《电磁学第十二章》PPT课件
合集下载
12-1电磁感应.ppt (恢复)
-
a
洛仑兹力=非静电力
Ek v B
Fm e(v B)
i
b
a
b Ek dl (v B) dl
a
例2 长度为L的铜棒在磁感应强度为B的均匀磁场中 以角速度 绕过O点的轴沿逆时针方向转动。求 （1）棒中感应电动势的大小和方向。（2）直径为 OA的半圆弧导体以同样的角速度绕O点转动时圆弧 OCA上的感应电动势。
Blv 解 Blv I R 2 2R Bl v F BIl R
方向沿ox 轴反向
R l
F
B
I
M
v
o
x
dv B l v 牛顿定律 m dt R dv B 2l 2 m dt v R 2 2 v dv tB l m dt 0 R v0 v
i
d 0l1 l2 d di 电动势 ln 2 d dt dt
0l1I 0 l2 d ln I 0 cos t 2 d
3 电动势
电动势:把单位正电荷从负极经电源内部移到正极 时，非静电力所作的功。
+ +
方向： 低
高
Fk
F 非静电性电场强度： Ek k q Ek dl
0 Ia dr 2r
I A b
r0 vt
dr B v
N匝线圈中的感应电动势为： d N 0 Iabv i N 2 (r0 vt)(b r0 vt) dt 方向为顺时针
a
C
D r
例2 一通有恒定电流I的长直导线，旁边有一个与它共面 的三角形线圈ACD，AC的长为L，D到AC边的距离为d 某一时刻，边AC与长直导线平行且相距 r并以速度 v向 0 上运动。求三角形线圈每边上动生电动势的大小和方向。
第十二章 电磁学 磁场中的磁介质 ma
(2) 在各向同性介质中，M 和H 成线性关系 m — 介质的磁化率 M mH (3) 在各向同性介质中，B 和H 成线性关系
B 0 H 0 M (1 m ) 0 H 0 r H
H
大学物理 电磁学
例1 有两个半径分别为 R 和 r 的“无限 长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁 导率为 r 的磁介质.当两圆筒 通有相反方向的电流 I 时， I r 试 求（1）磁介质中任意点 d P 的磁感应强度的大小; （2）圆柱体外面一点Q I R 的磁感强度.
等效于产生了一个与外磁场B0方向相反的附加磁矩Pm
大学物理 电磁学
2 若外磁场B0方向与电子轨道磁矩方向相反： v2 F Fq m B0 r v 2 v v v F Fq f m f r e e Pm L (r P) P 2m 2 m m Pm Pm 增大 等效于产生了一个与外磁场B0方向相反的附加磁矩 Pm
四、铁 磁 质 （1）铁磁质中的磁畴 在铁磁质中，相邻原子间存在着一种很强的“交换耦合” 作用，使得在无外磁场的情况下，电子的自旋磁矩能够 在一些微小区域内自发地整齐排列起来，形成一个个自 发磁化的小区域，这些自发磁化的小区域就称为磁畴。
B
无外磁场 有外磁场
大学物理 电磁学
（2）铁磁质的磁化规律
大学物理 电磁学
（1）顺磁质的磁化（ Pm 0 ）
2. 有外加磁场时——磁介质会被磁化： 顺磁质分子的磁矩在外磁场作用下取向趋于一致，其方 向沿外磁场方向，使得磁介质内部沿外磁场方向产生一 附加磁场 B，即在外加磁场中，顺磁质内部的总磁场为：
B B0 B
B0
B
即：外磁场 B0使顺磁质的分子磁矩 转动，在磁介质内部产生一附加磁 场 B ，使顺磁质内部的磁场 B 增 强： B B B
B 0 H 0 M (1 m ) 0 H 0 r H
H
大学物理 电磁学
例1 有两个半径分别为 R 和 r 的“无限 长”同轴圆筒形导体，在它们之间充以相对磁 导率为 r 的磁介质.当两圆筒 通有相反方向的电流 I 时， I r 试 求（1）磁介质中任意点 d P 的磁感应强度的大小; （2）圆柱体外面一点Q I R 的磁感强度.
等效于产生了一个与外磁场B0方向相反的附加磁矩Pm
大学物理 电磁学
2 若外磁场B0方向与电子轨道磁矩方向相反： v2 F Fq m B0 r v 2 v v v F Fq f m f r e e Pm L (r P) P 2m 2 m m Pm Pm 增大 等效于产生了一个与外磁场B0方向相反的附加磁矩 Pm
四、铁 磁 质 （1）铁磁质中的磁畴 在铁磁质中，相邻原子间存在着一种很强的“交换耦合” 作用，使得在无外磁场的情况下，电子的自旋磁矩能够 在一些微小区域内自发地整齐排列起来，形成一个个自 发磁化的小区域，这些自发磁化的小区域就称为磁畴。
B
无外磁场 有外磁场
大学物理 电磁学
（2）铁磁质的磁化规律
大学物理 电磁学
（1）顺磁质的磁化（ Pm 0 ）
2. 有外加磁场时——磁介质会被磁化： 顺磁质分子的磁矩在外磁场作用下取向趋于一致，其方 向沿外磁场方向，使得磁介质内部沿外磁场方向产生一 附加磁场 B，即在外加磁场中，顺磁质内部的总磁场为：
B B0 B
B0
B
即：外磁场 B0使顺磁质的分子磁矩 转动，在磁介质内部产生一附加磁 场 B ，使顺磁质内部的磁场 B 增 强： B B B
电磁学总复习.ppt
42
解：
高斯定理
S B dS 0
微观本质： 运动电荷的磁场
B
0 4
qv r r3
安培环路定理
B dl C
0
Ii
磁力矩
M m Pm B Pm NIS
微观本质：洛兰兹力
F qv B
11
13、14章基本要求： 1．理解稳恒电流产生的条件、电流密度的概念。 2．掌握奥姆定律。 3．理解磁感应强度的物理意义。 4．掌握毕奥——萨伐尔定律、安培环路定理。 6．熟练掌握用毕奥——萨伐尔定律求解某些形
解 由题意，设回路电流为I
1
2
d a
a
BP
0 I
2πr
0 I
2π(d
r)
I
取一段长为 h 的导线
Φ
d a
B dS
a
Ih
r
P
Φ
d a a
0I
2πr
0 I
2π(d
r) hdr
0Ih ln d a
πa
L 0 ln d a
Ih π a
d
r
37
End
38
例7 一面积为4 cm2共50匝的小圆形线圈a放在半径为20cm
度分布和磁感应强度分布。
解： H dl 2 rH I
H I
2 r
介质内（R1<r<R2）
B1
I
20 r r
介质外（r>R2）
I
B2 20r
34
例5 如图所示，两条平行的长直载
流导线和一个矩形的导线框共面。已
知 导两线导框线 的中长电为流a，同宽为为Ib。 试I0求si导n线t框。
内的感应电动势；
解：
高斯定理
S B dS 0
微观本质： 运动电荷的磁场
B
0 4
qv r r3
安培环路定理
B dl C
0
Ii
磁力矩
M m Pm B Pm NIS
微观本质：洛兰兹力
F qv B
11
13、14章基本要求： 1．理解稳恒电流产生的条件、电流密度的概念。 2．掌握奥姆定律。 3．理解磁感应强度的物理意义。 4．掌握毕奥——萨伐尔定律、安培环路定理。 6．熟练掌握用毕奥——萨伐尔定律求解某些形
解 由题意，设回路电流为I
1
2
d a
a
BP
0 I
2πr
0 I
2π(d
r)
I
取一段长为 h 的导线
Φ
d a
B dS
a
Ih
r
P
Φ
d a a
0I
2πr
0 I
2π(d
r) hdr
0Ih ln d a
πa
L 0 ln d a
Ih π a
d
r
37
End
38
例7 一面积为4 cm2共50匝的小圆形线圈a放在半径为20cm
度分布和磁感应强度分布。
解： H dl 2 rH I
H I
2 r
介质内（R1<r<R2）
B1
I
20 r r
介质外（r>R2）
I
B2 20r
34
例5 如图所示，两条平行的长直载
流导线和一个矩形的导线框共面。已
知 导两线导框线 的中长电为流a，同宽为为Ib。 试I0求si导n线t框。
内的感应电动势；
高三物理竞赛 第十二章电磁感应 (共65张PPT)
ε 则：
dL dt
=0
L=
L
dI dt
ε ε 讨论：1).
若：d I dt
< 0 则：
L >0，
与
L
I
方向相同
ε ε 若：d I dt
> 0 则：
<
L
0
，
与
L
I 方向相反
表明： L 的存在总是阻碍电流的变化，
L 是电磁惯性的一种表现。
2). 自感系数决定于回路的几何形状、尺寸以及周围介质 的磁导率。
dl
r 2
dB dt
cosdl
r 2
dB dt
h r
dl
1 2
dB dt
h
dl
1 hL dB 2 dt
×× ×
× ×× × ×
×B×
××
×
a
×× × × ×
E × × × × ×感
×h×θ
r
×
×θ
b
× ×l ×dl
感生电动势方向 a b
L
解：方法二 由法拉第定律求解，作假想回路oabo
i
d dt
感生电动势：由于磁场随时间变化所产生的电动势
法拉第电磁感应定律
i
d dt
N d dt
Ii
i R
1 R
d dt
q
t2
Idt
t1
1 R
2
d
1
1 R
1
2
SB dS B cosdS
S
按引起磁通量变化的原因不同,电动势可分为:
动生电动势：由于导线和磁场相对运动所产生的电动势
感生电动势：由于磁场随时间变化所产生的电动势
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
11
电场是电荷周围存在的一种特殊物质。
电场E
q1
q2
§12.2电场 与电场强度
一.电场强度E：检验电荷q0的电量和q0在电场中
受力F的比值。是描写电场性质的物理量。
1. 定义：
E
F
2F
3F
q
q0 2q0 3q0
F
q
0
E
2. 单位：牛顿/库仑(N·C1)；方向：检验电荷在该点的受力方向。
◆电场强度与检验电荷无关，只与场源电荷和场点位置有关。
其中0 =8.85×10-12 C2 ·N-1 ·m-2——真空介电常数。
F12
1
4ppt课件 0
q1q2 r122
e12
9
库仑——法国工程师、物理学家。1736
年6月14日生于法国昂古莱姆。1806年8月23
日在巴黎逝世。
早年就读于美西也尔工程学校。毕业后，
进入皇家军事工程队当工程师。致力于科学
例 通常情况下中性氢原子的电荷分布：大小为
+e的电荷被密度为(r)= -Ｃe-2r/a的负电荷所
包围，a是“玻尔半径”，a=0.53×－10m，
§12.1电荷 库仑定律
C是为了使电荷总量等于－e所需要的常量。试问
在半径为a的球内净电荷是多少？
解 设-e的分布由r=0到r=，则有
e 4 r 2( r ) d r 4 r 2 C 2 r /a e d C ra 3
e1.6012 01C 9
◆ 正电子和质子都各带一个正的基本电荷；
◆ 反质子和负介子都各带一个负的基本电荷；
◆ 近代物理从理论上预言基本粒子由若干种夸克或反夸克组成，
每个夸克或反夸克可能带有±e/3或±2e/3的电量。
五.电荷的相对论不变性
子
氢 分
-
+
+
-
-
++
子
氦 原
-
实验证明，氢分子和氦原子都精确的是电中性，即电荷电量与
◆检验电荷电量和线度要很小。
ppt课件
12
二. 点电荷的场强
E
F q0
1
4
0
qq0 q0r2
运动状态无关。
ppt课件
8
§12.1电荷 库仑定律
◆点电荷：当带电体本身的线度比所研究的问题中涉及的
距离小得多时，该带电体就可看着是一个带电的点。
q1 对q2 的作用力
F12
k
q1q2 r122
er12
F12
其中 k=8.99×109N·m2·C-2，其计算式： k
q1
1 4 0
r
e r12
q2
ppt课件
4
第十二章 真空中的静电场
§12.1 电荷 库仑定律 §12.2 电场于电场强度 §12.3 高斯定理 §12.4 电势 §12.5 等势面与电势梯度
ppt课件
5
一.电荷 1.电荷是一种物质属性。有正、负电荷两类。 2.电荷性质：同性相斥、异性相吸。
§12.1电荷 库仑定律
二.起电方法
电磁学知识体系形成简史
静磁现象和静电现象很早就受到人 类注意。系统地对这些现象进行研究则 始于16世纪。1600年英国医生吉尔伯特 发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨 大的磁体》。
有一天，您可以对它征税，大 人。 ——法拉第在被财政大臣问到 电的实用价时的回答
ppt课件
吉尔伯特 英国 (1544-1603)
1.摩擦起电：电荷从一物体转移到另一物体。
2.感应起电：电荷在同一物体上移动。
3.原子核反应
4 2H 17 eN 4 18O 7 1 1H
三.质子和中子的电荷分布
4r2
4r2
0 0.5
r/10-15m 0.5
1.5
0
1.5ppt课r件/10-15m
质子只有正电荷， 集中在半径约为10-15m 的体积内。中子内有电 荷，正电集中在中心， 外为负电，正负电荷电 量相等，对外不显电6 性。
研究。研究院成员。
1773年发表有关材料强度的论文，所提
出的计算物体上应力和应变分布情况的方法
沿用到现在，是结构工程的理论基础。1777年开始研究静电和磁力
问题。当时法国科学院悬赏征求改良航海指南针中的磁针问题。库
仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，提出用细头发丝或丝线
悬挂磁针。研究中发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系，
？年安培提出了右手定则，建立安培定律； 1831年法拉第发现电磁感应现象； 1826年欧姆确定了电路的基本规律——欧姆定律； 1865年麦克斯韦把法拉第的电磁近距作用思想和安培开创的电动力 学规律结合在一起，用一套方程组概括电磁规律，建立了电磁场理 论，预测了光的电磁性质，终于实现了物理学史上第二次大综合。
从而可利用这种装置测出静电力和磁力的大小，这导致他发明扭秤。
1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。设计出水
下作业法，类似现代的沉箱。1785-1789年，用扭秤测量静电力和磁
力，导出著名的库仑定律。
ppt课件
10
◆两个点电荷之间的作用力并不因第三个点电 荷的存在而有所改变；
◆两个以上的点电荷对一个点电荷的作用力各
1
电磁学发 1600年吉尔伯特发表了《论磁、磁体和地球作为一个 展大事记 巨大的磁体》；
1750年米切尔提出磁极间作用力服从平方反比定律； 1785年库仑公布了库仑定律，使电学和磁学进入了定量研究的阶段； 1780年伽伐尼发现动物电； 1800年伏打发明电堆，电学由静电走向动电； 1820年奥斯特发现电流的磁效应；
§12.1电荷 库仑定律
个点电荷单独存在时对该点电荷的作用力的
矢量和。
n
FF1F2Fi Fi i1
在相互作用的点电荷都静止的状态下，Fi用库仑定律计算。即：
F
n i1
q0qi
40r02i
r00i
电子与质子间的库仑力Fe与万有引力F引之比
Fe 1 e2 2.2 61309
F引
4
Gm m 0
p eppt课件
0
0
C
e
a3
qe-
a4r2(r)d
0
re-
0aa4e3e2r/ar2d r
5ee21.08101p9pC t课件
7
三.电荷守恒定律 电荷不能创造，也不会自行消失，只能从一个物体 §12.1电荷
转移到另一个物体，在整个过程中电荷的代数和守恒。 库仑定律
四.电荷的量子化：物体带电量是基本电荷的整数倍。
ppt课件
2
第十二章 真空中的静电场
ppt课件
3
本章学习内容
1.了解静电现象和电荷量子化的概念。 2.掌握用库仑定律和电场叠加原理计算点电荷、点
电荷系和几何形状简单的带电体形成的电场。 3.掌握电通量的概念，理解并能应用高斯定理计算
电荷均匀分布的带电系统的电场强度。 4.理解静电力为保守力的特征。 5.掌握环路定理。 6.电势的计算和场强与电势的微分关系。