大学物理-磁学复习
大学物理知识点(磁学与电磁感应)
y
Idl B
B
dF
dF
I
Idl
x L 任意闭合平面载流导线在均匀磁场中所受的力为零 。 F3 P 注：载流线圈在均匀磁 F2 M 场中所受力矩不一定为 零 B I O F 1 M Npm B en N F4
在均匀磁场中
F BIL
o
P
＊＊应用介质中安培环路定理解题方法＊＊
I 0 Bo
2R
2 IR 0 pm B 0 3 3
2x
2πx
注意：在一定的x处，磁场强弱随载流环的半径变 化，故可用求极值的方法讨论轴线某一定点处磁 场随载流环半径变化的趋势。
无限长柱面电流的磁场
无限长柱体电流的磁场
L1
r
R
I
L2
r
B
0 I
2π R
o R
r
二、磁场的基本性质
1、 感生电动势
S定
B dS i s t
方向由楞次定律判断
o
B变
2、 感生电场
B Ei dl s t dS
感生电场是涡旋场，其电场线与磁感 应强度增大的方向成左手螺旋关系。
3、 感生电场与感生电动势的计算 感生电场 ： 当变化的磁场的分布具有特殊对称性时： 1 dB Ei r (r R) 2 dt
五、磁场的能量
1、通电线圈的自感磁能 2、磁场的磁能
1 2 Wm LI 2
目前范畴内：
1 1 2 1 2 w m H B BH 2 2 2
W m V w m dV
电磁学基本物理图象
运动
电荷
激 发
电流
激 发
大学物理磁学部分复习资料..
41 磁 学基本内容一、稳恒磁场 磁感应强度1． 稳恒磁场电流、运动电荷、永久磁体在周围空间激发磁场。
稳恒磁场是指不随时间变化的磁场。
稳恒电流激发的磁场是一种稳恒磁场。
2． 物质磁性的电本质无论是永磁体还是导线中的电流，它们的磁效应的根源都是电荷的运动。
因此，磁场是运动电荷的场。
3． 磁感应强度磁感应强度B是描述磁场的基本物理量，它的作用与E 在描述电场时的作用相当。
磁场对处于其中的载流导线、运动电荷、载流线圈、永久磁体有力及力矩的作用。
可以根据这些作用确定一点处磁场的强弱和方向——磁感应强度B。
带电q 的正点电荷在磁场中以速度v运动，若在某点不受磁力，则该点磁感应强度B 的方向必与电荷通过该点的速度v平行。
当该电荷以垂直于磁感应强度B 通过该点时受磁力⊥F ，则该点磁感应强度大小qvF B ⊥=，且⊥F ，v ，B两两互相垂直并构成右手系。
二、毕奥—萨伐尔定律 运动电荷的磁场1． 磁场的叠加原理空间一点的磁感强度等于各电流单独存在时在该点产生磁感应强度的矢量和：∑=ii B B 可推广为 ⎰=B d B42B d是电流强度有限而长度无限小的电流元l d I 或电流强度无限小而空间大小不是无限小的元电流的磁场。
上式中矢量号一般不能略去，只有当各电流产生磁场方向相同时，才能去掉矢量号。
2． 毕奥—萨伐尔定律电流元l d I 在空间一点产生的磁场B d为： 304rr l d I B d πμ⨯= 大小： 02I sin(I ,r)dB 4r dl dl μπ∠=方向：B d 垂直于电流元l d I 与r 所形成的平面，且B d与l d I 、r构成右手螺旋。
3． 电流与运动电荷的关系导体中电荷定向运动形成电流，设导体截面积为S ，单位体积载流子数为n 。
每个载流子带电q ，定向运动速率为v ，则nqvS I =。
电量为q 的带电体作半径为R 、周期为T 的匀速圆周运动相当于半径为R 、电流强度T q I /=的圆电流，具有磁矩TqR I R p m 22ππ==。
大学物理电磁学综合复习试题2
2．用力F 把电容器中的电介质拉出，在图（a ）和图（b ）两种情况下，电容
器中储存的静电能量将：
A ．均减少；
B ．均增加；
C ．（a ）中减少，（b ）中增加；
D ．（a ）中增加，（b ）中减少。
3．在静电场中，高斯定理告诉我们：
A ．高斯面内不包围电荷，则面上各点E 的大小处处为零；
B ．高斯面上各点的E 只与面内电荷有关，与面外电荷无关；
C ．穿过高斯面的E 通量，仅与面内电荷有关，但与面内电荷如何分布
无关；
D ．穿过高斯面的
E 通量为零，则面上各点的E 必为零。
4．下列说法中，正确的是：
A ．初速度为零的点电荷置于静电场中，将一定沿一条电场线运动；
(a)
(b)
F
充电后仍与 电源连接
充电后与 电源断开
第2题图。
大学物理复习题
大学物理复习题（电磁学部分）一、选择题1．三个一样大小的绝缘金属小球A 、B 、C ，A 、B 两小球带有等量同号电荷，它们之间的距离远大于小球本身的直径，相互作用力为F ，若将不带电的小球C 引入，先和A 小球接触，然后和B 小球接触后移去，这时A 小球与B 小球间的相互作用力将变为： A ．F/2 B. F/4 C. F/8 D. 3F/8 2、电场中高斯面上各点的电场强度是由：A 、分布在高斯面内的电荷决定的；B 、分布在高斯面外的电荷决定的；C 、空间所有的电荷决定的；D 、高斯面内电荷代数和决定的。
3、以下说法正确的是：A 、场强为零的地方，电势一定为零；电势为零的地方，均强也一定为零。
B 、场强大小相等的地方，电势也相等，等势面上各点场强大小相等。
C 、带正电的物体，电势一定是正的，不带电的物体，电势一定等于零。
D 、沿着均场强的方向，电势一定降低。
4．关于导体有以下几种说法： A ．接地的导体都不带电。
B ．接地的导体可带正电，也可带负电。
C ．一导体的电势零，则该导体不带电。
D ．任何导体，只要它所带的电量不变，则其电势也是不变的。
5．在半径为R 的均匀带电球面上，任取面积元S ∆，则此面积元上的电荷所受的电场力应是： A 0 ； B2S σε⋅∆（σ是电荷面密度）； C22Sσε⋅∆ ； D 以上说法都不对。
6．平行板电容器在接入电源后，把两板间距拉大，则电容器的：A 电容增大；B 电场强度增大；C 所带电量增大；D 电容、电量及两板内场强都减小。
7．一个电阻，一个电感线圈和一个电容器与交流电源组成串联电路，通过电容器的电流应与下列哪一个的电压同位相A 电阻；B 电感线圈；C 电容器；D 全电路。
8．以下关于磁场的能量密度正确的是： A 、22B Bw μ=B 、012B w E B ε=⨯C 、012B w B μ=D 、22B w B μ=9．如图，长载流导线ab 和cd 相互垂直，它们相距l ，ab 固定不动，cd 能绕中点O 转动，并能靠近或离开ab ．当电流方向如图所示时，导线cd 将A ．顺时针转动同时离开ab ；B ．顺时针转动同时靠近ab ；C ．逆时针转动同时离开ab ；D ．逆时针转动同时靠近ab 。
大学物理电磁学知识点汇总
稳恒电流1.电流形成的条件、电流定义、单位、电流密度矢量、电流场（注意我们又涉及到了场的概念）2.电流连续性方程（注意和电荷守恒联系起来）、电流稳恒条件。
3.欧姆定律的两种表述（积分型、微分型）、电导、电阻定律、电阻、电导率、电阻率、电阻温度系数、理解超导现象4.电阻的计算（这是重点）。
5.金属导电的经典微观解释（了解）。
6.焦耳定律两种形式（积分、微分）。
（这里要明白一点：微分型方程是精确的，是强解。
而积分方程是近似的，是弱解。
）7.电动势、电源的作用、电源做功。
、8.含源电路欧姆定律。
9.基尔霍夫定律（节点电流定律、环路电压定律。
明白两者的物理基础。
）习题：13.19；13.20真空中的稳恒磁场电磁学里面极为重要的一章1. 几个概念：磁性、磁极、磁单极子、磁力、分子电流2. 磁感应强度（定义、大小、方向、单位）、洛仑磁力（磁场对电荷的作用）3. 毕奥-萨伐尔定律（稳恒电流元的磁场分布——实验定律）、磁场叠加原理（这是磁场的两大基本定律——对比电场的两大基本定律）4. 毕奥-萨伐尔定律的应用（重点）。
5. 磁矩、螺线管磁场、运动电荷的磁场（和毕奥-萨伐尔定律等价——更基本）6. 稳恒磁场的基本定理（高斯定理、安培环路定理——与电场对比）7. 安培环路定理的应用（重要——求磁场强度）8. 磁场对电流的作用（安培力、安培定律积分、微分形式）9. 安培定律的应用（例14.2；平直导线相互作用、磁场对载流线圈的作用、磁力矩做功）10. 电场对带电粒子的作用（电场力）；磁场对带电粒子的作用（洛仑磁力）；重力场对带电粒子的作用（引力）。
11. 三场作用叠加（霍尔效应、质谱仪、例14.4）习题：14.20，14.22，14.27，14.32，14.46，14.47磁介质（与电解质对比）1.几个重要概念：磁化、附加磁场、相对磁导率、顺磁质、抗磁质、铁磁质、弱磁质、强磁质。
（请自己阅读并绘制磁场和电场相关概念和公式的对照表）2.磁性的起源（分子电流）、轨道磁矩、自旋磁矩、分子矩、顺磁质、抗磁质的形成原理。
大学物理电磁学复习题含答案
题8-12图8-12 两个无限大的平行平面都均匀带电.电荷的面密度分别为1σ和2σ.解: 如题8-12图示.两带电平面均匀带电.电荷面密度分别为1σ与2σ.两面间. n E)(21210σσε-= 1σ面外. n E)(21210σσε+-= 2σ面外. n E)(21210σσε+=n：垂直于两平面由1σ面指为2σ面．8-13 半径为R 的均匀带电球体内的电荷体密度为ρ,若在球内挖去一块半径为r ＜R 的小球体.如题8-13图所示．试求：两球心O 与O '点的场强.并证明小球空腔内的电场是均匀的． 解: 将此带电体看作带正电ρ的均匀球与带电ρ-的均匀小球的组合.见题8-13图(a)．(1) ρ+球在O 点产生电场010=E.ρ-球在O 点产生电场dπ4π3430320r E ερ= ∴ O 点电场d33030r E ερ= ； (2) ρ+在O '产生电场'dπ4d 3430301E ερπ=' ρ-球在O '产生电场002='E∴ O ' 点电场 003ερ='E OO题8-13图(a) 题8-13图(b)(3)设空腔任一点P 相对O '的位矢为r'.相对O 点位矢为r (如题8-13(b)图)则 03ερrEPO=. 03ερr E O P '-=' ,∴ 0003'3)(3ερερερd OO r r E E E OP PO P=='-=+='∴腔内场强是均匀的．8-14 一电偶极子由q =1.0×10-6C .两电荷距离d=0.2cm.把这电偶极子放在1.0×105N ·C -1.解: ∵ 电偶极子p在外场E 中受力矩E p M⨯=∴ qlE pE M ==max 代入数字4536max 100.2100.1102100.1---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯=M m N ⋅8-15 两点电荷1q =1.5×10-8C.2q =3.0×10-8C.相距1r =42cm.要把它们之间的距离变为2r =25cm.需作多少功?解: ⎰⎰==⋅=22210212021π4π4d d r r r r q q r r q q r F A εε )11(21r r - 61055.6-⨯-=J外力需作的功 61055.6-⨯-=-='A A J题8-16图8-16 如题8-16图所示.在A .B 两点处放有电量分别为+q ,-q 的点电荷.AB 间距离为2R .现将另一正试验点电荷0q 从O 点经过半圆弧移到C 点.解: 如题8-16图示0π41ε=O U 0)(=-R q Rq0π41ε=O U )3(R q R q -R q0π6ε-=∴ Rqq U U qA o C O 00π6)(ε=-=8-17 如题8-17图所示的绝缘细线上均匀分布着线密度为λ的正电荷,两直导线的长度和半圆环的半径都等于R ．试求环中心O解: (1)由于电荷均匀分布与对称性.AB 和CD 段电荷在O 点产生的场强互相抵消.取θd d R l =则θλd d R q =产生O 点Ed 如图.由于对称性.O 点场强沿y 轴负方向题8-17图θεθλππcos π4d d 2220⎰⎰-==R R E E yR0π4ελ=［)2sin(π-2sin π-］R0π2ελ-=(2) AB 电荷在O 点产生电势.以0=∞U⎰⎰===AB200012ln π4π4d π4d RRx x xxU ελελελ 同理CD 产生 2ln π402ελ=U 半圆环产生 0034π4πελελ==R R U∴ 0032142ln π2ελελ+=++=U U U U O8-18 一电子绕一带均匀电荷的长直导线以2×104m ·s -1的匀速率作圆周运动．求带电直线上的线电荷密度．(电子质量0m =9.1×10-31kg.电子电量e =1.60×10-19C) 解: 设均匀带电直线电荷密度为λ.在电子轨道处场强 rE 0π2ελ=电子受力大小 re eE F e0π2ελ==∴ rv mr e 20π2=ελ得 1320105.12π2-⨯==emv ελ1m C -⋅8-19 空气可以承受的场强的最大值为E =30kV ·cm -1.超过这个数值时空气要发生火花放电．今有一高压平行板电容器.极板间距离为d =0.5cm.解: 平行板电容器内部近似为均匀电场 ∴ 4105.1d ⨯==E U V8-20 根据场强E与电势U 的关系U E -∇= .求下列电场的场强：(1)点电荷q 的电场；(2)总电量为q .半径为R 的均匀带电圆环轴上一点；*(3)偶极子ql p =的l r >>处(见题8-20图)解: (1)点电荷 rqU 0π4ε=题 8-20 图∴ 0200π4r r q r r U E ε=∂∂-= 0r为r 方向单位矢量． (2)总电量q .半径为R 的均匀带电圆环轴上一点电势220π4x R qU +=ε∴ ()ix R qxi xU E 2/3220π4+=∂∂-=ε(3)偶极子l q p=在l r >>处的一点电势200π4cos ])cos 21(1)cos 2(1[π4r ql llr qU εθθθε=+--=∴ 30π2cos r p r U Erεθ=∂∂-= 30π4sin 1r p U r E εθθθ=∂∂-=8-21 证明：对于两个无限大的平行平面带电导体板(题8-21图)来说.(1)相向的两面上.电荷的面密度总是大小相等而符号相反；(2)相背的两面上. 证: 如题8-21图所示.设两导体A 、B 的四个平面均匀带电的电荷面密度依次为1σ.2σ.3σ.4σ题8-21图(1)则取与平面垂直且底面分别在A 、B 内部的闭合柱面为高斯面时.有0)(d 32=∆+=⋅⎰S S E sσσ∴ +2σ03=σ说明相向两面上电荷面密度大小相等、符号相反；(2)在A 内部任取一点P .则其场强为零.并且它是由四个均匀带电平面产生的场强叠加而成的.即222204321=---εσεσεσεσ 又∵ +2σ3=σ∴ 1σ4σ=说明相背两面上电荷面密度总是大小相等.符号相同．8-22 三个平行金属板A .B 和C 的面积都是200cm 2.A 和B 相距4.0mm.A 与C 相距2.0 mm ．B .C 都接地.如题8-22图所示．如果使A 板带正电3.0×10-7C.略去边缘效应.问B 板和C 板上的感应电荷各是多少?以地的电势为零.则A 板的电势是多少?解: 如题8-22图示.令A 板左侧面电荷面密度为1σ.右侧面电荷面密度为2σ题8-22图(1)∵ AB AC U U =.即 ∴ AB AB AC AC E E d d = ∴ 2d d21===ACAB AB AC E E σσ 且 1σ+2σSq A =得 ,32Sq A =σ Sq A 321=σ而 7110232-⨯-=-=-=A Cq S qσCC10172-⨯-=-=S q B σ (2)301103.2d d ⨯===AC AC AC A E U εσV8-23 两个半径分别为1R 和2R （1R ＜2R )的同心薄金属球壳.现给内球壳带电+q .(1)(2)先把外球壳接地.然后断开接地线重新绝缘.*(3)再使内球壳接地.解: (1)内球带电q +；球壳内表面带电则为q -,外表面带电为q +.且均匀分布.其电势题8-23图⎰⎰∞∞==⋅=22020π4π4d d R R R q rr q r E U εε (2)外壳接地时.外表面电荷q +入地.外表面不带电.内表面电荷仍为q -．所以球壳电势由内球q +与内表面q -产生：0π4π42020=-=R q R q U εε(3)设此时内球壳带电量为q '；则外壳内表面带电量为q '-.外壳外表面带电量为+-q q ' (电荷守恒).此时内球壳电势为零.且π4'π4'π4'202010=+-+-=R q q R q R q U A εεε 得 q R R q 21=' 外球壳上电势()22021202020π4π4'π4'π4'R q R R R q q R q R q U B εεεε-=+-+-=8-24 半径为R 的金属球离地面很远.并用导线与地相联.在与球心相距为R d 3=处有一点电荷+q .试求：金属球上的感应电荷的电量．解: 如题8-24图所示.设金属球感应电荷为q '.则球接地时电势0=O U8-24图由电势叠加原理有：=O U 03π4π4'00=+Rq R q εε 得 -='q 3q8-25 有三个大小相同的金属小球.小球1.2带有等量同号电荷.相距甚远.其间的库仑力为0F ．试求： (1)用带绝缘柄的不带电小球3先后分别接触1.2后移去.小球1.2之间的库仑力； (2)小球3依次交替接触小球1.2很多次后移去.小球1.2 解: 由题意知 202π4r q F ε=(1)小球3接触小球1后.小球3和小球1均带电2q q =',小球3再与小球2接触后.小球2与小球3均带电q q 43=''∴ 此时小球1与小球2间相互作用力00220183π483π4"'2F rqr q q F =-=εε (2)小球3依次交替接触小球1、2很多次后.每个小球带电量均为32q .∴ 小球1、2间的作用力00294π432322F r qq F==ε *8-26 如题8-26图所示.一平行板电容器两极板面积都是S.相距为d .分别维持电势A U =U .B U =0不变．现把一块带有电量q 的导体薄片平行地放在两极板正中间.片的面积也是S.片的厚度略去不计．求导体薄片的电势．解: 依次设A ,C ,B 从上到下的6个表面的面电荷密度分别为1σ.2σ.3σ.4σ,5σ,6σ如图所示．由静电平衡条件.电荷守恒定律及维持U U AB =可得以下6个方程题8-26图⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧++++==+=+-==+=+===+65432154326543002101σσσσσσσσσσεσσσσεσσd U S qSq d U U C S S q B A解得 Sq 261==σσSq dU2032-=-=εσσ Sq dU2054+=-=εσσ所以CB 间电场 S qd U E00422εεσ+==)2d(212d 02Sq U E U U CB C ε+===注意：因为C 片带电.所以2U U C ≠.若C 片不带电.显然2U U C =8-27 在半径为1R 的金属球之外包有一层外半径为2R 的均匀电介质球壳.介质相对介电常数为r ε.金属球带电Q ．试求： (1)电介质内、外的场强；(2)电介质层内、外的电势； (3)金属球的电势．解: 利用有介质时的高斯定理∑⎰=⋅q S D Sdrd r d ⋅+⋅=⎰⎰∞∞rrE E U 外内(1)介质内)(21R r R <<场强303π4,π4r rQ E r r Q D r εε ==内;介质外)(2R r <场强303π4,π4r rQ E r Qr D ε==外(2)介质外)(2R r >电势rQ E U 0rπ4r d ε=⋅=⎰∞外介质内)(21R r R <<电势2020π4)11(π4R Q R r q rεεε+-=)11(π420R r Q r r-+=εεε (3)金属球的电势r d r d 221⋅+⋅=⎰⎰∞R R R E E U 外内⎰⎰∞+=222020π44πdr R R Rr r Qdr rQ εεε)11(π4210R R Q r r-+=εεε 8-28 如题8-28图所示.在平行板电容器的一半容积内充入相对介电常数为r ε的电介质．试求：在有电介质部分和无电介质部分极板上自由电荷面密度的比值．解: 如题8-28图所示.充满电介质部分场强为2E .真空部分场强为1E.自由电荷面密度分别为2σ与1σ由∑⎰=⋅0d q S D得11σ=D .22σ=D而 101E D ε=,202E D r εε=d21U E E == ∴r D D εσσ==1212题8-28图 题8-29图8-29 两个同轴的圆柱面.长度均为l .半径分别为1R 和2R (2R ＞1R ).且l >>2R -1R .两柱面之间充有介电常数ε的均匀电介质.当两圆柱面分别带等量异号电荷Q 和-Q 时.求：(1)在半径r 处(1R ＜r ＜2R ＝.厚度为dr.长为l 的圆柱薄壳中任一点的电场能量密度和整个薄壳中的电场能量；(2)电介质中的总电场能量； (3)圆柱形电容器的电容． 解: 取半径为r 的同轴圆柱面)(S 则 rlDS D S π2d )(=⋅⎰当)(21R r R <<时.Q q =∑ ∴ rlQ D π2= (1)电场能量密度 22222π82l r Q D w εε==薄壳中 rlrQ rl r l r Q w Wεευπ4d d π2π8d d 22222===(2)电介质中总电场能量⎰⎰===211222ln π4π4d d R R VR R l Q rl r Q W W εε(3)电容：∵ CQ W 22=∴ )/ln(π22122R R lW Q C ε==*8-30 金属球壳A 和B 的中心相距为r .A 和B 原来都不带电．现在A 的中心放一点电荷1q .在B 的中心放一点电荷2q .如题8-30图所示．试求： (1) 1q 对2q 作用的库仑力.2q 有无加速度；(2)去掉金属壳B .求1q 作用在2q 上的库仑力.此时2q 有无加速度． 解: (1)1q 作用在2q 的库仑力仍满足库仑定律.即2210π41r q q F ε=但2q 处于金属球壳中心.它受合力．．为零.没有加速度． (2)去掉金属壳B .1q 作用在2q 上的库仑力仍是2210π41r q q F ε=.但此时2q 受合力不为零.有加速度．题8-30图 题8-31图8-31 如题8-31图所示.1C =0.25μF.2C =0.15μF.3C =0.20μF ．1C 上电压为50V ．求：AB U ． 解: 电容1C 上电量111U C Q =电容2C 与3C 并联3223C C C += 其上电荷123Q Q = ∴ 355025231123232⨯===C U C C Q U86)35251(5021=+=+=U U U AB V8-32 1C 和2C 两电容器分别标明“200 pF 、500 V”和“300 pF、900 V”.把它们串联起来后等值电容是多少?如果两端加上1000 V .是否会击穿?解: (1) 1C 与2C 串联后电容1203002003002002121=+⨯=+='C C C C C pF(2)串联后电压比231221==C C U U .而100021=+U U∴ 6001=U V ,4002=U V 即电容1C 电压超过耐压值会击穿.然后2C 也击穿．8-33 将两个电容器1C 和2C 充电到相等的电压U 以后切断电源.再将每一电容器的正极板与另一电容器的负极板相联．试求：(1)每个电容器的最终电荷； (2)电场能量的损失．解: 如题8-33图所示.设联接后两电容器带电分别为1q ,2q题8-33图 则⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧==-=-=+2122112121201021U U U C U C q q U C U C q q q q解得 (1) =1q U C C C C C q U C C C C C 21212221211)(,)(+-=+-(2)电场能量损失W W W -=∆0)22()2121(2221212221C q C q U C U C +-+= 221212U C C C C +=8-34 半径为1R =2.0cm 的导体球.外套有一同心的导体球壳.壳的内、外半径分别为2R =4.0cm 和3R =5.0cm.当内球带电荷Q =3.0×10-8C .求：(1)整个电场储存的能量；(2)如果将导体壳接地.计算储存的能量；(3)此电容器的电容值．解: 如图.内球带电Q .外球壳内表面带电Q -.外表面带电Q题8-34图(1)在1R r <和32R r R <<区域0=E在21R r R <<时 301π4r r Q E ε = 3R r >时 302π4r r Q E ε = ∴在21R r R <<区域⎰=21d π4)π4(21222001R R r r r Q W εε⎰-==21)11(π8π8d 2102202R R R R Q rr Q εε 在3R r >区域⎰∞==32302220021π8d π4)π4(21R R Q r r r Q W εεε ∴ 总能量 )111(π83210221R R R Q W W W +-=+=ε 41082.1-⨯=J(2)导体壳接地时.只有21R r R <<时30π4r r Q E ε =,02=W ∴ 4210211001.1)11(π8-⨯=-==R R Q W W ε J (3)电容器电容 )11/(π422102R R Q W C-==ε 121049.4-⨯=F。
大学物理期末复习磁学部分
二、磁通量 磁场的高斯定理
(一) 磁通量 1.定义:通过磁场中某一曲面的磁感应线
的数目，定义为磁通量，用Ф表示。
2、计算（先考虑匀强场中的平面） b. S 跟B成 角 a. S垂直B
m BS
4
R
1 5 Pm kR 5
方向：垂直盘面向外
M Pm B
1 M kR 5 B 所以大小 5
方向 向上
圆弧形电流在圆心处的磁场是什么结果？
I
B0 2 R 2
0 I
o
R
方向： 注：仍可由右手螺旋法则或毕萨定律判 定方向！
思考其它几种典型电流激发的磁场
（1） R I
B0
0 I
4R
（3）
o （2） I
R
0 I BA 4π d
d *A
R1
R2
I
B0
o
0 I
8R
（4） I
B
n B
n
（二）磁场的高斯定理
1、内容
通过任意闭合曲面的磁通量必等于零。
B dS 0
2、解释
S
磁感应线是闭合的，因此 有多少条磁感应线进入闭 合曲面，就一定有多少条 磁感应线穿出该曲面。
S
B
B
3、说明
•磁场是无源场； 电场是有源场 •磁极相对出现，不存在磁单极； 单独存在正负电荷 人类对磁单极的探寻从未停止，一旦发现磁单极，将 改写电磁理论。
•受力情况
F3
M
I
P
N F4
大学物理复习题(电磁学)(DOC)
【课后习题】 第12章 一、填空题1、两个大小完全相同的带电金属小球，电量分别为2q 和－1q ，已知它们相距为r 时作用力为F ，则将它们放在相距3r 位置同时其电量均减半，相互作用力大小为____1/36________F 。
2、电场强度可以叙述为电场中某一点上单位正电荷所受的_____电场力___________；电场中某一点的电势可以叙述为：单位正电荷在该点所具有的__电势能_________。
3、真空环境中正电荷q 均匀地分布在半径为R 的细圆环上，在环环心O 处电场强度为____0________，环心的电势为__R q o πε4/_________。
4、高斯定理表明磁场是 无源 场,而静电场是有源场。
任意高斯面上的静电场强度通量积分结果仅仅取决于该高斯面内全部电荷的代数和。
现有图1-1所示的三个闭合曲面S 1、S 2、S 3，通过这些高斯面的电场强度通量计算结果分别为：⎰⎰⋅=Φ11S SE d ,⎰⎰⋅=Φ22S S E d ,⎰⎰⋅=Φ33S SE d ，则Φ1=___o q ε/_______;Φ2+Φ3=___o q ε/-_______。
5、静电场的场线只能相交于___电荷或无穷远________。
6、两个平行的无限大均匀带电平面，其电荷面密度分别如图所示，则A 、B 、C 三个区域的电场强度大小分别为：E A =_o εσ/4________；E B =_o εσ/________；E C =__o εσ/4_______。
7、由一根绝缘细线围成的边长为l 的正方形线框，使它均匀带电，其电荷线密度为λ，则在正方形中心处的电场强度的大小E ＝____0____________．8、初速度为零的正电荷在电场力的作用下,总是从__高____电势处向_低____电势处运动。
9、静电场中场强环流为零，这表明静电力是__保守力_________。
10、如图所示，在电荷为q 的点电荷的静电场中，将一电荷为q 0的试验电荷从a 点经任意路径移动到b 点，外力所作的功 W ＝___⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-12114r r Qq πε___________．11、真空中有一半径为R 的均匀带电半园环，带电量为Q ，设无穷远处为电势零点，则圆心O 处的电势为___R Q 04πε_________；若将一带电量为q 的点电荷从无穷远处移到O 点，电场力所作的功为__RqQ04πε__________。
大学物理电磁学
大学物理电磁学
第一章：静止电荷的电场
讲授内容：电荷、库仑定律、电场和电场强度以及场强叠加原理、电场线和电通量、高斯定律、利用高斯定律求静电场的分布基本要求：掌握静电场场强的概念及其叠加原理、能求解连续带电体的场强分布；理解用高斯定理律计算电场的条件和方法本章重点：电场强度的矢量叠加性、高斯定律
本章难点：微积分的应用
1.库仑定律
注意：矢量符号的印刷体以黑体加粗表示，手写书写体时必须带上标箭头。
2. 叠加原理：两个以上的点电荷对一个点电荷的作用力等于各个点电荷。
单独存在时对该点电荷的作用的矢量和。
3.电场：是电荷周围空间里存在的一种特殊物质。
4.电场强度：是用来表示电场的强弱和方向的物理量，下面是定义式。
5.电场线：是为了直观形象地描述电场分布而在电场中引入的一些假想的曲线。
电场线的特性：
a.始于由正电荷，止于负电荷；
b.电场线不相交；
c.静电场线不闭合；
（曲线上每一点的切线方向为电场方向；电场线的疏密程度代表场强大小）
6.电通量：通过电场中某一个面的电场线数叫做通过这个面的电场强度通量。
注：一般规定由内向外的方向为各处面元法向的正方向。
7.高斯定律：
8.电偶极子：电偶极子由等量异号电荷构成，电偶极矩方向由负电荷指向正电荷。
大学物理电磁学基础知识点汇总
大学物理电磁学基础知识点汇总一、电场1、库仑定律库仑定律描述了真空中两个静止点电荷之间的相互作用力与它们电荷量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向沿着它们的连线。
其表达式为：＄F ＝ k\frac{q_1q_2}｛r^2}＄，其中$k$为库仑常量，＄q_1$和$q_2$为两个点电荷的电荷量，＄r$为它们之间的距离。
2、电场强度电场强度是描述电场力的性质的物理量，定义为单位正电荷在电场中所受到的力。
其表达式为：＄E ＝＼frac{F}｛q}＄。
对于点电荷产生的电场，其电场强度的表达式为：＄E ＝ k\frac{q}｛r^2}＄，方向沿径向向外（正电荷）或向内（负电荷）。
3、电场线电场线是用来形象地描述电场的一种工具。
电场线的疏密表示电场强度的大小，电场线的切线方向表示电场强度的方向。
静电场的电场线不闭合，始于正电荷或无穷远，终于负电荷或无穷远。
4、电通量电通量是通过某一面积的电场线条数。
对于匀强电场，通过平面的电通量为：＄＼Phi ＝ ES\cos\theta$，其中$E$为电场强度，＄S$为平面面积，＄＼theta$为电场强度与平面法线的夹角。
5、高斯定理高斯定理表明，通过闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的电荷量的代数和除以$＼epsilon_0$。
即：＄＼oint_S E\cdot dS ＝＼frac{1}｛＼epsilon_0}＼sum q$。
高斯定理是求解具有对称性电场分布的重要工具。
二、电势1、电势电势是描述电场能的性质的物理量，定义为把单位正电荷从电场中某点移动到参考点（通常取无穷远处）时电场力所做的功。
某点的电势等于该点到参考点的电势差。
点电荷产生的电场中某点的电势为：＄V ＝ k\frac{q}｛r}＄。
2、等势面等势面是电势相等的点构成的面。
等势面与电场线垂直，沿电场线方向电势降低。
3、电势差电场中两点之间的电势之差称为电势差，也称为电压。
其表达式为：＄U_{AB} ＝ V_A V_B$。
大学物理电磁学知识点
大学物理电磁学知识点磁感应强度(magneticfluxdensity)，描述磁场强弱和方向的物理量，是矢量，常用符号B表示，国际通用单位为特斯拉(符号为T)。
磁感应强度也被称为磁通量密度或磁通密度。
在物理学中磁场的强弱使用磁感应强度来表示，磁感应强度越大表示磁感应越强；磁感应强度越小，表示磁感应越弱。
磁感应强度的定义公式磁感应强度公式B=F/(IL)磁感应强度是由什么决定的磁感应强度的大小并不是由F、I、L来决定的，而是由磁极产生体本身的属性。
如果是一块磁铁，那么B的大小之和这块磁铁的大小和磁性强弱有关。
如果是电磁铁，那么B与I、匝数及有无铁芯有关。
物理网很多文章都建议同学们采用类比的方法来理解各个物理量。
我们用电阻R来做个对比。
R的计算公式是R=U/I；可一个导体的电阻R大小并不是由U或者I来决定的。
而是由其导体自身属性决定的，包括电阻率、长度、横截面积。
同样，磁感应强度B也不是由F、I、L来决定的，而是由磁极产生体本身的属性。
如果同学们有时间，可以把静电场中电容的两个公式来对比着复习、巩固下。
B为矢量，方向与磁场方向相同，并不是在该处电流的受力方向，运算时遵循矢量运算法则(左手定则)。
描述磁感应强度的磁感线在磁场中画一些曲线，用(虚线或实线表示)使曲线上任何一点的切线方向都跟这一点的磁场方向相同(且磁感线互不交叉)，这些曲线叫磁感线。
磁感线是闭合曲线。
规定小磁针的北极所指的方向为磁感线的方向。
磁铁周围的磁感线都是从N极出来进入S极，在磁体内部磁感线从S极到N极。
磁感线都有哪些性质呢⒈磁感线是徦想的，用来对磁场进行直观描述的曲线，它并不是客观存在的。
⒉磁感线是闭合曲线；磁铁的磁感线，外部从N指向S，内部从S指向N；⒊磁感线的疏密表示磁感应强度的强弱，磁感线上特定点的切线方向表示该点的磁场方向。
⒋任何两条磁感线都不会相交，也不能相切。
磁感线(不是磁场线)的性质与电场线的性质对比来记忆。
磁感应强度B的所有计算式磁感应强度B=F/IL磁感应强度B=F/qv磁感应强度B=ξ/Lv磁感应强度B=Φ/S磁感应强度B=E/v其中，F：洛伦兹力或者安培力q：电荷量v：速度ξ：感应电动势E：电场强度Φ：磁通量S：正对面积磁通量磁通量是闭合线圈中磁感应强度B的累积。
大学物理专业电磁学知识点1.1-1.2
静电场一：静电的基本现象和基本规律两种电荷：正电荷，负电荷电荷的性质：同种电荷相互吸引，异种电荷相互排斥。
中和：正负电荷互相完全抵消的状态。
（1.）电荷守恒定律：电荷既不能被制造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，也就是说在任何物理过程中，电荷的代数和是守恒的。
元电荷：一个质子或一个电子所带电荷量的绝对值。
1910602.1e -⨯=（2.）库仑定律：在真空中两个静止的点电荷21q q ，之间的互相作用力的大小，和21q q ，的乘积成正比，和它们之间的距离r 的平方成反比，作用力的方向沿着它们的连线。
12212211222112e rq q k e r q q k ==F F （K 为比例系数）在MKSA 单位制中，将K 写成041k πε=，0ε：真空介电常量，）（22120m /108085∙⨯=-N C ε即： 229/1099.8k C m N ∙⨯=MKSA 单位制中长度（L ）、质量（M ）时间（T ）电流强度（I ）为基本量二：电场、电场强度（1.）电场强度定义：某处电场强度矢量定义为这样一个矢量，其大小等于单位电荷在该处所受电场力的大小，其方向与正电荷在该处所受电场力的方向一致。
电场的基本性质：对于处在其中的任何其他电荷都有作用力，称为电场力。
（2.）场强的表达式：电场强度 0q F E = 单位N/C 或V/M 例1: 点电荷q 所产生的电场中各点的电场强度e r q 4120 πε=E （3.）电场强度叠加原理：点电荷组所产生的电场在某点的场强等于各点电荷单独存在时所产生的的电场在该点场强的矢量叠加。
k 21E E E E +⋅⋅⋅++=（4.）连续性电荷分布：r q20e r 4dq ⎰=πεE 离散型电荷分布：rn k 1n 2n 0n e r 4q ∑==πεE 例2： 电偶极子在P 和P ’处的场强解：方向：水平向右 方向：沿X 轴负方向 p 点处P ’点处（5.）电荷的连续分布：1.电荷体密度：vq lim 0v e ∆=∑→∆ρ 2.电荷面密度：sq lim 0s e ∆∆=→∆σ 3.电荷线密度：Lq lim 0L e ∆∆=→∆η 例3： 均匀带电细棒中垂面上的场强分布，棒长2L ，总带电荷量为q 。
大学物理磁学部分复习
3. 磁场强度矢量： H = 磁场强度矢量：
B
µ0
−M B = B
对于各向同性磁介质ห้องสมุดไป่ตู้ 对于各向同性磁介质：H = 4. H的环路定理 的环路定理: 的环路定理
µ0 µr
µ
∫
L
H ⋅ dr =∑ I0int
三、电磁感应 1. 法拉第电磁感应定律： 法拉第电磁感应定律： dψ ε =− , 其中ψ＝NΦ dt b 2. 动生电动势： ε ab = ∫ (v × B) ⋅ dl 动生电动势：
a
3. 感生电动势和感生电场： 感生电动势和感生电场： dΦ ∂B ε = ∫ Ei ⋅ dl = − = −∫ ⋅ dS L s ∂t dt 4. 互感： 互感： Ψ21 Ψ12 = 互感系数: 互感系数 M = i1 i2
Ψ21 Ψ12 互感系数: 互感系数 M = = i1 i2 di 互感电动势: 互感电动势 ε 21 = −M dt
3 d= a,θ1 = 300 ,θ 2 = 1500 3 9µ0 I ∴ BO = 4πa
1
a
a
均匀带电圆盘(R, 电荷面密度σ)，绕过圆 电荷面密度σ ， 例15.均匀带电圆盘 点的B=? 心Ｏ且垂直盘面的轴转动(ω), 求Ｏ点的 且垂直盘面的轴转动 ω 解: 转动 形成圆电流 可看作一 转动, 形成圆电流.
两个同心导体圆线圈(R,I), (R,I),分别竖直和水平 例9.两个同心导体圆线圈(R,I),分别竖直和水平 放置,则圆心O处的B 放置,则圆心O处的BO=_______ (A) µ0 I (B) µ0 I √ (C) 2µ0 I
R 2R
2R
(D) µ0 I
4R
B
B=
µ0 I
大学物理期末复习习题-电磁学.docx
电磁学：（20学时，44题）弟一早1.两个点电荷分別带电q和2g,相距/,试问将第三个点电荷方在何处它所受的合力为零？2.两个带电都是q的点电荷，相距/,连线中点为O；现将另一点电荷Q放置在连线中垂面上距O点x处。
（1）试求点电荷Q所受的力；（2）若点电荷Q开始是静止的，然后让它自由运动，试问它将如何运动？分别就0和g同号以及异号两种情况加以讨论。
3.如图，把电偶极矩为p二/的电偶极子放在点电荷Q的电场中，电偶极子的中心O 到Q的距离为r,设「》1。
试求：p//QO（图（a））和卩丄QO （图（b））时电偶极子所受的力和力矩。
% ----- 丄。
2_ ----- ,H --- -- 1 H ----- r-- H<•>（b）第3题4.如图为一种电四极子，它由两个相同的电偶极子卩二"组成，这两个电偶极子在同一直线上，但方向相反，他们的负电荷重合在一起。
试证明在它们的延长线上离中心（即负电荷所在处）厂出卩点的场强为E = ^—（当厂>>/时），式中的Q = 2ql24码厂叫做电四极矩。
卄一为p•••具T -----------第4题5.半径为/?的半球面上均匀带电，电荷面密度为（7。
试求面心处的电场强度。
6.一无限大均匀带电平面，电荷的面密度为（T,其上挖去一半径为R的圆洞。
试求洞的轴线上离洞心为厂处的电场强度。
7.如图，电荷分布在内半径为d外半径为b的球壳体内，电荷体密度为p = A/r f式中4是常数，厂是壳体内某一点到球心的距离。
今在球心放一个点电荷Q,为使球壳体内各处电场强度的大小都相等试求4的值。
第7题8.如图为一无限长带电体系，其横截面由两个半径分别为&和R2的圆相交而成，两圆中心相距为a, a<(R1+R2),半径为&的区域内充满电荷体密度为p的均匀正电荷，半径为R2的区域内充满电荷体密度为-P的均匀负电荷，试求重叠区域内的电场强度。
大学物理电磁学知识点
大学物理电磁学知识点物理电磁学是物理学的一门重要分支，研究电磁力及其相互作用的现象和规律。
以下是大学物理电磁学的一些主要知识点：1.电场和电荷：电场是由电荷产生的，通过电场中的电荷之间的相互作用来描述电荷之间的力。
电荷分为正电荷和负电荷，同性电荷相斥，异性电荷相吸。
2.高斯定理：高斯定理是电场的一个重要性质，它描述了电场通量通过任何闭合曲面的总和与该曲面内的电荷量之间的关系。
即电场通量等于包围在闭合曲面内的电荷的总和的1/ε0倍（ε0为真空介电常数）。
3.电势：电势是描述电场中电荷的位置所具有的属性，用来描述电荷在电场中的状态和能量。
电势的单位是伏特。
电势差是指电势的差异，表示两点之间移动单位正电荷所需的能量。
4.电场强度：电场强度描述了电场中的力的大小和方向，在电荷附近的任意一点，电场强度的方向是从正电荷向负电荷方向，大小与距离平方成反比。
5.电荷的分布：电荷在不同情况下的分布形式不同，可以是点电荷、线电荷、面电荷或体电荷。
6.静电场：静电场是指电荷分布不随时间变化的电场，可以通过库仑定律来描述。
库仑定律描述了两个点电荷之间的电场强度和电势能之间的关系。
7.电介质：电介质是一种介质，具有不良导电性，可以极大地改变电场的分布，如绝缘体和电容器中的介质。
8.安培定律：安培定律描述了通过一个闭合回路的电流与围绕该回路的磁场之间的关系。
根据安培定律，磁场的强度与电流成正比，与回路周长成反比。
9.磁感应强度：磁感应强度是描述磁场的一种性质，它表示单位面积内磁场通过的磁感线数量。
磁感应强度的单位是特斯拉。
10.法拉第电磁感应定律：法拉第电磁感应定律描述了磁场变化时感生电动势的大小和方向。
当磁感线与回路交替或相对运动时，感生电动势将产生。
11.楞次定律：楞次定律描述了电流和磁场之间的相互作用，它表明感生电动势的方向总是使产生感生电动势的磁场的变化减弱。
12.麦克斯韦方程组：麦克斯韦方程组是描述电磁场的四个基本方程，包括高斯定律、法拉第电磁感应定律、安培定律和法拉第定律。
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螺旋时, L 成右螺旋时,
恒定电流 a,通电螺线管 , 选回路 电流
L
.
v 磁场 B 的方向与
成右螺旋. I 成右螺旋
M N +++ + + + ++++++ L O P
v B
v v v v v v v v v v ∫ B d l = ∫ B d l + ∫ B d l + ∫ B d l +∫ B d l
o
P L
x
恒定电流 3,线圈所受磁力矩: 线圈所受磁力矩:
r r v M = IS e n × B
4,载流线圈在磁场中转动时磁场力做功
W = IΦm
恒定电流
(四)磁介质: 磁介质:
(1)顺磁性介质: 介质磁化后呈弱磁性. )顺磁性介质: 介质磁化后呈弱磁性. 附加磁场B 与外场B 同向. 附加磁场 ′与外场 0同向. B> B0 (2)抗磁性介质: )抗磁性介质: 附加磁场B′与外场B0反向. B< B0 附加磁场 ′与外场 反向. 附加磁场B′与外场 同向. 附加磁场 ′与外场B0同向. B >> B0 , r > 1 , r < 1 介质磁化后呈弱磁性. 介质磁化后呈弱磁性.
BP 2 = 0
o
r
* P1
* P2
恒定电流 (1) I (2 ) R o (3) I ) R o R o
v B0
I
B0 =
0I
2R
R o x *
0 IR
2 2 2 3
v B
x
I
B0 =
0 I
4R
B=
I
(x + R )2 2
B0 =
0 I
8R
B=
θ
R
0 Iθ
4π R
恒定电流 2,安培环路定理 ,
v v ∫ H dl = ∑ I
L
v 磁场强度 H v v B H=
0 r
恒定电流 2. 有介质存在时的高斯定理
v v 磁介质在磁化后, 磁介质在磁化后,由于外磁场 B0 和附加磁场 B′ 都属于涡旋场.因此,在有磁介质存在时, 都属于涡旋场.因此,在有磁介质存在时,磁场中 的高斯定理仍成立. 的高斯定理仍成立.
恒定电流
磁学总结
(一)磁场的描述
1,磁感应线(B线): 磁感应线( 线 2
v 磁感强度B
的定义
Fmax 大小: 大小: B = q0 v
r r 方向: 方向: F × V
恒定电流
(二)电流元在空间产生的磁场
v v v 0 Idl × r 1, , dB = 3 4π r
D θ2
毕奥—萨伐尔定律 毕奥 萨伐尔定律
n v v ∫ B dl = 0 ∑ I i i =1
一闭合路径的积分的值, 一闭合路径的积分的值,等于 所包围的各电流的代数和. 所包围的各电流的代数和. 注意
v 即在真空的稳恒磁场中, 即在真空的稳恒磁场中,磁感应强度 B 沿任
0 乘以该闭合路径
I
正负的规定 电流 I 正负的规定 :I 与 之为负 为正;反之为负.
l MN NO OP PM
B = 0 nI
恒定电流 b 求载流螺绕环内的磁场 为零. 为零
v v 线为同心圆, 解 1) 对称性分析;环内 B 线为同心圆,环外 B ) 对称性分析;
2)选回路 . )
v v ∫l B d l = 2π RB = 0 NI
B=
d
0 NI
2π R
R
恒定电流 c 无限长载流圆柱面的磁场
z
I
B=
o
xபைடு நூலகம்
C
(cosθ1 cosθ2) 4πr
0 I
θ1
P y
恒定电流 无限长载流长直导线的磁场 I I
X
B=
0I
2π r
B
B
电流与磁感强度成右螺旋关系 电流与磁感强度成右螺旋关系 半无限长载流长直导线的磁场 半无限长载流长直导线的磁场
π θ1 → θ2 → π 2
B P1 =
0I
4πr
I
θ1 → π θ2 → π
L1
r
R
0 I
2π R
B
I
L2
解
r
o R r
B=0 0I
2π r
v v 0 < r < R, ∫ B d l = 0
l
v v r > R, ∫ B d l = 0 I
l
B=
恒定电流 无限长载流圆柱体 长载流圆柱体(电流 例4 无限长载流圆柱体 电流 均匀分布)的磁场 均匀分布 的磁场 解 1)对称性分析 2)选取回路 ) )
(3)铁磁性介质: 介质磁化后呈强磁性. )铁磁性介质: 介质磁化后呈强磁性. ,
r >> 1
(4)完全抗磁体:( r =0): B =0,磁介质内 )完全抗磁体: ): , 的磁场等于零(如超导体) 的磁场等于零(如超导体).
恒定电流 1.有介质存在时的安培环路定理 1.有介质存在时的安培环路定理
v v B dS = 0 ∫
S
�
I
R R
v v r>R ∫l B d l = 0 I 0 I 2π rB = 0 I B = 2π r 2 v v πr 0 < r < R ∫ B d l = 0 2 I l πR 2 0r 0 Ir 2π rB = 2 I B= 2 R 2π R
L
r
v B
恒定电流 三, 带电粒子在磁场中所受的力 1,磁场力(洛仑兹力) ,磁场力(洛仑兹力)
v v v Fm = qv × B
霍耳效应 -- - - - - - - - - - ---------VH I
+++++++++++
B
I
恒定电流
2,安培力 , a,有限长载流体所受安培力:
v v v F = ∫ Idl × B
L
b,任意闭合载流体
y
I
v B
v F =0
c,任意形状的不闭合载流体 ,