大学物理电磁学总结(精华)PPT课件
大学物理电磁感应-PPT课件精选全文完整版
的磁场在其周围空间激发一种电场提供的。这
种电场叫感生电场（涡旋电场）
感生电场 E i
感生电场力 qEi
感生电场为非静 电性场强，故：
e E i dld dm t
Maxwell：磁场变化时，不仅在导体回路中 ，而且在其周围空间任一点激发电场，感生 电场沿任何闭合回路的线积分都满足下述关 系：
E id l d d m t d ds B td S d B t d S
线
形
状
电力线为闭合曲线
E感
dB 0 dt
电 场 的
为保守场作功与路径无关
Edl 0
为e非i 保守E 场感作d功l与路径dd有mt关
性
静电场为有源场
质
EdS
e0
q
感生电场为无源场
E感dS0
➢感生电动势的计算
方法一，由 eLE感dl
需先算E感
方法二， 由 e d
di
(有时需设计一个闭合回路)
2.感生电场的计算
Ei
dl
dm dt
L
当 E具i 有某种对称
性才有可能计算出来
例：空间均匀的磁场被限制在圆柱体内，磁感
强度方向平行柱轴，如长直螺线管内部的场。
磁场随时间变化，且设dB/dt=C >0，求圆柱
内外的感生电场。
则感生电场具有柱对称分布
Bt
此 E i 特点：同心圆环上各点大小相同，方向
磁通量 的变化
感应电流的 磁场方向
感应电流 的方向
电动势 的方向
➢ 楞次定律的另一种表述：
“感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因”
“原因”即磁通变化的原因，“效果”即感应电流的 场
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电场性质
对放入其中的电荷有力的作用 ，且力的方向与电荷的正负有 关。
磁场性质
对放入其中的磁体或电流有力 的作用，且力的方向与磁极或
电流的方向有关。
库仑定律与高斯定理
库仑定律
描述真空中两个静止点电荷之间的相互作用 力，与电荷量的乘积成正比，与距离的平方 成反比。
高斯定理
通过任意闭合曲面的电通量等于该曲面内所包围的 所有电荷的代数和除以真空中的介电常数。
当导体回路在变化的磁场中或导体回路在恒定的磁场中运动时
，导体回路中就会产生感应电动势。
法拉第电磁感应定律公式
02
E = -n(dΦ)/(dt)。
法拉第电磁感应定律的应用
03
用于解释电磁感应现象，计算感应电动势的大小，判断感应电
动势的方向。
自感和互感现象分析
自感现象
当一个线圈中的电流发生变化时 ，它所产生的磁通量也会随之变 化，从而在线圈自身中产生感应 电动势的现象。
程称为磁化。随着外磁场强度的增大，铁磁物质的磁感应强度也增大。
03
铁磁物质的饱和现象
当铁磁物质被磁化到一定程度后，其内部磁畴的排列达到极限状态，此
时即使再增加外磁场强度，铁磁物质的磁感应强度也不会再增加，这种
现象称为饱和现象。
04
电磁感应与暂态过程
法拉第电磁感应定律及应用
法拉第电磁感应定律内容
01
06
现代电磁技术应用与发展趋势
超导材料在电磁领域应用前景
超导材料的基本特性：零电阻、完全抗磁性
超导磁体在MRI、NMR等医疗设备中的应用
超导电缆在电力传输中的优势及挑战
高温超导材料的研究进展及潜在应用
光纤通信技术发展现状及趋势
大学物理电磁学总结 精华
1、微元法
U
Qi （分立）
i 4 0ri
U dQ （连续）
Q 4 0r
2、定义法
EU
0势
Ur Edr
计算场强的方法（3种）
1、点电荷场的场强及叠加
原理
E
i
E
Qir
40ri3
（分立）
rdQ（连续）
Q40r3
2、可有 U U E E
U x
Ex
典型电场的电势
v vv v
dF I dl B
v F
q vv
v B
6. 其它重要公式 ： 电容 :
F E dq
q
(1) 孤立导体球 (2 ) 平行板
C 4 R . C S.
d
p 0
U a E d l (U p0 0 )
(3)
球形
C 4 R 1 R 2 . R2 R1
a
b
U ab U a U b E d l
均匀带 电球面
U q
4 0R
U q
4 0r
均匀带电无
ln a
限长直线 U
r
2 0
均匀带电无 限大平面
d
U Ed
20
典型电场的场强
3 高斯定理
均匀带电 球面
E0qr
E40r3
球面内 球面外
均匀带电无 限长直线
E 2 0r
方向垂直于直线
均匀带电无 限大平面
E
2 0
方向垂直于平面
典型磁场的磁感应强度
3. 电磁感应
d ; dt E感 d
L
ab
b
(
v
B)
大学物理《电磁学》PPT课件
作用于
运动电荷 B
产生
三、磁感应强度(Magnetic Induction)
1. 磁感应强度 B 的定义：
对比静电场场强的定义 F q0 E
将一实验电荷射入磁场，运动电荷在磁场中 会受到磁力作用。
实验表明
① Fm v
② Fm q0v sin
2
时Fm达到最大值
Fm
q0
v
θ＝0 时Fm= 0，
F e 0 v y 0 e(v yBzi v yBxk )
Bx 0 Bz Fz e v y Bx
Bx
Fz e vy
8.69 10-2 T
B
Bx2
B
2 y
0.1T
tan Bz 0.57
Bx
300
资料
原子核表面
～1012T
中子星表面
～106T
目前最强人工磁场 ～7×104T
太阳黑子内部
S
B
m BS
②均匀磁场，S 法线方向与磁场方向成 角
S
n
B m BS cos B S
③磁场不均匀，S 为任意曲面
dm BdS cosθ B dS ④S 为任意闭合曲面
m B dS S
m BdS cosθ B dS
S
S
规定：dS正方向为曲面上由内向外的法线方向。
则 磁感应线穿入，m 为负；穿出，m为正。
人们最早认识磁现象是从天然磁铁开（称 天然磁铁为永恒磁铁）。
对其基本现象的认识归纳如下：
（1） 同号的磁极有相互排斥力，异号的磁极有相 互吸引力
（磁铁间相互作用力称为磁力）
（2）磁铁分割成小段，小段仍有两极（磁荷假说）
（3） 铁棒可以被磁化
2024大学物理电磁学PPT课件
大学物理电磁学PPT课件•电磁学基本概念与定律•静电场与高斯定理•恒定电流与磁场目录•电磁感应与交流电路•电磁波辐射与传播•电磁学实验方法与技巧电磁学基本概念与定律电荷的基本性质电场的概念电场的描述电场强度与电势电流的形成磁场的概念磁场的描述磁场对电流的作用电磁感应现象楞次定律互感与自感法拉第电磁感应定律电磁感应定律电磁波及其传播电磁波的产生01电磁波的性质02电磁波的应用03静电场与高斯定理静电场基本概念静电场静止电荷周围空间存在的一种特殊形态的物质，对放入其中的电荷有力的作用。
电场强度描述电场强弱的物理量，与试探电荷无关，反映电场本身的性质。
电势描述电场中某点电势能的物理量，与零电势点的选取有关。
电场线与电通量电场线电通量描述电场中穿过某一曲面的电场线条数的物理量，反映该曲面与电场的相对关系。
高斯定理及其应用高斯定理应用静电场中导体与绝缘体导体绝缘体导体与绝缘体的区别恒定电流与磁场电流的定义恒定电流电阻和电阻率030201恒定电流基本概念磁场线与磁通量磁场线磁通量磁感应强度安培环路定律和毕奥-萨伐尔定律安培环路定律毕奥-萨伐尔定律应用举例磁场对电流作用力和霍尔效应磁场对电流的作用力霍尔效应应用举例电磁感应与交流电路电磁感应定律和楞次定律电磁感应定律楞次定律动生和感生电动势动生电动势感生电动势自感和互感现象自感现象互感现象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。
交流电路分析方法交流电路的分析方法主要包括相量法、复数表示法、有效值法等。
其中，相量法是一种将正弦量表示为复数形式的方法，可以简化交流电路的计算和分析；复数表示法则是将正弦量表示为实部和虚部的形式，便于进行加减运算；有效值法则是将交流电的有效值与直流电进行等效替换，从而简化计算过程。
电磁波辐射与传播电磁波是由变化的电场和磁场相互激发而形成的，具有波动性和粒子性。
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17
电磁学复习
基尔霍夫第一方程组（节点的电流方程） C
(Ii ) = 0
i
规定： 流出+，流入―；
通过节点电流的代数和为零。
r1 1
R1
2
R2
I2
r2
基尔霍夫第二方程组(回路的电压方程) I1
R
I
(Ii Ri ) (i ) 0 例 C：I1 I I2 0
i
L Er d
B dS S t
--对导线所围面积积分
28
电磁学复习
自感系数 L I
互感系数 M 12 21
i2
i1
自感磁能
WL
1 2
LI 2
互感磁能 WM = M I1I2
L
L
dI dt
12
M
d i2 dt
普适式(L一定)
长直螺线管: B = nI L = n2V
电磁学复习
第12章 直流电和交流电
12-1 电流 恒定电流 12-2 欧姆定律 焦耳定律 12-3 电源 电动势 12-4 全电路欧姆定律 12-5 基尔霍夫方程组 12-6 电容器的充放电过程 12-7 交流电
知识点:
恒定电路中路段电压和回路中电流的计算
典型例题：基尔霍夫方程组应用举例
典型习题：P74 12-7, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 16
充介质
0
C
rC0
0
' '
在⊥E的表面出现极化电荷
E0
Pcos P n Pn
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34
创新实验设计思路分享
组合实验法
将多个相关实验进行组合设计，以提高实验 效率和准确性。
对比实验法
通过对比不同条件下的实验结果，探究物理 现象的本质和规律。
仿真模拟法
利用计算机仿真技术模拟实验过程，以降低 成本和提高安全性。
2024/1/28
改进测量方法
针对传统测量方法的不足之处进行改进和创 新，提高测量精度和效率。
2024/1/28
23
自感和互感现象分析
自感现象是指一个线圈中的电 流发生变化时，在线圈自身中 产生感应电动势的现象。
互感现象是指两个相邻的线圈 中，一个线圈中的电流发生变 化时，在另一个线圈中产生感 应电动势的现象。
2024/1/28
自感和互感现象的产生都与磁 场的变化有关，它们是电磁感
应现象的重要组成部分。
麦克斯韦方程组可以推导出电磁波的存在和传播，是无线通信的理论基础 。
18
电磁波产生条件与传播方式
01
02
03
电磁波产生的条件是变 化的电场或磁场，即振 荡电路中的电荷或电流
。
电磁波的传播方式是横 波，电场和磁场相互垂 直且与传播方向垂直。
电磁波在真空中的传播 速度等于光速，且在不 同介质中的传播速度不
7
02
静电场与恒定电流
2024/1/28
8
静电场中的导体和电介质
静电场中的导体特性
静电感应现象
静电平衡条件
2024/1/28
9
静电场中的导体和电介质
导体表面电荷分布
电介质极化现象
电偶极子概念
2024/1/28
10
静电场中的导体和电介质
电介质极化机制
大学物理电磁学总结(精华)课件
一、教学内容1. 库仑定律：描述静电力的大小和方向，公式为F=kq1q2/r^2，其中k为库仑常数，q1和q2分别为两个点电荷的电量，r为它们之间的距离。
2. 电场强度：描述电场对电荷的作用力，公式为E=F/q，其中F为电场对电荷的作用力，q为电荷的电量。
3. 高斯定律：描述电场通过一个闭合曲面的通量与该闭合曲面内部的总电荷之间的关系，公式为Φ=Q/ε0，其中Φ为电通量，Q为闭合曲面内部的总电荷，ε0为真空中的电常数。
4. 磁感应强度：描述磁场对运动电荷的作用力，公式为B=F/IL，其中F为磁场对运动电荷的作用力，I为电流的大小，L为电流所在导线的有效长度。
5. 安培定律：描述电流产生的磁场，公式为B=μ0I/2πr，其中B为磁场的大小，I为电流的大小，r为电流所在导线到被测点的距离，μ0为真空中的磁常数。
6. 法拉第电磁感应定律：描述磁场变化产生的电动势，公式为E=ΔΦ/Δt，其中E为电动势，ΔΦ为磁通量的变化量，Δt为时间的变化量。
二、教学目标1. 掌握大学物理电磁学的基本概念和公式。
2. 能够运用电磁学的知识解决实际问题。
3. 培养学生的科学思维和解决问题的能力。
三、教学难点与重点重点：库仑定律、电场强度、高斯定律、磁感应强度、安培定律、法拉第电磁感应定律。
难点：高斯定律、安培定律、法拉第电磁感应定律的理解和应用。
四、教具与学具准备教具：黑板、粉笔、PPT课件。
学具：教材、笔记本、笔。
五、教学过程1. 实践情景引入：讲解库仑定律时，可以引入两个点电荷之间的相互作用力。
2. 例题讲解：讲解电场强度时，可以举例一个正点电荷对周围电荷的作用力。
3. 随堂练习：让学生计算一个负点电荷对周围电荷的作用力。
4. 讲解高斯定律：讲解高斯定律时，可以举例一个闭合曲面内部的电荷对曲面外的电场的影响。
5. 讲解磁感应强度：讲解磁感应强度时，可以举例磁场对运动电荷的作用力。
6. 讲解安培定律：讲解安培定律时，可以举例电流产生的磁场对周围导线的影响。
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典型电场的场强
均匀带 电球面
U q
4 0 R
U q
4 0r
均匀带电无
ln a
限长直线 U
r
2 0
均匀带电无 限大平面
U Ed d 20
3 高斯定理
均匀带电 球面
EE 40qr0r3
球面内 球面外
均匀带电无 限长直线
E 2 0r
方向垂直于直线
均匀带电无 限大平面
E
2 0
方向垂直于平面
.
2
计算电势的方法（2种）
计算场强的方法（3种）
1、微元法
U
Qi （分立）
i 4 0ri
U dQ （连续）
Q 4 0r
2、定义法
EU
0势
Ur Edr
1、点电荷场的场强及叠加
原理
E
i
E
Qir
4 0ri3
（分立）
rdQ （连续）
Q4 0r3
2、可有 U U E E
U x
Ex
.
1
典型电场的电势
典型电场的场强
圆线圈轴线上任一点
B
2
0IR2i
R2 x2
3 2
x0 B0I
2R
均E 匀带E 电//圆环4轴0x线x上Q 2任R i一2点32
x 0 E0
方向与电流方向成右手螺旋
磁矩 PmISn
电偶极矩
.
pe Ql
4
电场、磁场中典型结论的比较
长直线
长 直
内
圆
柱外
面
长 直
内
圆
柱 体
外
电荷均匀分布
典型磁场的磁感应强度
典型电场的场强
电流元 dB 4 0 Idrl3r
载流长直导线
B4 0rIc o1sr
40r3
均匀带电直线
E40(co1sco2s)
无限长载流 长直导线
B 0I 2r
方向与电流方向成右手螺旋
均匀带电无 限长直线
E 2 0r
方向垂直于直线
.
3
典型磁场的磁感应强度
② 无限长直线 ——
E 2 r,U 2 lr n (U (1 ) 0 ),B 2 I r.
③ 无限大平面 ——
r
1
E , 2
U 2.
(U (0 ) 0 ),B 29j.
④ 细圆环 ——
1 qx
E4(R2x2)3/2,
IR2
B2(R2x2)3/2,
1q
I
U4(R2x2)1/2 (U0), B(圆 心 ） 2R.
E
2 0r
E0
E
2 0r
E
r 2 0 R2
E
2 0r
.
电流均匀分布
B 0I 2r
B0
B 0I 2r
B
0 Ir 2R2
B 0I
5
2r
静磁场 1
描述： B定义：
大小：B ＝ Fmax
qv
方向：
Fm axv
1.B-S Law
B计算：
2.运动电荷产生磁场
B
u0
4
qvr
r3
3.安培环路定理 LBdl0Ii i
3. 电磁感应
L
d ; dt E感 d
l
b
ab
a
B
(v
B)
dS ;
s t
d
l;
M 12 ; I 21
M d I 21 ;
dt
L ;
L d I。
I
.
dt
8
4. 典型场 ①点荷系 ——
E 4 1d r 2 r ˆ ,q U 4 1d r,( q U 0 )B , 4q v r 2 r ˆ.
⑤ 有限长直线段 ——
B4Ia(co1scos2).
.
10
⑥ 无限长直螺线管 ——
BnI.
⑦ 螺绕环内 ——
B NI . 2 r
.
11
5. 物质、时空、作用、运动
生
电 荷电 场
dE
1
4
dr2qrˆ
生
d动BB电 4400磁Iqdv场 rlr22rrˆˆ
电场对电荷作用 磁场对动电作用
F qE
.
6
静磁场 2
•1 描述磁场性质的方程
1.高斯定理： B•dS0 无源场
2.安培环路定理：非保守场（有旋场）
磁场对外的力学表现 1.运动电荷受到的力：
fL
qvB
2.载流导线受力： dFId lB
3.载流闭合线圈： M＝PmB
4.磁力的功：A＝Im
.
7
2. 物质 性能方程 ： D E ,B H , j 0 E 。
dF I dl B F qv B
.
12
6. 其它重要公式 ： 电容 :
(1 ) 孤立导体球
C 4 R .
F E dq q
( 2 ) 平行板
p 0
U a E dl
(U p0 0 )
(3)
球形
C S. d
C 4 R 1 R 2 . R2 R1
a
b
U ab U a U b E d l
a
W a qU a
b
A ab q U ab q E d l
a
E U
( 4 ) 柱形
并联 C C1 C2
串联
1 C
1 Ci
2 L
C
.
ln R 2
R1
电容器能 W 1 C U 2 Q2 1 QU
电场. 能
W
212D
E
2C dV
2
13