板，其它两面（上下面）为绝缘板，用导线将两金属板相连，金属板和导线电阻可忽略不计。今有电阻率为,水银流过矩形管，流速为,v,0.,设管中水银流速与管两端压强差成正比，已知流速为,v,0,时压强差为,P,0.,在垂直于矩形管上下平面方向上加均匀磁场，磁感应强度为,B。,求加磁场后水银流速,v,a,b,解：设加磁场后水银流速,v,水银中产生感应电动势,第34页,第35页,E,in,E,out,解：长直密绕螺线管内,B=,0,n i,R,r,r,第36页,o.,.o,A,B,d,r,1,E,1,E,2,r,2,解：该磁场可视为大圆柱体磁场 和小圆柱体磁场 叠加,.,第37页,r,1,E,1,E,2,r,2,O,O,y,x,O O,E,L,60,0,第38页,1）,节点电流定律(基尔霍夫第一定律),在电路任一节点处，流入电流强 度之和等于流出节点电流强度之和,2）,回路电压定律(基尔霍夫第二定律),在稳恒电路中，沿任何闭合回路一周电势降落代数和等于零。,欧姆定律微分形式,直 流 电 路,C,D,I,左,I,右,I,第39页,例：在图面内两固定直导线正交，交点相连接，磁感应强度为,B,均匀磁场与图面垂直，一边长为,a,正方形导线框在正交直导线上以匀速,v,滑动，滑动时导线框,A,B,两点一直与水平直导线接触，竖直直导线则与导线框其它部分接触。已知直导线单位长电阻值均为,r，,试问：1）导线框,C,D,两点移至竖直导线上时，流过竖直导线,CD,段感应电流是多少？2）此时导线框所受 总安培力为多大？,a,A,B,C,D,a,A,B,C,D,C,D,2,ar,2,ar,I,左,I,右,I,第40页,C,D,2,ar,2,ar,I,左,I,右,I,2）导线框所受磁场力等于,CD,段导线所受磁场力（也可依据,I,左，,I,右,详细计算各边受力,第41页,例：无限长密绕螺线管半径为,r，,其中通有电流，在螺线管内部产生一均匀磁场,B，,再螺线管外同轴套一粗细均匀金属圆环，金属环由两个半环组成，,a、b,为其分界面，半圆环电阻分别为,R,1,和,R,2,，,且,R,1,R,2,，,如图，当,B,增大时，求:,U,a,a）,大线圈共面且同心，固定大线圈，并在其中维持恒定电流,I，,使小线圈绕其直径以匀角速,转动如图（线圈自感忽略）。求：1）小线圈中电流；2）为使小线圈保持匀角速转动，须对它施加力矩,3）,大线圈中感应电动势,I,a,b,解：1),b,a,，,小线圈内磁场近似均匀,第52页,2）当载流线圈所受外力矩等于磁力矩，线圈匀速转动,3）,当小线圈,i,改变时，大线圈中有互感电动势,经过大线圈中电流磁场穿过小线圈磁通量来求,第53页,例：一矩形线框由无电阻导线组成，其边分别与,x,y,轴平行，边长分别为,a,和,b，,以初速,v,0,沿,x,正方向运动，当,t=0,时进入磁感应强度为,B,均匀磁场，磁场方向如图，充满,x,0,空间，设线圈自感为,L,，,质量为,m，,并设,b,足够长，求线圈运动与时间关系。（不考虑重力，框电阻不计）。,b,a,y,x,v,0,解：线框进入磁场后,第54页,谐振动二阶微分方程,第55页,例：两根电阻可略，平行放置竖直固定金属长导轨相距,l,，,上端与电动势为,、内阻为,r,直流电源连接，电源正、负极位置如图所表示。另有一根质量,m,、,长,l,、,电阻,R,匀质导体棒，两端约束在两导轨上，可无摩擦地上下滑动。设空间有与导轨平面垂直水平匀强磁场,B,，,方向已在图中示出，将导体棒静止释放，试求导体棒朝下运动过程中最大加速度,a,max,和最大速度,v,max,。,r,m,l,R,解：开始时导体棒中电流从左到右,导体棒取得向下加速度最大值为,在磁场中受竖直向下安培力,第56页,r,m,l,R,导体棒向下加速后，某时刻速度记为,v,，,对应有感应电动势,当,F,=,mg,时，导体棒停顿向下加速，速度到达最大,方向与电源电动势相反。当,v,足够大时，,i,，,导体棒中电流反向，即从右到左,方向向上,第57页,例：半径为,R,两板相距为,d,平行板电容器，从轴线接入圆频率为,交流电，板间电场,E,与磁场,H,相位差为，从电容器两板间流入电磁场平均能流为。（忽略边缘效应）,0,R,d,第58页,