电磁学教学资料 第三章
1．电流和电流密度 2．电流的连续性方程 3．欧姆定律，焦耳定律 4．电源和电动势 5．含源电路的欧姆定律 6．基尔霍夫定律
1、电流 电流密度 2、电源 电动势 3、复杂电路与基尔霍夫定律
1
静电场中的导体处于静电平衡时，其内部的场强为零，内部 没有电荷作定向的宏观运动。
如果把导体接在电源的两极上，
的电阻为14欧。 D）输出功率为80W时，输
出电压可能为40V。
U/V P/W
60
120
50 40
②
80
30 20
①
40
10
0 1 2 3 4 5 6 I/A
38
U
0
I
一
P
P
0 五
0
r
四
U R
0
二 P
U
0
六
R
作业
I
R
0 三 效率
1
0
七
R
I
效率
1
0
九
效率
1
0 八
I
U E
39
三、一段含源电路的欧姆定律
开路状态
0
R
35
八、效率-U关系图象
效率
1
0
E
U
36
九、效率-I关系图象
效率
1
0
I
37
十、组合图象
如图所示的图线①表示某电 池组的输出电压与电流的 关系(图线)，图线②表示 其输出功率与电流的关系 (图线)。则下列说法正确 的是( )
A）电池组的电动势为60V。 B）电池组的内阻为10欧。 C）电流为2.5A时，外电路
ab
外电路电流由正极流 向负极,内电路电流由 负极流向正极
24
电源
外电路中： 顺电流方向
电势降低！
+
v
-
++ +
-
+ F电
-
F非
+
-
内 电路中： 顺电流方向 电势升高！
W电<0
W非>0
化学能转化为电势能
外电路中，电场力是做正功的，电荷的电势能减小。
25
二、电源的电动势
设K表示作用在单位正电荷上的非静电力，其方向在电源
电功率则为
P A IU I 2R U 2
t
R
17
焦耳－楞次定律的微分形式
热功率密度：纯电阻导体内单位体积内的热功率。
p P I U jE E2 E2
V S0 l
表明：在导体中某点的热功率密度与该点的电场强度的平 方成正比，也与导体的电导率成正比。
焦耳热的微观机制：
自由电子与正离子碰撞时将在电场力作用下增加的动能传 给了正离子，使正离子无规振动的能量增大，这在宏观上表现 为导体温度升高。
单位： 1A 103 mA 106 A
4
电流强度与电子漂移速度的关系
•n——导体中自由电子的数密度
•e——电子的电量
•vd——假定每个电子的漂移速度 在时间间隔dt内，长为dl=vddt、横截面积为S 的圆柱体内
的自由电子都要通过横截面积S，所以此圆柱体内的自由电
子数为nSvddt，电量为dq=neSvddt
短路状态
短路状态
0 I
29
二 、U-R关系图象
U
短路 状态
0
0r
断路 状态
R
30
三、 I-R关系图象
I 短路状态
开路状态
0
R
31
四、P-R关系图象
P
总
内
外外
0
r
R
32
五、P-U关系图象
P
总
内
0
外
U
33
六、P-I关系图象
E2/r
P
总 内
E2/4r
0
外
外
I
34
七、效率-R关系图象
短 效率
路 状1 态
中R是一个较大的电阻，r是一个较小的电阻，R和r都
可以改变.试证明R>>r时，r是粗调，R是微调（即r改
变某一数值时，ab间电
R
阻 Rab改变较大；而R改 变同一数值时，则 Rab改
a
b
变较小）。
r
22
23
闭合电路的电流方向和电势的变化
I
AD C B I
（1）在外电路中,沿电 流方向电势降低 （2）在内电路中,沿电 流方向电势升高
S
上底
下底
侧面
J1
nS
(J2 J1)
J2 nS
nS
导体1 J1
0
n
(
J2
J1)
0
或J1n J2n
14
2、 E切向分量的连续性
L
E
dl
t
S
B
dS
E
dl
b
a
E
dl
c
b
E
dl
d
c
E
dl
a
d
E
dl
L
(E1t E2t )l
E1t E2t 0
I s jr dS jr 2rL
l
通过各柱面的I是相等的，故
j I 1
2L r
E j
I
1
2L r
21
两极间的电势差为
U1 U2
E dl
b I
dr
I ln b
a 2L r 2L a
R U1 U2 ln b I 2L a
作业 图中所示是电学仪器中调节电阻的装置,其
场E的方向附加一个定向加速度
a
e
E
me
19
自由电子同原子实碰撞，只能在连续两次碰撞的时间间隔内 得以定向加速，从统计角度考虑，平均定向运动速度为
u 1
e
E
1
e
E
2 me
2 me v
若导体内自由电子（载流子）密度为n，则
j
n
e
u
ne2
E E
2mev
ne2
2mev
由经典电子论导出的结果只能定性说明金属导电的规律由
电流的微观机制：导体内自由电子在电场力作用下在原来 不规则的热运动上附加了定向漂移运动.
电流方向：正电荷的定向运动方向，即沿电场方向，从高 电势流向低电势。
3
二、电流强度与电流密度
1. 电流强度：单位时间内通过导体任一横截t
I lim q dq t0 t dt
j
电流密度是一个矢量，其方向和该点正电荷运动的方向 一致，数值上等于通过该点单位垂直截面的电流强度。
电流密度矢量构成的矢量场称之为电流场。
3. 电流线：用电流线描述电流场 曲线方向：该点电流密度方向； 曲线密度：与该点电流密度的大小成正比。
4. 电流强度和电流密度矢量关系
I S j dS
与电荷运动速度的关系
E2 介质2
n
(E2
E1)
0
l E1
介质1
15
7、电流线在导体界面上的折射
J1n J1 cos1, J2n J2 cos2 E1t E1 sin 1, E2t E2 sin 2
n
2 J2
导体2
根据边界条件
J1n J2n , E1t E2t
由欧姆定律
J1 1E1, J2 2E2
电阻。
解：
dR dl dr S rt
R r2 dr
r1 rt
S2 S1
t
r1
r2
R ln r2 t r1
dr 平行于电流方向，dS 垂直于电流方向。
13
6、两种导体分界面上的边界条件
1、J法向分量的连续性
对恒定电流
J dS 0
n
S
J2 导体2
S
对图中的闭合曲面
J dS J dS J dS J dS
j nevd
说明：电流强度是通过某面积的电流密度的通量。
6
三、 电流的连续性方程
1. 电流的连续性方程 在导体内任一闭合曲面内，根据电荷守恒定律，满足
dq
j dS
S
dt 连续性方程积分形式
左侧：单位时间内由S 面流出的电量；
右侧：单位时间内S 面的电量减少量。
当 dq 0时,有
j dS 0，则流入S面内电荷量多于流出量。
则导体内任意两点之间将维持恒
定的电势差，在导体内维持一个
v
电场，导体内的电荷在电场力的
作用下作宏观的定向运动，形成
电流。
U 2
1800年春，意大利人伏打制成了伏打电池，从而获得 持续的电流。有了稳定的电源，就为人类从研究静电 现象过渡到研究动电现象提供了坚实的技术基础。
㈠ 电流 电流密度
一、电流
电荷的定向运动形成电流。电流分为传导电流和运流电流。
1 J1
导体1
讨论:
若1 2 tan1 tan2
tan1 1 tan2 2
1 0,2 90。
16
五、焦耳－楞次定律
电流通过一段电路时，电场力要对移动电荷做功
A IUt Q A I 2Rt U 2 t
R
在一段纯电阻电路中，电功等于电热。但在非纯电阻电路 中（如含有电动机等输出设备）电功和电热两者不相等。
11
5、欧姆定律的微分形式
在导体中取一长为dl、横截面积为dS的小圆柱体，圆柱体的 轴线与电流流向平行。设小圆柱体两端面上的电势为V和 V+dV。根据欧姆定律，通过截面dS的电流为：
dI dV dR
dR dl
高中物理第三章第2节电磁场和电磁波教学案教科版选修3
C．电磁波和机械波都不能产生干涉
D ．电磁波和机械波都能产生衍射
解析：选 AD 电磁波的传播不需要介质，而机械波的传播需要介质，所有电磁波的传
播速度只有在真空中才相同， 但在其他某种介质如玻璃中则不同， 而不同的机械波即使在同
种介质中传播， 速度一般也不一样。 电磁波和机械波有波的特性， 故能发生干涉和衍射现象，
[跟踪演练 ]
如图 3－ 2－ 5 所示，有一水平放置、内壁光滑、绝缘的真空圆形管，其半径为
R，有一
带正电的粒子静止在管内， 整个装置处于竖直向上的磁场中。 要使带电粒子能沿管做圆周运
动，所加的磁场可能是 ( )
马鸣风萧萧整理
》》》》》》》》》积一时之跬步 臻千里之遥程《 《《《《《《《《《《《
图 3－ 2－ 5
由 (波源 )质点的振动产生
是否横波
是
可以是
是否纵波
否
可以是
干涉现象
满足干涉条件时均能产生干涉现象
马鸣风萧萧整理
》》》》》》》》》积一时之跬步 臻千里之遥程《 《《《《《《《《《《《
衍射现象
满足衍射条件时均能发生明显衍射
[学后自检 ] ┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄┄ (小试身手 )
(上海高考 )电磁波与机械波具有的共同性质是 ( )
3．电磁波与机械波的比较
电磁波
机械波
研究对象
电磁现象
力学现象
周期性
电场强度 E 和磁感应强度 B 随时间和空间 做周期性变化
位移随时间和空间做周期性变化
传播情况
传播无需介质，在真空中波速总等于光速 c，在介质中传播时，波速与介质及频率都 有关
传播需要介质，波速与介质有关， 与频率无关
2023人教版选修(2-1)第3章《电磁感应》ppt
• 2.
(1)导线ab切割磁感线时，闭合回路中产生电 流，如下图甲所示.
(2)磁铁插入或拉出线圈时，闭合回路中产生 电流，如上图乙所示.
(3)
S
，回路B中产生
电流；滑动变阻器的滑片向上或向下滑动
时，回路B中产生电流，如上图丙所示.
例1 如右图所示，两个圆环A、B同心放置， 且半径R A>R B,一条形磁铁置于两环的 圆心处，且与圆环平面垂直，则A、B两环 的磁通量哪个大？
【解析】由于磁感线是闭合曲线，它在磁体内部是 从S极到N极，在外部是从N极到S极，从图中清 楚地看到穿过SA、SB的磁感线有磁体内部的全部 磁感线（由S指向N）和磁铁外部的磁感线（由N 指向S）两者方向相反，因此，穿过圆环的磁通 量是两者抵消后的净磁通量，其磁感线方向由S 指向N.设在磁体内部的磁感线条数为Φ,方向向上 为正；磁铁外部空间穿过A、B两圆环的磁感线条 数分别为Φ1和Φ2，且Φ1>Φ2,方向向下，磁通量为 负.因为ΦA=Φ-Φ1，ΦB=Φ-Φ2，所以ΦA<ΦB.
交流电的胜利
• 为了打破爱迪生的技术垄断，特斯拉特 地制作了一个“特斯拉线圈”，它是由一 个感应圈、两个大电容器和一个初级线圈 仅几圈的互感器组成.这种装置可以产生频 率很高的高压电流，不过这种高压电的电 流极小，对人体不会产生显著的生理效应.
特斯拉在一次记者招待会上，用这种
装置使电流通过自己的身体，点亮了电灯， 甚至还熔化了电线，使在场的记者一个个 惊讶得目瞪口呆，取得了极大的宣传效果.
麦克斯韦和法拉第这两位科学家年龄悬殊， 出身迥异，但他们的科学成就相互成全弥补，共 同开创了电磁学的新时代.
要点1. 磁通量Φ、磁通量的变化量 ΔΦ与磁通量的变化率ΔΦ/Δt）的 比较
《电磁学》教学大纲..
《电磁学》教学大纲英文名称：electromagnetics授课专业：物理学学时：72学分：4开课学期：二年级上学期适用对象：物理学专业一、课程性质与任务电磁学是物理学专业的一门专业基础课。
电磁学已渗透到物理学的各个领域，成为研究物质过程必不可少的基础。
通过本门课程的教学，要求：使学生能全面地认识和理解电磁运动的基本现象和基本概念，系统地掌握电磁运动的基本规律，具有一定的分析和解决电磁学问题的能力，并为学习后继课程打下必要的基础。
通过对电磁学发展史上某些重大的发现和发明的介绍，使学生了解物理学思想和实验方法，培养学生的辩证唯物主义世界观，使学生获得科学方法论上的教益。
二、课程教学的基本要求1 、正确理解以下基本概念和术语：基本粒子、静电场、库仑力、电场强度、电通量、电位、电位差、电功、静电平衡、静电屏蔽、电容、加速器、静电能、极化强度、电位移向量、电流密度、超导、电功率、经典金属电子论、电动势、非静电力、温差电动势、静磁场、磁感应强度、安培力、磁通量、磁矩、电磁感应、感生电场、自感、互感、涡电流、趋肤效应、磁能、磁化强度、磁化电流、磁场强度、顺磁性、抗磁性、铁磁性、磁畴、铁磁屏蔽、位移电流、电磁场、能流密度、电磁波谱。
2 、掌握以下基本规律及分析计算方法（1）静电场基本定律和定理：库仑定律、电荷守恒定律、高斯定理、环路积分定理、叠加原理。
（2）稳恒电流和电路：欧姆定律、焦耳定律、基尔霍夫定律（节点方程、回路电压方程）（3）稳恒磁场的基本定律和定理：毕——伐定律，安培定律、高斯定理、环路积分定理。
（4）交变电磁场的基本定律和定理：楞次定律、法拉第电磁感应定律、麦克斯韦方程组。
（5）掌握以下物理量的分析计算方法：电场强度、电位、电位差、电通量、电容、磁感应强度、磁通量、安培力、磁矩、电动势、电磁能量等。
3 、注意培养学生以下几方面能力（1）分析电磁运动规律及物理实验构思方法，重视对实验现象的总结，培养科学分析问题的能力。
高二物理第三章 磁场 本章知识复习归纳
嗦夺市安培阳光实验学校高二物理第三章 磁场 本章知识复习归纳人教实验版【本讲教育信息】 一. 教学内容：第三章 磁场 本章知识复习归纳 二. 重点、难点解析：1. 常见磁场分布的特点、左手定则、右手定则2. 安培力、洛伦兹力的计算3. 带电粒子在磁场、在复合场中的运动问题 三. 知识内容： （一）基本概念 1. 磁场的产生（1）磁体周围有磁场 （2）电流周围有磁场 2. 磁场的基本性质磁场对放入其中的磁体和电流有磁场力的作用（对磁体一定有力的作用；对电流只是可能有力的作用，当电流和磁感线平行时不受磁场力作用）。
3. 磁感应强度：ILFB （条件是匀强磁场中，或ΔL 很小，并且L ⊥B ）。
4. 磁感线（1）用来形象地描述磁场中各点的磁场方向和强弱的曲线。
磁感线上每一点的切线方向就是该点的磁场方向，也就是在该点小磁针静止时N 极的指向。
磁感线的疏密表示磁场的强弱。
（2）磁感线是封闭曲线（和静电场的电场线不同）。
（3）要熟记常见的几种磁场的磁感线。
（4）安培定则（右手螺旋定则）：对直导线，四指指磁感线方向；对环行电流，大拇指指中心轴线上的磁感线方向；对长直螺线管大拇指指螺线管内部的磁感线方向。
5. 磁通量如果在磁感应强度为B 的匀强磁场中有一个与磁场方向垂直的平面，其面积为S ，则定义B 与S 的乘积为穿过这个面的磁通量，用Φ表示。
Φ是标量，但是有方向（进该面或出该面）。
单位为韦伯，符号为Wb 。
1Wb=1T m 2=1Vs=1kg m 2/（As 2）。
可以认为磁通量就是穿过某个面的磁感线条数。
在匀强磁场磁感线垂直于平面的情况下，B =Φ/S ，所以磁感应强度又叫磁通密度。
在匀强磁场中，当B 与S 的夹角为θ时，有Φ=BS sin θ。
（二）安培力1. 安培力方向的判定 （1）用左手定则。
（2）用“同性相斥，异性相吸”（只适用于磁铁之间或磁体位于螺线管外部时）。
（3）用“同向电流相吸，反向电流相斥”（反映了磁现象的电本质）。
电工基础、第三章(上)磁场
教案首页授课班级授课日期授课老师课题第三章第一部分磁场授课时数授课方法作业布置教学目的要求1．了解直线电流、环形电流以及螺线管电流的磁场，会用右手定则判断其磁场的方向。
2．理解磁感应强度、磁通、磁导率、磁场强度的概念。
3．了解匀强磁场的性质及有关计算。
4．掌握磁场对电流作用力的有关计算及方向的判断，了解磁场对通电线圈的作用。
5．了解铁磁性物质的磁化、磁化曲线和磁滞回线。
6．了解磁动势和磁阻的概念。
教学重点难点掌握全电流定律和磁路中的欧姆定律。
拟用教具授课执行情况板书设计序号内容学时1第一节电流的磁效应12第二节磁场的主要物理量13第三节磁场对电流的作用力14第四节铁磁性物质的磁化15第五节磁路的基本概念16习题和小结17本章总学时6精品精品第一节 电流的磁效应一、 磁场1．磁场：磁体周围存在的一种特殊的物质叫磁场。
磁体间的相互作用力是通过磁场传送的。
磁体间的相互作用力称为磁场力，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。
2．磁场的性质：磁场具有力的性质和能量性质。
3．磁场方向：在磁场中某点放一个可自由转动的小磁针，它N 极所指的方向即为该点的磁场方向。
二、磁感线1．磁感线在磁场中画一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都与该点的磁场方向相同，这些曲线称为磁感线。
如图5-1所示。
2．特点(1) 磁感线的切线方向表示磁场方向，其疏密程度表示磁场的强弱。
(2) 磁感线是闭合曲线，在磁体外部，磁感线由N 极出来，绕到S 极；在磁体内部，磁感线的方向由S 极指向N 极。
(3) 任意两条磁感线不相交。
说明：磁感线是为研究问题方便人为引入的假想曲线，实际上并不存在。
图5-2所示为条形磁铁的磁感线的形状。
3．匀强磁场在磁场中某一区域，若磁场的大小方向都相同，这部分磁场称为匀强磁场。
匀强磁场的磁感线是一系列疏密均匀、相互平行的直线。
三、电流的磁场1． 电流的磁场图5-2 条形磁铁的磁感线图5-1 磁感线直线电流所产生的磁场方向可用安培定则来判定，方法是：用右手握住导线，让拇指指向电流方向，四指所指的方向就是磁感线的环绕方向。
电磁学Electromagnetics教学PPT课件
第三章 电磁感应 电磁场的相对论变换
第四章 电磁介质
第五章 电路
第六章 麦克斯韦电磁理论 电磁波 电磁单位制
合计
学时数 16 12 8 10 20 6 72
2021/3/7
温州大学物理与电子信息学院6
课程意义与学习方法
课程意义
电磁学发展过程
电场和电场线
2021/3/7
法拉第及其夫人
温州大学物理与电子信息学院7
静电基本现象与规律
所有实 验结论:
2021/3/7
自然界中只存在两种电荷；而且，同种电荷相 互排斥，异种电荷相互吸引
温州大学物理与电子信息学1院6
静电基本现象与规律
电荷检验存储与起电机
2021/3/7
验电器
范德格拉夫起电机
温州大学物理与电子信息学1院7
静电基本现象与规律
静电感应与电荷守恒定律
f r2
他测出不大于 0.02（未发 表，100年以 后Maxwell整 理他的大量手稿，才将此 结果公诸于世。
2021/3/7
温州大学物理与电子信息学2院4
静电基本现象与规律
库仑实验： 精度与十三年前Cavendish的实验精度相当
库仑是扭称专家;只测电斥力——扭称 实验，数据只有几个，且不准确（由于 漏电），不是大量精确的实验；
半导体：介于两者 之间的物体
2021/3/7
温州大学物理与电子信息学1院9
静电基本现象与规律
砷化镓
砷化镓（GaAs）半导 体材料与传统的硅材料 相比，它具有很高的电 子迁移率、宽禁带、直 接带隙，消耗功率低的 特性，电子迁移率约为 硅材料的5.7倍。因此， 广泛应用于高频及无线 通讯中制做IC器件。所 制出的这种高频、高速、 防辐射的高温器件，通 常应用于激光器、无线 通信、光纤通信、移动 通信、GPS全球导航等