全国部分地区大学物理竞赛辅导 电磁学部分PPT课件
全国部分地区大学生物理竞赛电磁学部分
E
E
E1
E2
r1
O
r2
O´
x
O
O´ L
E E 1 E 2 E 1 s i E i 1 c n j o E 2 s i s i E 2 c n jo
r 2 1 sii n r 2 1 co j s r 2 2 sii n r 2 2 co j sd d
E
d
dB j
2 dt
Edl
d d BLco3s00
3kLd
L
2 dt
4
例：
例：一无限长 管密 的绕 半R 螺 径 ,单 线 为 位长度内n的 ，
通以随时间变 i化 i(t),的 且d电 iC流 (常量）， dt
则管内的感生 Ein电 _场 _,管强 外度 的感生E电 ou t场 __.强
，求盘上沿半径方向产生的感应电动势。
解： di(v B )dl
A
××××××
vBdl lBdl
R
i Bldl B ld l 0
× × dl× × v× × × × ×O × × ×
× × × × × ×
1 BR2 > 0
2 感应电动势的方向 O → A
A
O
例：如图一矩形管，画斜线的前后两侧面为金属板，
建坐标如图
设回路L方向如图
B(lt)x
Ll
d Bl dx
0
dt
dt
Blv
负号说明电动势方向与所设方向相 反，b点电势高(相当于正极)，a点 电势低(相当于负极)。
b
均
匀
v 磁
a
x 场 B
b
a
动生电动势的一般计算公式
i
b
大学物理《电磁学》PPT课件
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
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。
电磁学全套ppt课件
由于磁场变化而产生的感应电动势。 其大小与磁通量变化的快慢有关，即 与磁通量对时间的导数成正比。
自感和互感现象在生活生产中应用
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发生变化，从而在线圈自身中 产生感应电动势。自感现象在电子线路中有着广泛的应用，如振荡电路、延时电路等。
静电现象在生活生产中应用
静电喷涂
利用静电吸附原理进行 喷涂，提高涂层质量和
效率
静电除尘
利用静电作用使尘埃带 电后被吸附到电极上，
达到除尘目的
静电复印
利用静电潜像形成可见 图像的过程，实现文件
快速复制
静电纺丝
利用静电场力作用使高 分子溶液或熔体拉伸成
纤维的过程
03
恒定电流与电路基础知识
电流产生条件及方向规定
电流产生条件
导体两端存在电压差，形成电场 ，使自由电子定向移动形成电流
。
电流方向规定
正电荷定向移动的方向为电流方向 ，负电荷定向移动方向与电流方向 相反。
电流强度定义
单位时间内通过导体横截面的电荷 量，用I表示，单位为安培（A）。
欧姆定律与非线性元件特性
01
02
03
欧姆定律内容
在同一电路中，通过导体 的电流跟导体两端的电压 成正比，跟导体的电阻成 反比。
联系专业电工进行处理。
THANKS
感谢观看
特点介绍
正弦交流电具有周期性、连续性、可变性等 特点。其电压和电流的大小和方向都随时间 作周期性变化，且波形为正弦曲线。
三相交流电传输优势分析
传输效率高
三相交流电采用三根导线 同时传输电能，相比单相 交流电，其传输效率更高 ，线路损耗更小。
大学物理《电磁学》PPT课件
电场和磁场都由电荷产生，也都由电荷的受力 情况来检验。那么，这两种场之间到底有什么本质 的区别呢？
众所周知，电荷的静止与运动都是相对观察者 而言的，我们对运动与静止的描述依赖于所选择的 参照系，这样看来，电场和磁场的区别，也只有相 对意义了。
具体地说：给定一试验电荷，在不同的参照系 上，测定该试验电荷的受力情况从而辨认其周围空 间的电场和磁场，所得描述结果是不同的。
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，
①方向：
曲线上一点的切线
方向和该点的磁场方
B
向一致。②大小：ຫໍສະໝຸດ 磁感应线的疏密反映磁场的强弱。
③性质：
•磁感应线是无头无尾的闭合曲线，磁场中任
意两条磁感应线不相交。
•磁感应线与电流线铰链
通过无限小面元dS 的磁感应线数目dm与dS 的 比值称为磁感应线密度。我们规定磁场中某点的磁
感应强度的值等于该点的磁感应线密度。
i jk
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 中子星表面 目前最强人工磁场 太阳黑子内部 太阳表面 地球表面
大学物理《电磁学》PPT课件
大学物理《电磁学》PPT课件•电磁学基本概念与原理•静电场中的导体和电介质•恒定电流及其应用•磁场性质与描述方法•电磁感应原理及技术应用•电磁波传播特性及技术应用目录CONTENTS01电磁学基本概念与原理电场强度描述电场强弱的物理量，其大小与试探电荷所受电场力成正比，与试探电荷的电荷量成反比。
静电场由静止电荷产生的电场，其电场线不随时间变化。
电势与电势差电势是描述电场中某点电势能的物理量，电势差则是两点间电势的差值，反映了电场在这两点间的做功能力。
欧姆定律描述导体中电流、电压和电阻之间关系的定律。
恒定电流电流大小和方向均不随时间变化的电流。
静电场与恒定电流磁场磁感应强度磁性材料磁路与磁路定律磁场与磁性材料由运动电荷或电流产生的场，其对放入其中的磁体或电流有力的作用。
能够被磁场磁化并保留磁性的材料，分为永磁材料和软磁材料。
描述磁场强弱的物理量，其大小与试探电流所受磁场力成正比，与试探电流的电流强度和长度成反比。
磁路是磁性材料构成的磁通路径，磁路定律描述了磁路中磁通、磁阻和磁动势之间的关系。
描述变化的磁场产生感应电动势的定律。
法拉第电磁感应定律描述感应电流方向与原磁场变化关系的定律。
楞次定律描述磁场与变化电场之间关系的定律。
麦克斯韦-安培环路定律由变化的电场和磁场相互激发而产生的在空间中传播的电磁振荡。
电磁波电磁感应与电磁波麦克斯韦方程组及物理意义麦克斯韦方程组由四个基本方程构成的描述电磁场基本规律的方程组，包括高斯定理、高斯磁定理、法拉第电磁感应定律和麦克斯韦-安培环路定律。
物理意义麦克斯韦方程组揭示了电磁现象的统一性，预测了电磁波的存在，为电磁学的发展奠定了基础。
同时，该方程组在物理学、工程学等领域具有广泛的应用价值。
02静电场中的导体和电介质导体在静电场中的性质静电感应当导体置于外电场中时，导体内的自由电子受到电场力的作用，将重新分布，使得导体内部电场为零。
静电平衡当导体内部和表面的电荷分布不再随时间变化时，称导体达到了静电平衡状态。
大学物理电磁学ppt完整版
05 电磁感应现象和 规律
法拉第电磁感应定律内容
01
法拉第电磁感应定律指出，当一个回路中的磁通量发生
变化时，会在回路中产生感应电动势。
02
感应电动势的大小与磁通量的变化率成正比，即e=-
dΦ/dt，其中e为感应电动势，Φ为磁通量，t为时间。
03
法拉第电磁感应定律是电磁学的基本定律之一，揭示了
电磁感应现象的本质和规律。
01
变化的电场和磁场相互激发，形成电磁波。
电磁波传播方式
02
电磁波在真空中以光速传播，不需要介质。
电磁波传播特性
03
电磁波具有横波特性，电场和磁场振动方向相互垂直，且与传
播方向垂直。
电磁波谱及其在各领域应用
电磁波谱
按频率从低到高可分为无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、 X射线和伽马射线等。
无线电波
处于静电平衡状态的导体具有静电屏蔽效应，即外部电场 对导体内部无影响。这种效应在电磁屏蔽、静电防护等方 面有重要应用。
03 稳恒电流与电路 基础知识
稳恒电流条件及特点
稳恒电流条件
电路中各处电荷分布不随时间变化，即达到动态平衡状态。
稳恒电流特点
电流大小和方向均不随时间变化，呈现稳定的流动状态。
欧姆定律与非线性元件分析
技术应用
激光在科研、工业、医疗等领域有着广泛的应用，如激 光测距、激光雷达、激光切割、激光焊接、激光打印、 激光治疗等。随着科技的不断发展，激光的应用领域还 将不断扩大。
THANKS
感谢观看
激光原理及技术应用
激光原理
激光是一种特殊的光源，具有单色性、方向性和相干性 三大特点。激光的产生需要满足粒子数反转和光放大两 个基本条件。在激光器中，通过泵浦源提供能量，使工 作物质中的粒子被激发到高能级，形成粒子数反转分布。 当有一束光通过工作物质时，与激发态粒子相互作用， 产生受激辐射，发出与入射光相同的光子，实现光放大。 通过反射镜的反馈作用，使得光在激光器内来回反射， 不断被放大，最终从输出镜射出形成激光。
大学生物理竞赛——竞赛辅导电磁学
物理竞赛辅导——电磁学一、电磁学的主要内容二、q分布——.E三、电势的计算四、B的计算五、电磁感应六、电磁力、功、能、电磁学的主要内容1、研究对象2、场方程式的意义3、源激发场的规律4、场对电荷的作用5、电磁场的能量、q分布——-EE、D高斯定理对称求E、D 重点在对称性分析。
三、电势的计算1、场的观点2、路的观点四、B的计算1. 电流2. 运动电荷五、电磁感应1、感应电动势的计算公式2、自感和互感3、电路方程六、电磁力、功、能1、带电粒子在电磁场中运动2、静电力、静电能3、安培力作功、磁能电磁学的最大特点——以场为主要的研究对象掌握静电场、稳恒磁场的各种计算（包括场的分布及其对外作用）熟悉电场与磁场之间的转化规律电路元件（电容、电阻、电感）E E静（含稳恒电场）E感B = B传（含磁化电流）B位H=B麦克斯韦方程组的积分形式:1 D dS 八q02 E dl …BdSdt S t4 H d「I传I位dS亠、电磁学的主要内容1、研究对象场、电荷电荷激发稳恒场变化磁场激发的电场 变化电场激发的磁场.瓦q卩巳S 内dS 二® E 感 dS -0SS卩D. Q i dS 二为qoSs 内■ ■9E i dl = 09 E 感 dl - 汨--fdSLL£t S L卩B 1 dS = 0? B 2 dS 二 0S |St?B 1 dl 八肿I?H 2 dl 二 I — dSLL内LS LFH i dl " I oLL内2、场方程式的意义电场a磁场麦克斯韦方程组的积分形式:1 D dS q0S S内2 E dl …L SdSdS 全电流密度J全全电流总是连续的，S J全dS 0全电流是闭合的H dl 二LtS D dS 八 q oS内例：六届一、3不成立(1) 要明确定理的意义和适用范围9E dl = 0L仅适用于电荷以“平方反比律”激发的场 E 线不能闭合，可以引电势' (q ° q')有介质时正确错误正确例:R i R 2届一、dB0 dt比较a,b 两点电势? 整个回路R 2一JI[jE 感 d l 二2dBr dt IR 1 +R 2,等效电路图riR Z:卞 R 2,U ab 0U ab若R 厂R 2,此时谈a,b 两点电势没有意义仅适用于场源电流闭合的情况 有限长直导线，上式成立？ (2)定理的应用不限于对称求E 、B例：一届二、4试判断能否产生一个磁感应强度B =f(r)r 形式的磁场？解:作一半径为r o 的同心球面S ,用反证法—■门B dS 二门f (r) r dS?s s2=f(r °)r °4 r ° 0这违反B 的高斯定理。
总复习课-电磁学-大学物理第三版公开课获奖课件百校联赛一等奖课件
电流元在轴线上产 生旳磁感应强度 dB
y
为：
dB 0 I dl sin 900
Idl
er
r
dB
4 r2
dl
er
I Ro
xP
x
dB
0Idl 4r 2
将dB 沿 x 轴和 y 轴分解。 Idl
由对称性可知，dl 和 dl’ 在 P 点产生旳 dB 在 x 方
dB
0 4
Idl sin
r2
3）求B：
Bx dBx
By dBy
B Bxi By j Bzk
Bz dBz
（5）有限长直导线
（6）无限长直导线 （7）圆电流圆心处
B
0I 4a
cos1
cos
2
B 0I
2 a
B 0I
2R
（8）安培环路定 理及其应用
B dl 0 Iint
R1
R2
Q
dr
Q
ln R2
R12 rl0
2 l0 R1
C
Q U
2
ln
l 0
R2
R1
3.球形电容器 已知R1 ,R2 ,0
球对称：E 4 r2
qi
0
R2
U E dl R1 Edr
Q
E 40 r2
R2 Q
R1 40
dr r2
Q
4 0
1 R1
1 R2
Q
-Q
C
Q U
4 0
R1R2 R2 R1
解：球对称
1、球体内（r<R）
r
球内作高斯面S，
qi
V
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0
2 q 0 B 2 q R 2 B m 2 2 R 2 m 02 m 0 2
Q
2 qB (2 R 0 ) m (20)2
v2
2 qB m ( R 20) 2 2 q m B 0 R
R
v4
即22B R 0
R 2 x υ υ 0 2 R ( R 2 x )2 R ( 0 B ) 0 R x ( 2 R R 2 B 0 B )
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第27届物理竞赛电磁学部分题目
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第26届物理竞赛电磁学部分题目
(2) 由于断开电键后极板上的电荷不变, 因此 插入介质后电容器的电场为
E
1
r
B B zk k dzB k 2 0 rdcIo s (无限长 B 2 载 0r I 84) 流
Bk
0 d 2r
Icos
ห้องสมุดไป่ตู้
j u
y
k 2 0 rjd c z o k s 2 z /s 0 i n u c o ds z
k20u1 zsincodsz
0 z dI1
dI2 P
dB2dB dBx1
(2 )
v3
Q
v2
0
R
v4
由(1)式得 R2xυ0R υ2
代入(2)式得 1 2m 0 24Q 0R q 1 2m 2 24Q 0R q 0 2
将 mR02 q0B4Q0Rq2 代入得 1 2 m 0 2 (m 0 2 q0 B ) R 1 2 m 2 2 (m 0 2 q0 B 86)0 2 R
Q R
于该处库仑力对应的圆周半径, 如图所示.
设椭圆中心与点电荷Q的距离为x, 则根据角动量守恒定律,
1和2两个位置对点电荷Q有
L 1 L 2 m 0 R m 2 ( R 2 x ) ( 1 )
由能量守恒定律有
1 2 m 0 2 4 Q 0 R q 1 2 m 2 2 4 0 ( Q R 2 x q )
解 (1) 无限大带电平面的电场强度为
E
i
y
2 0
(2) 无限大带电平面上沿 主轴负方向的电流密度为
dI2 P
jId/S d tudd t lu
dl dl dd l t 由于对称性, 如图所示的电流元dI1和dI2在P点产生的磁
0 z dI1
dB2dB dBx1
场沿x沿抵消. 由此可得P点处的磁感应强度为
1 2m 0 2q0B R1 2m 3 2
(m 0 2q0B)R ( 0 3)2(2R R B B 0)2
88
1 2m 0 2q0B R1 2m 3 2
(m 0 2q0B)R ( 0 3)2(2R R B B 0)2
由此解得, 34 (02B) R0
v3
Q
v2
0
R
v4
89
E'
k k 2 0 2 0u u x//2 1 2 c tg s2 o is n cs 2 e o d ds(c x k tg )2 0 u k 20 // 2 2 d u cko22 s0 d(u tg)1 20uk
2/3
1
解: (1) 光波在介质中的传播速率为
c 2c
n3
(2) 由于光从真空穿入介质时, 频率不变, 根据爱因斯坦光量子理
论可知光子的能量不变, 因此速率不变.
85
(2) 撤去磁场粒子只受库仑力作用, 由于开始库仑力大于所需向
心力, 因此粒子将作椭圆运动.
0
起始点也就是椭圆的最远端点, 该处速率最小, 大小为v0,由 于该处速度垂直于半径, 因此起始位置的椭圆“半径”应小
静电场部分要求、内容、题目分析
1、
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总体概述
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求电场
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求电势
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求做功与能量
22
由对称性可得 v3= v4. 设位置3处椭圆的半径为R3, 则有
角动量守恒 m0R m 3 R 3 (4 )
由能量守恒定律有
1 2m 0 2 4 Q 0 R q 1 2m 3 2 40Q R 3 2 x q 2
(5 )
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x R2B 2RB0
m0R m 3 R 3
(4 )
1 2m 0 2 4 Q 0 R q 1 2m 3 2 40Q R 3 2 x q 2
E
2 0
因此 插入介质板后, 电容器中的静电能为
W1 2E2V1 20rE r0 2 2V1 20E r0 2V
外力做的功等于静电能的增加, 即
A 2 W W 0 1 20 E 0 r 2 V 1 20 E 0 2 V 1 2 (1 r 1 )0 E 0 2 V (1 r 1 ) W 0 83
23
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静电平衡
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28
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网络电阻
30
31
32
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电容器
34
35
36
37
38
39
磁场与电磁感应部分要求、内容、题目分析
1、
40
22、、
41
42
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44
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46
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求磁感应强度
48
49
50
电流在磁场中受力
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52
53
54
55
感应电动势 感应电流
(5 )
v3
Q
v2
0
R
v4
由将将(R43)和式1 2 4xm 得Q代 00 R2 q入2((5m m )式 R0 3R2 得02 q qR 30 0B B01 2m )R 代0 21 2 入m 4 上 Q 3 式2 0R 得q (1 2 R m (3 m 3 0 2)0 22 R 4 (q 2 0 R 0 (R B R 3 2 B B 2 0 )R )0 Q 2) 2(2 q R R2 B B 0)2
1 2 m 0 2 ( m 0 2 q0 B ) R 1 2 m 2 2 ( m 0 2 q0 B )0 2 R
( m 2 ( 0 2 m q 0 2 0 B q ) 0 B 0 R ) 1 2 m ( R m 2 2 2 2 m m 0 2 0 2 ) 2 0 ( m ( m 0 0 2 q q ) B 0 B 2)2 R R v3