电磁学思考题
密立根油滴实验思考题 (2)
未知驱动探索，专注成就专业
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密立根油滴实验思考题
引言
密立根油滴实验是物理学中一项非常重要的实验，由美国物理学家罗伯特·密立根于1909年首次进行并发表。这个实验通过在电场中观察悬浮的油滴，验证了电荷的量子化概念，并为后来的量子力学理论的发展做出了重要贡献。本文旨在探讨密立根油滴实验的背景、原理、实验步骤以及实验结果的思考题。
密立根油滴实验的背景
在19世纪末，电磁学已经取得了显著的进展，电荷和电场的概念已经被提出并广泛研究。然而，物理学家们对电荷的本质和性质仍存在许多疑问。罗伯特·密立根的实验正是为了回答这些问题而进行的。
密立根油滴实验的原理
密立根油滴实验基于油滴在电场中的行为。实验中，一个小的油滴被喷射到充满空气的封闭容器中，油滴会在重力的作用下从上方自由下落。然后，通过一个细的针尖向容器中释放电荷，使得油滴带上正或负的电荷。在经过一定的时间后，油滴最终会达到一个稳定的状态，悬浮在空气中，并受到电场的作用。
根据电场的作用力公式 F = Eq，其中 F 表示电场力，E 表示电场强度，q 表示油滴带上的电荷量。通过测量油滴下降速度的变化，可以求得油滴带上的电荷量。 未知驱动探索，专注成就专业
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密立根油滴实验的步骤
1. 准备实验装置：将油滴喷射器和电荷释放器安装在封闭容器内，确保容器内的环境干净。
2. 准备油滴：通过喷射器将小的油滴喷射到容器中，注意使其悬浮在空气中并不受干扰。
3. 加入电荷：使用电荷释放器，向容器中释放正或负的电荷，使油滴带上电荷。
4. 观察油滴行为：使用显微镜观察油滴的下降行为，注意测量下降速度的变化。
5. 计算电荷量：通过下降速度的变化，使用电场力公式计算油滴所带电荷的量。
密立根油滴实验思考题
1. 实验中油滴在电场中受到的力为什么与油滴的电荷正负无关？ 在密立根油滴实验中，油滴带上了电荷后会受到电场力的作用，使其向上或向下运动。这个电场力与油滴的电荷正负无关是因为电场力的大小与电荷的量正相关，但与电荷的正负无关。电场力的公式为 F = Eq，其中 F 表示电场力，E 表示电场强度，q 表示电荷量。所以在实验中，即使油滴的电荷为正或负，电场力仍然会对其产生作用，只是方向不同而已。
洛伦兹力到底做功不做功？
洛伦兹⼒到底做功不做功？
洛伦兹⼒到底做功不做功？
洛伦兹⼒有两种定义。⼀种是相对论电动⼒学给出的定义，它考虑物理规律的协变性，把运动电荷在电磁场中受的电⼒作⽤和磁⼒作⽤之
和定义为洛伦兹⼒（《电磁学》赵凯华 陈熙谋 编著 第⼆版 ⾼等教育出版社P441）。另⼀种定义是：运动电荷在磁场中受的⼒（《电磁
学》P406）。⼈们通常说洛伦兹⼒时都指后⼀种定义给出的洛伦兹⼒，这⾥所指的洛伦兹⼒也是以后⼀种定义给出的为准。
物理学中给出了明确的结论，即洛伦兹⼒永远不做功。例如，《电磁学》在给出洛伦兹⼒的定义后，指出“由于洛伦兹⼒的⽅向总与带电粒
⼦速度的⽅向垂直，洛伦兹⼒永远不对粒⼦做功。它只改变粒⼦运动的⽅向，⽽不改变它的速率和动能。”（《电磁学》P406）。再如，《电磁
学》在研究动⽣电动势时指出，洛伦兹⼒的⼀个分量做正功，另⼀个分量做负功，“可以证明两个分量所做的功的代数和等于零。因此，洛伦兹
⼒的作⽤并不提供能量，⽽只是传递能量，即外⼒克服洛伦兹⼒的⼀个分量f’所作的功通过另⼀个分量f转化为感应电流的能量”（《电磁
学》P483）。事实上，在考察带电粒⼦在均匀磁场中的运动规律并建⽴洛伦兹⼒与粒⼦离⼼⼒的等式关系时，就是以洛伦兹⼒不做功为前提的
（参考《电磁学》P410）；电⼦荷质⽐与速度关系的实验测定，回旋加速器的基本原理均建⽴在此基础之上。。。。。。
因此，重新研究这个问题具有⾮常重⼤的意义！那么，洛伦兹⼒到底做不做功呢？
⾸先，我们必须明确的是，研究和把握问题的实质必须从多⽅⾯下⼿加以考察，正如伽利略的教导：“在考察物质和事物的本质上,多了解⼀
点事情要有⽤的多."(《关于托勒密和哥⽩尼两⼤世界体系的对话》P525)”下⾯就让我们开始这个考察。
⼀：离⼼⼒与洛伦兹⼒做功问题。
众所周知，⼀个质量为m的⼩球在⼀根绳⼦的束缚下作匀速圆周运动时的离⼼⼒是：mv2/r，这个结论的依据之⼀是⽜顿第⼆定律，依据之
⼆是运动学对匀速圆周运动向⼼加速度的精确数学求解。
从《力学》角度分析《电磁学》中的自由度
从《力学》角度分析《电磁学》中的自由度
本文从《力学》角度讨论《电磁学》中一些客体的自由度以深化教学、提高学生正确分析物理问题的能力.使用实际教学分析的研究方法，先介绍《力学》中自由度特点，接着切入分析《电磁学》中一些客体的自由度并得出以下结论：
（1）单个无、有极分子在无或有外电场时其自由度均为3；（2）无外电场时：由无、有极分子构成的刚性电介质有6个自由度，构成的非刚性电介质除反映整体运动的6个自由度外其内部还有3N-6个振动自由度；有外电场时：由无、有极分子构成的电介质整体的自由度为3（不考虑内部振动和干扰因素时）；（3）平面偏振光的光矢量有3个自由度。然后分析《电磁学》里电磁波中某时刻某点平面偏振光与自然光振动矢量的自由度，最后讨论场的自由度及研究《力、电磁学》中自由度的意义。
标签：力学 电磁学 自由度 实际教学分析法
The analyse of the degree of freedom of electromagnetics from the angle of
mechanics
HAN Wen-juan ， LIU Hai
（ Dept of Physics and Electronics of Sciences ， Guizhou Liupanshui Normal
College， Liupanshui 553004，China）
Abstract： The degree of freedom of some bodies of electromagnetics is talked in
order to deepen teaching and enhance students ability to correctly analyze physical
problem in this paper. Firstly， the characters of the degree of freedom of mechanics
电磁学教案..
《电磁学》
教 案
2
一、课程名称：电磁学
二、总 学 时：68学时
三、适用对象：物理和应用物理专业
四、任课教师：陈 东
五、修订时间：2006.9
六、教学目的与任务
电磁学是物理专业一门十分重要的基础课程，它对后续课程的学习和现代电子技术等方面的应用，都具有十分重要的意义。通过对本课程的学习，使学生：
（1）全面系统地掌握电磁运动的基本现象、基本概念和基本规律；
（2）具有独立分析、处理和讲授中学物理电磁学课程的能力；
（3）了解电磁学的发展概况、实际应用和最新成就；
（4）进一步提高科学知识、科学方法、科学态度和科学精神等科学素质。
七、教学的基本要求：
（1）本教案是根据教育部1991年颁布的高等师范物理专业教学大纲的基本要求，结合当前全国和我校的实际而制定的。
（2）对于教学大纲中规定的教学内容，除按系上修订的将交流电一章放在电工学以外,其余章节全部讲授。一般不能随意增减变更，确有特殊情况，也必须经过校、系批准，方可变动。
（3）教学中，严格地按照教案的设计，将讲授课、习题课和课堂演示等有机地结合起来，以达到最优化的教学效果。
八、教学的基本方式：
电磁学是物理专业的一门基础理论课程，因此其教学方式应以课堂讲授为主，但同时必须注意将习题课、辅导答疑课、实验课及课堂演示紧密结合，以提高学生分析问题和解决问题的能力，全面提高学生的素质。
九、教材及参考书目
（1）赵凯华等.电磁学（上、下册）.高等教育出版社，1985.
（2）梁绍荣等.普通物理学——电磁学. 北京师范大学出版社，1985.
（3）梁灿彬等.电磁学.高等教育出版社，2004
（4）徐游.电磁学.科学出版社，2004.
（5）贾起民.电磁学.高等教育出版社，2000. 3
十、教学内容
绪 论
（一）目的要求：
（1）了解电磁学的研究对象、发展简史和知识体系。
（2）熟悉电磁学的学习方法与要求。
（二）教学内容
赵凯华所编《电磁学》第二版答案
第一章 静电场
§1.1 静电的基本现象和基本规律
思考题：
1、 给你两个金属球，装在可以搬动的绝缘支架上，试指出使这两个球带等量异号电荷的方向。你可以用丝绸摩擦过的玻璃棒，但不使它和两球接触。你所用的方法是否要求两球大小相等？
答：先使两球接地使它们不带电，再绝缘后让两球接触，将用丝绸摩擦后带正电的玻璃棒靠近金属球一侧时，由于静电感应，靠近玻璃棒的球感应负电荷，较远的球感应等量的正电荷。然后两球分开，再移去玻璃棒，两金属球分别带等量异号电荷。本方法不要求两球大小相等。因为它们本来不带电，根据电荷守恒定律，由于静电感应而带电时，无论两球大小是否相等，其总电荷仍应为零，故所带电量必定等量异号。
2、 带电棒吸引干燥软木屑，木屑接触到棒以后，往往又剧烈地跳离此棒。试解释之。
答：在带电棒的非均匀电场中，木屑中的电偶极子极化出现束缚电荷，故受带电棒吸引。但接触棒后往往带上同种电荷而相互排斥。
3、 用手握铜棒与丝绸摩擦，铜棒不能带电。戴上橡皮手套，握着铜棒和丝绸摩擦，铜棒就会带电。为什么两种情况有不同结果？
答：人体是导体。当手直接握铜棒时，摩擦过程中产生的电荷通过人体流入大地，不能保持电荷。戴上橡皮手套，铜棒与人手绝缘，电荷不会流走，所以铜棒带电。
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§1.2 电场 电场强度
思考题：
1、 在地球表面上通常有一竖直方向的电场，电子在此电场中受到一个向上的力，电场强度的方向朝上还是朝下？
答：电子受力方向与电场强度方向相反，因此电场强度方向朝下。
2、 在一个带正电的大导体附近P点放置一个试探点电荷q0(q0>0),实际测得它受力F。若考虑到电荷量q0不是足够小的，则F/ q0比P点的场强E大还是小？若大导体带负电，情况如何？
物理实验电磁感应现象的实验研究
物理实验电磁感应现象的实验研究
物理实验教案：电磁感应现象的实验研究
引言：
电磁感应是电磁学中的重要内容，通过实验研究电磁感应现象，可以帮助学生深入理解电磁感应的原理和应用。本教案将介绍一系列有趣且富有挑战性的电磁感应实验，通过实验操作和观察结果，帮助学生深入理解电磁感应的基本概念。
一、实验目的：
通过一系列的实验，学生将能够：
1. 理解电磁感应的基本概念和原理；
2. 学习使用过结构装置制作简单的发电装置；
3. 探究不同条件下电磁感应的规律。
二、实验内容：
1. 实验一：磁铁穿过线圈
2. 实验二：线圈旋转磁场
3. 实验三：线圈靠近磁铁
4. 实验四：改变线圈面积
5. 实验五：改变线圈匝数 三、实验器材：
1. 铁芯线圈（可以自己制作）
2. 直流电源
3. 电流表
4. 切割磁铁
5. 底座和支架
6. 连接电线
四、实验步骤与观察现象：
1. 实验一：磁铁穿过线圈
- 将磁铁从线圈中通过，观察电流表的指示方向和大小。
- 当磁铁进出线圈时，电流表指示方向和磁铁运动方向相反。
2. 实验二：线圈旋转磁场
- 固定线圈并将磁铁旋转在其周围，观察电流表的指示方向和大小。
- 当磁铁旋转时，电流表指示方向随着磁铁旋转的方向改变。
3. 实验三：线圈靠近磁铁
- 当线圈靠近磁铁时，观察电流表的指示方向和大小。
- 线圈靠近磁铁时，电流表指示方向会发生变化，并且电流大小随着线圈与磁铁的距离变化而改变。 4. 实验四：改变线圈面积
- 在相同条件下，将线圈的面积增大或减小，观察电流表的指示方向和大小。
- 当线圈的面积增大时，电流表指示方向相同，但电流大小增加。
- 当线圈的面积减小时，电流表指示方向相同，但电流大小减小。
5. 实验五：改变线圈匝数
- 在相同条件下，将线圈的匝数增加或减少，观察电流表的指示方向和大小。
- 当线圈的匝数增加时，电流表指示方向相同，且电流大小增加。
- 当线圈的匝数减少时，电流表指示方向相同，且电流大小减小。
人教版物理九年级第二十章《电与磁》单元教学设计
人教版物理九年级第二十章《电与磁》单元教学设计
一、教学目标
（一）知识与技能
1. 让学生理解并掌握电磁感应现象的基本原理，了解发电机的工作原理及其能量转换过程，能运用所学知识解释日常生活中的相关现象。
2. 使学生掌握磁场对电流的作用，了解电动机的工作原理，能分析简单电路中电流与磁场之间的相互作用。
3. 培养学生运用安培环路定律和法拉第电磁感应定律进行计算的能力，能解决实际问题。
4. 让学生了解电磁波的产生、传播和应用，掌握电磁波的基本特性，能解释一些与电磁波相关的现象。
（二）过程与方法
1. 通过实验探究电磁感应现象，培养学生观察、思考、分析问题的能力，提高学生的实验操作技能。
2. 通过小组讨论、合作学习，引导学生运用所学知识解决实际问题，提高学生的团队协作能力和解决问题的能力。
3. 利用多媒体教学资源，展示电磁现象在实际生活中的应用，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新意识。
4. 引导学生运用数学知识对电磁现象进行定量分析，培养学生的数学建模能力。
（三）情感态度与价值观
1. 培养学生对电磁现象的兴趣，激发学生学习物理的热情，形成积极的学习态度。
2. 使学生认识到电磁学在科技发展中的重要作用，增强学生的科技意识，提高学生的社会责任感。
3. 通过对电磁现象的学习，培养学生崇尚科学、追求真理的精神，形成正确的价值观。
4. 培养学生关爱环境、节约能源的意识，引导学生运用所学知识为社会发展做出贡献。
二、学情分析
在本章节的教学中，学生已经具备了基本的电路知识，对电流、电压等概念有了初步的理解。然而，电与磁这部分内容对学生来说，既是挑战也是机遇。他们可能对电磁现象充满了好奇，但同时也可能对磁场、电磁感应等抽象概念感到困惑。因此，在教学过程中，教师需关注以下几点：
1. 学生对电磁现象的认知程度：了解学生是否已经接触过电磁现象，对电磁感应、磁场等概念的了解程度，以便有针对性地开展教学。
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新概念物理教程电磁学第二版(赵凯华陈熙谋著)课后答案下载
新概念物理教程电磁学第二版(赵凯华陈熙谋著)内容提要
章 静电场恒定电流场
1.静电的基本现象和基本规律
1.1 两种电荷
1.2 静电感应电荷守恒定律
1.3 导体、绝缘体和半导体
1.4 物质的电结构
1.5 库仑定律
2.电场电场强度
2.1 电场
2.2 电场强度矢量E
2.3 电场线
2.4 电场强度叠加原理
2.5 电荷的连续分布
2.6 带电体在电场中受的力及其运动
2.7 场的概念 3.高斯定理
3.1 立体角
3.2 电通量
3.3 高斯定理的表述及证明
3.4 球对称的电场
3.5 轴对称的电场
3.6 无限大带电平面的电场
3.7 从高斯定理看电场线的性质
4.电势及其梯度
4.1 静电场力所作的功与路径无关
4.2 电势与电势差
4.3 电势叠加原理
4.4 等势面
4.5 电势的梯度
4.6 电偶极层
5.静电场中的导体
5.1 导体的平衡条件
5.2 导体上的电荷分布
5.3 导体壳(腔内无带电体情形) 5.4 导体壳(腔内有带电体情形)
6.静电能
6.1 点电荷之间的.相互作用能
6.2 电荷连续分布情形的静电能
6.3 电荷在外电场中的能量
7.电容和电容器
7.1 孤立导体的电容
7.2 电容器及其电容
7.3 电容器储能(电能)
8.静电场边值问题的性定理
8.1 问题的提出
8.2 几个引理
8.3 叠加原理
8.4 性定理
8.5 静电屏蔽
8.6 电像法
9.恒定电流场
9.1 电流密度矢量
用恒定电流模拟静电场实验报告思考题
用恒定电流模拟静电场实验报告思考题
静电场是由电荷分布决定的。给定区域内的电荷分布和介质分布及边界条件，可根据麦克斯韦议程组和边界条件来求得电场分布。但大多数情况下求出解析解，因此，要靠数字解法求出或实验方法测出电场分布。
【实验目的】
1.学会用模拟法描绘和研究静电场的分布状况。
2.掌握了解模拟法应用的条件和方法。
3.加深对电场强度及电势等基本概念的理解。
【实验仪器】
导电液体式电场描绘仪，同轴电极，平行板电极，白纸（自备）
【实验原理】
直接测量静电场是很困难的，因为仪表（或其探测头）放入静电场中会使被测电场发生一定变化。如果用静电式仪表测量，由于场中无电流流过，不起作用。因此，在实验中采用恒定电流场来模拟静电场。即通过测绘点定电流场的分布来测绘对应的静电场分布。
模拟法的要求是：仿造一个场（称为模拟场），使它的分布和静电场的分布完全一样，当用探针去探测曲势分布时，不会使电场分布发生畸变，这样就可以间接测出静电场。
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用模拟法测量静电场的方法之一是用电流场代替静电场。由电磁学理论可知电解质（或水液）中稳恒电流的电流场与电介质（或真空）中的静电场具有相似性。在电流场的无源区域中，电流密度矢量和静电场中的电场强度矢量所遵从的物理规律具有相同的数学形式，所以这两种场具有相似性。在相似的场源分布和相似的边界条件下，它们的解的表达式具有相同的数学模型。如果把连接电源的两个电极放在不良导体如稀薄溶液（或水液）中，在溶液中将产生电流场。电流场中有许多电位彼此相等的点，测出这些电位相等的点，描绘成面就是等位面。这些面也是静电场中的等位面。通常电场分布是在三维空间中，但在水液中进行模拟实验时，测出的电场是在一个水平面内的分布。这样等位面就变成了等位线，根据电力线与等位线正交的关系，即可画出电力线。这些电力线上每一点切线方向就是该点电场强度的方向。这就可以用等位线和电力线形象地表示静电场的分布了。
检测电流中各等位点时，不影响电流线的分布，测量支路不能从电流场中取出电流，因此，必须使用高内阻电压就能消除这种影响。当电极接上交流电压时，产生交流电场的瞬时值是随时间变化的，但交流电压的有效值与直流电压是等效的（见附录），所以在交流电场中用交流电压表测量有效值的等位线与直流电场中测量同值的等位线，其效果和位置完全相同。 模拟法的应用条件是“模拟场“的基本规律或所满足的数学议程要与被模拟的场完全一样，这种模拟为数学模拟。恒定电流场和静电场满足相似的偏微分方程，只要 2
《电磁场理论与电磁波》课后思考题
《电磁场理论与电磁波》课后思考题第一章 P30
1.1 如果AB=AC，是否意味着B=C？为什么？
答：否。
1.2 如果AB=AC，是否意味着B=C？为什么？
答：否。
1.3 两个矢量的点积能是负的吗？如果是，必须是什么情况？
答：能。当两个矢量的夹角θ满足(,]2πθπ时。
1.4 什么是单位矢量？什么是常矢量？单位矢量是否是常矢量？
答：单位矢量：模为1的矢量；
常矢量：大小和方向均不变的矢量（零矢量可以看做是特殊的常矢量）；
单位矢量不一定是常矢量。例如，直角坐标系中，坐标单位矢量,,xyzeee都是常矢量；圆柱坐标系中，坐标单位矢量,ρφee不是常矢量，ze是常矢量；球坐标系中，坐标单位矢量,,rθφeee都不是常矢量。
1.5 在圆柱坐标系中，矢量ρφzabcAeee，其中a、b、c为常数，则A能是常矢量吗？为什么？
答：否。因为坐标单位矢量,ρφee的方向随空间坐标变化，不是常矢量。
1.6 在球坐标系中，矢量cossinrθaθaθAee，其中a为常数，则A能是常矢量吗？为什么？
答：是。对cossinrθaθaθAee转换为直角坐标系的表示形式，化简可得22(cossin)zzaθθeaeA。
1.7 什么是矢量场的通量？通量的值为正、负或0分别表示什么意义？
答：通量的概念：dddnSSψψFSFeS（曲面S不是闭合）
ddnSSFSFeS（曲面S是闭合）
0ψ通过闭合曲面有净的矢量线穿出S内有正通量源0有净的矢量线进入，S内有负通量源0进入与穿出闭合曲面的矢量线相等，S内没有通量源 1.8 什么是散度定理？它的意义是什么？
答：散度定理：ddSVFSFV
意义：面积表示的通量=体积表示的通量
1.9 什么是矢量场的环流？环流的值为正、负或0分别表示什么意义？