大学物理竞赛辅导电磁学演示教学
物理磁学公开课教案竞赛
物理磁学公开课教案竞赛尊敬的评委、老师们：我在此提交物理磁学公开课教案竞赛的教案。
该教案旨在通过生动有趣的教学方式，引发学生对磁学的兴趣，提高他们的学习积极性，激发他们的创造潜能。
以下是教案的详细内容：一、教学目标通过本次公开课，学生将能够：1.了解磁学的基本概念和原理；2.认识电流与磁场之间的关系；3.理解磁铁的性质及其在实际生活中的应用；4.掌握使用磁铁制作小发明的方法和技巧。
二、教学内容1.磁学基础知识在本节课中，我们将简要介绍磁学的基本概念和原理，包括磁力线、磁场、磁极等基本概念。
2.电流与磁场我们将详细讲解电流与磁场之间的关系，包括安培力、洛伦兹力等重要概念，并通过实例和实验让学生更加直观地理解。
3.磁铁与磁性材料此部分将让学生了解磁铁的性质以及磁性材料的分类和特性，并介绍磁铁在实际生活中的应用，如电动车驱动、磁悬浮列车等。
4.小发明创作为了培养学生的创新能力，我们将组织学生进行小发明创作，鼓励他们运用所学的磁学知识，制作有趣、实用的磁性小发明。
学生将自由发挥创造力，展现他们独特的想法。
三、教学方法1.多媒体辅助教学通过使用投影仪、电脑等多媒体设备，展示图片、视频和动画，帮助学生更好地理解磁学的概念和原理。
2.实验演示通过进行简单的实验演示，让学生亲自动手进行观察和实验，从而更加深入地理解磁学的知识。
3.小组合作学习我们鼓励学生在小组内合作学习，通过合作探讨的方式，互相讨论和解决问题，提高学生的交流能力和团队合作精神。
四、教学评估1.课堂互动教师将通过提问、讨论等方式进行课堂互动，评估学生对磁学知识的掌握程度。
2.小发明评选学生将展示自己制作的小发明，并进行评选，评估学生的创造力和实际动手能力。
3.小组合作评价教师将对学生在小组合作学习中的表现进行评价，评估学生的交流能力和团队合作水平。
五、教学资源1.多媒体设备（投影仪、电脑等）2.磁铁、铁砂等实验材料3.小发明制作所需的材料和工具六、教学安排本次公开课的教学安排如下：1.磁学基础知识（15分钟）2.电流与磁场（20分钟）3.磁铁与磁性材料（20分钟）4.小发明创作（45分钟）5.小发明展示与评选（20分钟）七、教学反思通过本次公开课，学生能够在参与小组合作学习的过程中培养团队合作精神，并通过制作小发明来运用所学的磁学知识，激发他们的创造力。
电磁学1(江苏物理竞赛夏令营内部课件)讲解学习
l r
1
l r
k
2ql r3
（3）
E
k
ql r3
k
ql sin
r3
E//
k
2ql// r3
k
2ql cos
r3
ET
E2
E/2/
k
ql r3
3cos2 1,
tan E sin 1 tan E// 2 cos 2
E
k
(
ql r3
3ql
cos r4
r)
【例3】 （1）求均匀带电半圆环在圆心处的电场强度 ；
F
真空介电常数 叠加原理
F2
r10 q
F1
q1
q2 r20
例1：一均匀带电半球壳，面电荷密度为，半径为R。在其球心处有一带电 量为q的点电荷。求该点电荷受到的库仑力。
(f )y
k
q
q R2
cos
k
q
S R2
cos
S cos S
q
f k R2
S
cos
k
q
R2
S f0 R2
kq
（1）
E
E
k
r2
q
l2
4
E
2E
cos
2k
r2
q
l2
4
l 2 r2 l2
4
k
(r 2
ql
l
2
)
3 2
k
ql r3
4
（2）
E
k
r
q l
2
, E
k
r
q l
2
,
2
2
北京工业大学大学物理竞赛辅导3电磁学讨论课-电流磁场电磁感应
B 0 dI 2r dt t
R1 R2 h r
S
R2 E ( r ) 0 dI l n 2 dt r
E
19
•小桶内部 0< r < R1
B 0 t
E const .
I
I r
R1 R2
E E ( R1 )
R2 dI 0 E l n 2 dt R1
“铜夹回路中不产生感应电流”
B 0 t 不切割B线
37
B
B
A
B
B
A
？
I
•通量法则的结果：产生感应电流
•按感生和动生电动势计算：不产生感应电流
哪个结果对？
38
正确： 按感生和动生电动势计算的结果
“铜夹回路中不产生感应电流”
B 0 ，不切割B线 t
S固 定
磁介质内表面上：
r 1 ˆ 沿半径向里。 M I, n 2πR
j 沿磁介质内表面向上，大小：
ˆ n
j
r 1
2πR
I
磁介质内表面上的磁化电流：
I 2πRj ( r 1) I
方向沿磁介质内表面向上。
4. 证明动生电动势与磁通的关系仍为
L I
S
d dt
I 0 B , R1 r R2 2r 0, r R2
0, 0 r R1 B 0 dI , R1 r R2 2 r d t t 0, r R2
0,
0 r R1
r
R2 R1
I
I
B B, t
大学物理演示实验—电磁学
实验五十五 安培力【实验目的】观察载流直导体，在磁场中受力的情况，验证载流直导体在磁场中受力的方向与磁场和电流的方向三者之间的关系，即验证左手定则。
【实验器材】安培力演示仪，如图55-1所示。
图 55-1图55-1中，①为马蹄形永磁铁，它是由高强度钕铁硼材料制成。
②是将马蹄形电磁铁固定在竖直支柱上的顶丝。
③是带动马蹄形永磁铁沿水平方向左右移动的滑块。
④是双道滑轨。
⑤是载流直导体。
⑥是导轨，它用来支承载流直导体受力移动。
⑦是通电接线柱。
⑧是底座。
【实验原理】通电导体在磁场中，会受到磁场力的作用，称为安培力。
实验发现，对直导线，安培力的大小与方向由下式表示：B l I F⨯= 可见，力、电流和磁场三者成右手法则。
当然，也可以用左手定则来确定安培力的方向。
即：伸直右手，使大拇指与其余四指相垂直，磁场穿过手心，让四指指向导体中通电电流的方向，则大拇指的方向就是磁场对电流作用力的方向，即导体所受的安培力的方向。
【实验操作与现象】1．将载流直导体铜棒水平放在支承导轨上，并调节其水平位置，使铜棒在马蹄形磁铁的磁场中间。
2．接通电源并观察载流直导体铜棒在导轨上滑动的方向。
3．改变电流流通的方向（电源后面板的红色开关），此时，载流铜棒将在导轨上沿相反方向滑动。
4．通过底座导轨的滑块移动马蹄形磁铁，使磁场相对载流铜棒移动，可以观察到载流铜棒也跟着一起运动。
【注意事项】1．电路中电阻非常小，因而接通直流电源时间要短，否则电流过大会损坏电源。
2．导轨要保持清洁，以便载流铜棒在导轨上无阻力的移动。
实验五十六 洛仑兹力【实验目的】演示洛仑兹力的存在，加深对洛仑兹力的理解。
【实验器材】直流电源、投影仪、洛仑兹力投影实验器材、和自制小块泡沫，如图56-1所示。
其中电源输入电压为交流220V ，输出直流为30W ；洛仑兹力投影实验器材由磁缸、玻璃皿支架、中心电极和外环铜片电极组成。
磁环磁场强度为800高斯。
图 56-1【实验原理】磁场对运动电荷的作用力称为洛仑兹力。
大学物理磁场试讲教案
#### 一、教学目标1. 知识与技能：- 理解磁场的概念及其基本性质。
- 掌握磁感应强度的定义和计算方法。
- 熟悉毕奥-萨伐尔定律及其应用。
- 理解磁场中的安培环路定理和磁场的高斯定理。
2. 过程与方法：- 通过实验观察和数据分析，培养学生的观察能力和实验操作技能。
- 通过小组讨论和课堂互动，培养学生的合作精神和探究能力。
3. 情感态度与价值观：- 激发学生对物理现象的好奇心和求知欲。
- 培养学生严谨的科学态度和勇于探索的精神。
#### 二、教学重点与难点1. 教学重点：- 磁感应强度的定义和计算。
- 毕奥-萨伐尔定律和安培环路定理的应用。
2. 教学难点：- 磁感应强度公式的推导和应用。
- 磁场中的安培环路定理和磁场的高斯定理的证明和应用。
#### 三、教学过程##### 第一部分：导入1. 提问：同学们，你们知道磁场是什么吗？磁场有哪些基本性质？2. 引导学生回顾磁场的基本概念，如磁感应强度、磁通量等。
##### 第二部分：磁场的基本性质1. 讲解磁感应强度的定义：磁感应强度是描述磁场强弱的物理量，用符号B表示。
2. 介绍磁感应强度的计算方法，包括毕奥-萨伐尔定律和安培环路定理。
3. 通过实例讲解磁感应强度的计算过程。
##### 第三部分：毕奥-萨伐尔定律1. 介绍毕奥-萨伐尔定律的内容：电流元在外部空间某点产生的磁感应强度与电流的大小、方向和距离有关。
2. 讲解毕奥-萨伐尔定律的公式及其推导过程。
3. 通过实例讲解毕奥-萨伐尔定律的应用。
##### 第四部分：安培环路定理1. 介绍安培环路定理的内容：在恒定磁场中，磁感应强度B沿闭合路径的线积分等于此闭合路径所包围的电流的代数和与真空磁导率的乘积。
2. 讲解安培环路定理的证明过程。
3. 通过实例讲解安培环路定理的应用。
##### 第五部分：磁场的高斯定理1. 介绍磁场的高斯定理：通过磁场中某一曲面的磁感线数等于穿过此面的磁通量。
2. 讲解磁场的高斯定理的证明过程。
大学物理电磁学PPT课件
磁场是电流周围存在的一种特殊物质，它 对放入其中的磁体或电流有力的作用。
磁场的描述
磁场对电流的作用
磁场可以用磁感线来描述，磁感线的疏密 表示磁场的强弱，磁感线的切线方向表示 磁场的方向。
磁场对放入其中的电流有力的作用，这个力 的大小与电流的大小、磁场的强弱以及电流 与磁场的夹角有关。
电磁感应定律
电磁感应现象
当闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中就会 产生感应电流，这种现象称为电磁感应现象。
楞次定律
感应电流的方向总是要阻碍引起感应电流的磁通 量的变化，即“增反减同”。
法拉第电磁感应定律
感应电动势与磁通量变化率的负值成正比，即E=n(ΔΦ)/(Δt)，其中E为感应电动势，n为线圈匝数 ，ΔΦ为磁通量的变化量，Δt为时间的变化量。
在各向同性介质中传播特性
在各向同性介质中，平面电磁波的传播速度、传播方向和电场、磁场分量之间的关系遵 循一定的规律，如折射定律、反射定律等。
反射、折射和衍射现象
反射现象
当电磁波遇到介质界面时，一部分能量被反射回原介质，形成反 射波。
折射现象Βιβλιοθήκη 当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，传播方向会发生改变， 形成折射波。
互感现象
当两个线圈靠近并存在磁耦合时，一个线圈中的电流变化会在另一个线圈中产 生感应电动势。互感系数与两个线圈的形状、大小、匝数以及它们之间的相对 位置有关。
交流电路基本概念及分析方法
交流电路基本概念
交流电路是指电流、电压和电动势的大小和方向都随时间作周期性变化的电路。与交流电相对应的是直流电，其 电流、电压和电动势的大小和方向均不随时间变化。
06
电磁学实验方法与技巧
常见电磁学实验仪器介绍
大学物理电磁学复习内容省公开课获奖课件市赛课比赛一等奖课件
H
B
电磁感应
一 基本内容 1 掌握法拉第电磁感应定律旳物理意义，能熟练应用楞次定律 拟定感应电动势旳方向；能熟练应使用方法拉第电磁感应定律计算 感应电动势。 2 能够用动生电动势旳公式计算几何形状简朴旳导体在均匀磁 场或对称分布旳非均匀磁场中运动时，所产生旳动生电动势。 了解动生电动势中旳非静电力是洛伦兹力。 3 了解麦克斯韦从电磁感应现象引出感应电场旳概念，了解感 应电场旳两条基本性质以及它与静电场旳区别。能够计算简朴 旳感应电场强度及感应电动势，判断感应电场旳方向。 4 了解自感现象，掌握自感对回路电流变化旳制约作用。能够 计算简朴回路旳自感系数。 5 了解互感现象，了解互感系数是回路之间电磁耦合强弱旳量 度，能够计算简朴回路旳互感系数及互感电动势。 6 了解磁场能量和能量密度旳概念，了解磁场能量定域于磁场 中。掌握磁场能量及能量密度旳体现式，并能进行简朴旳计算。
2 静电平衡导体上旳电荷分布：
导体内部 q=0；导体表面σ＝ε0E ；
3 讨论有导体存在时静电场分布问题旳基本根据：
高斯定理；电势旳概念；电荷守恒定律；导体旳静电平衡条件。
讨论静电场分布问题旳有力工具是电场线。
4 静电屏蔽：导体空腔（不论接地是否）内部电场不受壳外电场
旳影响；接地导体空腔外部旳电场不受空腔内部电荷旳影响。
B dl
L
0
Ii
5 安培力公式：微分形式 dF Idl B
积分形式 F Idl B
线6圈运旳动磁电矩荷产pm生旳IS磁；感线应圈强在度外磁B场中4所0 q受vr旳2 r合ˆ 力矩 M m B
7 运动电荷在外磁场中所受旳和外力 F q v B
8 磁介质旳磁化 ：顺磁质 抗磁质 铁磁质旳分类
I1
奥林匹克物理竞赛讲座 电磁感应
ð再论洛仑兹力不做功
因洛仑兹力垂直于v，所以功率
P
f
v
0
非静电力来源于洛仑兹力。
但洛V仑兹力v不做功u，是否矛盾？
FeveVBB(e)ue(vBu)B f f'
f ' f
f为非静电力来源，欲使导体棒以v向右运动，
必须克服f’，即外力克服f‘做负功。
可以证明，洛仑兹力f所作的正功等于f’对棒所 作的负功。
E旋 2r
（
B ）r 2
t
B0
cos t
r 2
E旋
1 2
B0r
cos t
负号表示E旋转方向为逆时针方向
(1)
Vab
a E旋
b( 234 )
l
3 4
r
2
B0
cos
t
(2)
Vab
a
E旋
b(1)
l
1 4
r
2
B0
cos
t
(3) Vab 0(没有空间电荷分布）
即电动势由非静电场力产生，它与路径有关， 且对闭合回路可以不等于零。谈两点间的电 动势无意义，只能说ab路径的感应电动势， 它与ab路径的几何形状有关。
B 曲面S t
S
[例]如图，磁感应强度B在圆内均匀分布，且 B=B0sint，求a，b两点间的电势差。（ob=oa=r）
（1）ab之间用跨过第2， 3，4象限的环形导 线连接；
（2） ab之间用跨过第1 象限的环形导线连 接；
（3） ab之间没有导线 连接；
[解]对半径为r的顺时针圆形回路
[例题] 宽为L的长薄导体平板沿x 轴水平放置, 平板的电阻可以忽 略不计. 圆所在平面与x轴垂直, 圆弧的两端a和d与导体平板的 两侧边相接触, 并可沿侧边自由 滑动, 电压表的两端分别用理想 导线与b点和C 点连接. 整个装 置处在匀强磁场区域, B竖直向 上. 保持导体平板不动，圆形导 线与电压表一起以恒定速度v沿 x轴方向作平移运动 。
- 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)。
CQ V
L I
④ ……
2020/5/15
例：在xoy面上倒扣着半径为R的半球面上电荷均匀
分布，面电荷密度为。A点的坐标为(0, R/2)，B点
的坐标为(3R/2, 0)，则电势差UAB为——。
由对称性
R
UA
1 2UA整
1 2
Q
4 0 R
R 2 0
oA C
Q为整个带电球面的电荷
B
y
x 此题也可从电场的角度考虑
1Q
R
UUBAB 2U 3 4R A0U 32B R63R 00
UABUAC12UAC整1 2A CE 整 dr1 22R 4Q 0r2d r6 R 0
2020/5/15
例：厚度为b的无限大平板内分布有均匀体电荷密 度（>0）的自由电荷，在板外两侧分别充有介电 常数为1与2的电介质，如图。
求：1）板内外的电场强度
板 外 ：E1
D1
1
d1 1
方
向
向
左
A
1
E2
D2
2
d2 2
方向向右 l
b
2
B
l
E1, E2均由相同自由电缚荷电和荷束产生
E1 E2
d1 d2 1 2
d1d2 b
d11 1b 2 d21 2b 2
2020/5/15 板 外 E 11： b2 E 21 b2
2）UAB EAB AB
d2
（3）电介质A和B的交界面上的自由电荷面密度自和
束缚电荷面密度束。
+
解
： 电
容
器
损
耗
的 P功 V2率
A
R
B _
2020/5/15
R dA dB
AS BS
（2）电介质A和B中的电场能量WA 和 WB
稳定后电介质A和B中的电流密度相等
AEABEB E A dAE B dBV
由 上 两 式 解E出 A ： BdA B V AdB
Fm gE 2qm g2rr1E1q r 1 mg 2 r
Fmaa2 rr1g 方向向下
2020/5/15
例：如图，板间距为 2d 的大平行板电容器水平放置， 电容器的右半部分充满相对介电常数为 r 的固态电介 质，左半部分空间的正中位置有一带电小球 P，电容 器充电后 P 恰好处于平衡位置，拆去充电电源，将电
两 式E 相 1比 r
2020/5/15
2
E0
C Q 0S
2dE 2d
E0 m
gE0
m q
g
E1r
2
E012r
mg q
抽出后小 F qE
球mg受力1rmgmgr1m
g
2
2
a F r 1g
m
2
d1a2t 2
t
2d a
4d
r1g
2020/5/15
例：一平行板电容器中有两层具有一定导电性的电介
2
度分别为0 1 和0 2
由高斯定理：
D1 01, D2 02
E1
E2
20 12
E 1D 1 10 11E 2D 2 20 22
对 于 板 外 电 场 ，电将荷自与由束 缚 电 荷虑一
E1 E2
2020/5/15
0 10 2 1 2
0 1 0 220
例：在两平行无限大平面内是电荷体密度 > 0的均匀
2）A, B两点的电势差
A 1
2
lb l
d1 d2.
解：设 E=0 的平面 MN 距左 侧面为 d1 , 距右侧面为 d2 . B 据对称性, E垂直MN指向两侧
1) 求 D, E
x 板 内 D 内 S： SxD 内 x
板 内E： 内D 内 0 0x
2020/5/15
板 外 ：D2S Sd2 D2 d2 D1S Sd1 D1 d1
EB
AV
BdA AdB
W A1 20A E A 2SA d2(0B d A A B 2 V 2 A S dB A d )2
2020/5W /15 A1 20B E B 2SB d2(0B d B A A 2 V2 A S dB B d )2
介质快速抽出，略去静电平衡经历的时间，不计带电 小球 P 对电容器极板电荷分布的影响，则 P 将经 t = — 时间与电容器的一个极板相碰。
解：拆去电源后，将介质抽出，过程中总Q不变，分布变
设：小球 m, q, 极板 S, Q, 场强E0, E
.P
场强变化，P受力变化，关键求E
C 0U Q2d Q0 E 02S d202 rd S2
2020/5/15
电磁学综述
• （经典）电磁学的基本规律——麦克斯韦方程组
rr
Ñ EdSdV
S
V
rr
Ñ Edl
L
S Btr dSr
rr
Ñ BdS 0
S
Ñ LB rdlr0SJ rdS rc 1 2SE trdS r
2020/5/15
• 电磁场理论的深刻对称性——电磁对偶
① 磁单极？ ② 平行偶极板和长直螺线管的对偶 ③ 电容和电感的对偶
解：P处于平衡状态，则其带负电 由于始终与电源相连，U一定
2020/5/15
UEFa
P
有 介 U E 质 1dE εr ： 1dεrε r1E 1d
E1
r r 1
U d
无 介U 质 E ： 22d
E2
U 2d
2 r r1E1
E1
初始 P 平 时 衡 E 1 qm ： g
抽掉介质后P受 ，合力向下：
质A和B，它们的相对介电常数、电导率和厚度分别为
A, A, dA, B, B, dB ;且 dA+dB =d, d为平板电容器的两块 极板之间的距离。现将此电容器接至电压为V的电源
上（与介质A接触的极板接电源正极），设极板面积
为S, 忽略边缘效应，试求稳定时
（1）电容器所损耗的功率P；
（2）电介质A和B中的电场能量WA和WB；
o
q以oo为中心，在两平面内做简谐振动
kq k q
0
m 0m
2020/5/15
T 2
t T 4
例：一直流电源与一大平行板电容器相连，其中相对
介电常数为 r 的固态介质的厚度恰为两极板间距的二 分之一，两极板都处于水平位置，假设此时图中带电
小球P恰好能处于静止状态，现将电容器中的固态介质 块抽出，稳定后试求带电小球P在竖直方向上运动的加 速度a的方向和大小。
带电空间，如图示有一质量为m，电量为q( < 0 )的点
电荷在带电板的边缘自由释放，在只考虑电场力不考
虑其它阻力的情况下，该点电荷运动到中心对称面
oo的时间是多少？
o
解 ： E2S 1 2xS E x
> 0
d
q< 0
q受的 0 F 电 q场 E q 0x 力 0 (q0)
x 此式与弹簧振子 律受 相力 F同规 kx
E1l E内dxE2l
d1
A 1
lb
2
B
l
d2220d122b022 2 1 1
2020/5/15
例：无限大带电导体板两侧面上的电荷面密度为 0 ， 现在导体板两侧分别充以介电常数 1 与 2 （ 1 2） 的均匀电介质。求导体两侧电场强度的大小。
解：充介质后导体两侧电荷
重新分布，设自由电荷面密
1