大学物理竞赛辅导(电学).ppt
中学物理竞赛 电学实验讲座 88页PPT
找出电源 ⑹ ⑾ 接有电源，且⑹为电源正 极，这两个端子在余后的检测中无须检测；
32
测出图中标示的Ra、Rb的阻值，以便确定另外 的Ra和Rb
33
黑盒中的器件布局图
检测电阻、电容、发光二极管和按钮开关等器件。
34
2、组装自动控制航标灯
注意：本题要求旨在 自动控制，因此按钮 开关不接（接了不扣 分？）得分（16线） 8分 灯亮得4分、连 线图正确的4分
38
T (°C) 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 10
0
Rt (Ω)
529 448 380 32 27 23 20 17 13 368597
39
2、电子温度计定标（10分） 根据原始电路参数和测量参数，接通mA表开 关，将电子温度计定标于30℃（0mA）和 100℃（10mA），简述定标过程。
子的检测方法和判断流程
26
电学黑盒子的检测方法和判断流程图
27
Байду номын сангаас
【点评】
第20届全国中学生物理奥林匹克竞赛复赛（山 东赛区）实验试题 考查学生对电子元件特性的理解、分析判断能 力，从黑盒子中找到航标灯所需有关元件； 考察学生对新知识的接受能力和实验技能； 通过手动和自动不同方案，让学生体会知识的 重要性，进一步激发学生的求知欲望。
黑盒子器件布局图
24
【说明】
1、黑盒子中的每个器件接在两个接线端子上， 器件之间不混联（即一个端子上只接一个器 件引脚）
2、电容极性约定，接线端子序号小的一端为 “+” ，序号大的一端为“-”
【题说】第20届全国中学生物理奥林匹克竞赛 复赛（山东赛区）实验试题
高中物理竞赛专题之电学专题(共15张PPT)
uc
exp(
t) RC
i exp( t )
R
RC
i exp( t )
R
RC
一、有关电路的计算
1、电阻的计算
例1：一电缆的芯线是半径为 r1的铜线，在铜线外包一层同轴的
绝缘层，绝缘层的外径为r2，电阻率为ρ，在绝缘层外又用铅层
保护起来。当电缆在工作时，芯线与铅层之间存在着径向漏电 电流。试求长为l 的这种缆线的径向漏电电阻。 分析：由于漏电电流沿径向通过不同截面的圆柱，因此绝缘层 的电阻可视为无数圆柱薄层的电阻串联而成。
dl dR ρ πr 2
Ldr (r2 r1 )r 2
R
dR
r2
Ldr
r1 (r2 r1 )r 2
L r1r2
当r1 r2 r时
R
L
r 2
L S
r1
r
r2
O
l dl
几何关系：r r1 r2 r1
l
L
Ldr dl
r2 r1
电压U，求两球壳间的电流。
解：在两金属球壳间取半径为r的球面，则穿过此面的电流为
I j4r 2 j E KE 2
E I / 4K
r
而两金属球壳间的电势差
b
2d I / 4K
Ib
U a Edr d
dr
ln
r
4K a
I [ U ]2 4K
ln(b / a)
一、有关电路的计算
流由接触点流入地内，高地面水平，土地的电阻率为ρ，当人走
近输电线接地端，左右两脚（间距为l）间的电压称为跨步电压.
物理竞赛难题及答案
物理竞赛辅导---电学（二）★电学解题的方法：（1）等效法（3）电荷守恒和节点电位(势)法（2）极值法 例题：1、正方形薄片电阻片所示接在电路中，电路中电流为I ；若在该电阻片正中挖去一小正方形，挖去的正方形边长为原电阻片边长的三分之一，然后将带有正方形小孔的电阻片接在同一电源上，保持电阻片两端电压不变，电路中的电流Ｉ′变为6／7Ｉ．由于薄片两边嵌金属片，将正方形薄片的电阻可等效为图3所示．设每小块的电阻为R ，则薄片总电阻是3个3R 电阻的并联值，其值也是R ．现从中挖出一块，此时薄片等效电阻如图4所示．显然其阻值是（7Ｒ／6），故Ｉ′＝Ｕ／（7Ｒ／6）＝（6／7）Ｉ．图3 图42、某一网络电路中的部分电路如图所示，已知I ＝3A ，I 1＝2A ，R 1＝10Ω，R 2＝5Ω，R 3＝30Ω，则下列结论正确的是( B )A ．通过R 3的电流为0.5A ，方向从a →bB ．通过R 3的电流为0.5A ，方向从b →aC ．通过电流表的电流为0.5A ，电流表“＋”接线柱在右边D ．通过电流表的电流为1.5A ，电流表“＋”接线柱在左边3、如图所示电路，电源电压恒定，R 1=10Ω， R 2=8Ω，R 3不知道为多少。
当开关k 扳到位置1时，电压表V 读数为2．0V ，当开关扳到位置2时，电压表读数可能是（ BC ）A 、2.2VB 、1.9VC 、1.7VD 、1.4V 学以致用1、图所示电路是由十二个不同的电阻组成的，已知R 1=12欧，其余电阻阻值未知，测得A 、B 间总电阻为6欧。
今将R 1换成6欧的电阻，则A 、B 间的总电阻为( B ) (A)6欧。
(B)4欧。
(C)3欧。
a R 1 AR 2 R 3b II 1(D)2欧。
2、把一根电阻为R的均匀电阻丝弯折成一个等边三角形abc（如图所示），d为底边ab的中点，如cd间的电阻R1为9欧，则ab间的电阻R2的阻值应该是（ C ）A.36欧B.12欧C.8欧D.4欧3、如图所示电路中，电源电压保持不变。
物理竞赛题及答案
物理竞赛辅导---电学（1）★解电学题的关键．．：懂．电路。
例题1、 如图所示的电路中，三个电阻的阻值相等，电流表A 1、A 2、和A 3的内阻均可忽略，它们的读数分别为I 1、I 2和I 3，则I 1:I 2:I 3=___3:2:2___。
2、如图2所示电路，电源的电压U=10V ，电阻R 1=5Ω，R 3=R 4=10Ω，R 2=10Ω，电流表的内阻忽略不计。
则电流表的示数 1.5A 。
3、如图所示电路，当开关闭合后，两灯泡L 1、L 2均发光但未达到额定功率，现将变阻器触片向上移动一段适当的距离（变化足够大，但不会使任何一个器件被烧坏），写出对于L 1、L 2亮度变化以及电流表的读数变化情况的分析结果。
答：(1)L 1将 ▲ （填“变亮”、“变暗”、“亮度不变”、或“无法确定”）。
(2) L 2将 ▲ （填“变亮”、“变暗”、“亮度不变”、或“无法确定”）。
(3)电流表示数将 ▲ （填“增大”、“减小”、“不变”或“无法确定”）。
（1）变暗 （2）变亮 （3）减小 ？学以致用1、如图所示的电路中，R 1，和R 2的连接是____串_____联。
若电源电压为6伏，电压表的示数为2V ，则R 1两端的电压为___4V____。
2、如图2所示的电路A 、B 间电压保持不变，电阻R 1、R 2为定值电阻，若断开开关S ，甲、乙均为电流表，两表的示数之比为3：4；若闭合开关S ，甲、乙均为电压表，则两表的示数之比是（ B ）A ．4：3B ．3：4C ．3：7D ．4：73、如右图所示，电压表示数为6V ，电流表示数为0．2A ，若图中虚框内有两只电阻，其中一只电阻R l =l0Ω，则另一只电阻R 2的阻值及其与R l 的连接方式，下列说法中正确的是（ C ）A 、R 2=10Ω与R l 串联B 、R 2=20Ω与R 1并联C 、R 2=20Ω与R l 串联D 、R 2=10Ω与R l 并联 4、如某人设计了下图所示电路，电路中变阻器的总阻值与电阻R 的阻值相同，电源电压恒定，当他将滑片P 从a 端滑到b 端的过程中，所看到的现象是（ C ）A ．电流表的示数逐渐变大B ．电流表的示数逐渐变小图2C ．电流表的示数先减小，然后增大到原值D ．电流表的示数先增大，然后减小到原值6、如图所示电路中，电源电压不变，开S 闭合，灯 L 1和L 2都正常发光．一段时后，突然其中一灯熄灭，而电流表和电压表的示数都不变，出现这一现象的原因可能是 ( D ) A ．灯L 1短路 B ．灯 L 2短路 C ．灯 L 1断路 D ．灯L 2断路5、如图所示，用伏安法测电阻，有两种不同的电路，但由于电流表和电压表的影响均有误差。
大学物理电学部分课件
dE = Ex = = =
1
λ dl
4πε 0 R 2
θ
r0
dq = λdl
r dE x
∫ ∫ ∫
0
dE x = 1 4 πε
0
∫
1
λ dl
2
4πε 0 R R2s Nhomakorabean θλ Rd θ
1
dE y
45
r dE
0
r E
x
sin θ sin θ
π /2
λdθ
0
4 πε
R
λ E X = EY = 4πε 0 R
课堂练习2 课堂练习
r dE
y
θ
解: 分析
dE =
E =
∫ dE
2
y
= ∫ dE cos θ
λdx
4πε 0 (d + x )
2
cosθ =
d d 2 + x2
p d 0
θ
dq
x
x
=∫
L/ 2
λdx
d
电9章 静电场
−L/ 2
4πε 0 (d 2 + x 2 ) d 2 + x 2
解： 分析
E =
例题： 均匀带电圆环轴线上一点的场强。 例题： 均匀带电圆环轴线上一点的场强。
∫
∫
电9章 静电场 讨论: 如果坐标取在棒的中点? 讨论 如果坐标取在棒的中点
2
p 点的场强。 例 求均匀带电细棒在 p 点的场强。 点到棒的垂直距离 为d 。设棒长为 l ,带电量q ,电荷线密度为λ 。
解：分析
λ ⋅ dx dE = 4 πε 0 r 2
dE
物理竞赛指导
基础：程稼夫《力学第二版》《电磁学》《专题讲座》,崔宏宾《热光近代物理》复习：更高更妙。
决赛：舒幼生《力学》，赵凯华《电磁学》，钟锡华《光学》，热学不很清楚。
还想看量子物理的推荐曾谨言《量子力学》。
刷题就用江四喜《物理竞赛专题精编》（备战复赛时用）《物理学难题集萃》《国际奥赛培训与选拔》决赛时用，还嫌不够可以刷中科大《物理学大题典》，不过能经国家集训队的话自己根本无需找题，自会有人给你大量题做的。
至于四大力学，有心冲集训队的可以看看，没这个实力的等到大学看也不迟。
范小辉的第六版的新编奥赛指导，张大同的通向金牌之路，不过很难受，我刚学，求指导。
建议从普通大学物理看起。
非物理专业的大学物理学比较通俗，没有过多运算和数学推导。
竞赛考纲也要看。
竞赛中同一类的题可能有不同表述，有条件的话可以找一些自招的物理笔试题，这样导向性比较好。
辅导讲义是用来结合有关知识解题的、、、完了。
但是你不看大学物理教材！！！！！复赛之路会很艰辛！！自学那就是没老师！！所以我建议你看非物理专业的大学物理学！！大学物理学是本书！！！至于哪个版本，自己挑吧、竞赛里的一大堆微积分，变分，线性回归你根本看不懂！！基础：程稼夫《力学第二版》《电磁学》《专题讲座》,崔宏宾《热光近代物理》复习：更高更妙。
决赛：舒幼生《力学》，赵凯华《电磁学》，钟锡华《光学》，热学不很清楚。
还想看量子物理的推荐曾谨言《量子力学》。
刷题就用江四喜《物理竞赛专题精编》（备战复赛时用）《物理学难题集萃》《国际奥赛培训与选拔》决赛时用，还嫌不够可以刷中科大《物理学大题典》，不过能经国家集训队的话自己根本无需找题，自会有人给你大量题做的。
至于四大力学，有心冲集训队的可以看看，没这个实力的等到大学看也不迟。
程稼夫三本书加崔宏宾《热光近代物理》已涵盖全了。
程书高妙普物全国中学生物理竞赛内容提要（2013年开始实行）一．理论基础力学1．运动学：参考系坐标系直角坐标系※平面极坐标质点运动的位移和路程速度加速度矢量和标量矢量的合成和分解※矢量的标积和矢积匀速及匀变速直线运动及其图像运动的合成抛体运动圆周运动圆周运动中的切向加速度和法向加速度※任意曲线运动中的切向加速度和法向加速度，曲率半径相对运动伽里略速度变换刚体的平动和绕定轴的转动角速度和角加速度2．牛顿运动定律力学中常见的几种力牛顿第一、二、三运动定律惯性参考系摩擦力弹性力胡克定律万有引力定律均匀球壳对壳内和壳外质点的引力公式（不要求导出）※非惯性参考系※平动加速参考系中的惯性力※匀速转动参考系中的惯性离心力3．物体的平衡共点力作用下物体的平衡力矩刚体的平衡条件重心物体平衡的种类4．动量冲量动量质点与质点组的动量定理动量守恒定律※质心※质心运动定理反冲运动及火箭5．※角动量※冲量矩※角动量※质点和质点组的角动量定理（不引入转动惯量）※角动量守恒定律6．机械能功和功率动能和动能定理重力势能引力势能质点及均匀球壳壳内和壳外的引力势能公式（不要求导出）弹簧的弹性势能功能原理机械能守恒定律碰撞恢复系数7．在万有引力作用下物体的运动开普勒定律行星和人造天体的圆轨道运动和椭圆轨道运动8．流体静力学静止流体中的压强浮力9．振动简谐振动 x＝Acos（ωt＋Φ）振幅频率和周期相位振动的图像参考圆振动的速度 v＝－ωAsin（ωt＋Φ）（线性）恢复力由动力学方程确定简谐振动的频率简谐振动的能量同方向同频率简谐振动的合成阻尼振动受迫振动和共振（定性）10 波和声横波和纵波波长频率和波速的关系波的图像※平面简谐波的表示式 y＝Acosω（t－x/v）波的干涉※驻波波的衍射（定性）声波声音的响度、音调和音品声音的共鸣乐音和噪声※多普勒效应热学1．分子动理论原子和分子的数量级分子的热运动布朗运动气体分子热运动速率分布律（定性）温度的微观意义分子热运动的动能※气体分子的平均移动动能，玻尔兹曼常量分子力分子间的势能物体的内能2．气体的性质※温标，热力学温标，气体实验定律理想气体状态方程，普适气体恒量理想气体状态方程的微观解释（定性）3．热力学第一定律热力学第一定律理想气体的内能热力学第一定律在理想气体等容、等压、等温和绝热过程中的应用，※定容摩尔热容量和定压摩尔热容量※等温过程中的功（不要求导出）※绝热过程方程（不要求导出）※热机及其效率※致冷机和致冷系数4．※热力学第二定律※热力学第二定律的开尔文表述和克劳修斯表述※可逆过程与不可逆过程※宏观过程的不可逆性※理想气体的自由膨胀※热力学第二定律的统计意义5．液体的性质液体分子运动的特点表面张力系数※球形液面两边的压强差浸润现象和毛细现象（定性）6．固体的性质晶体和非晶体空间点阵固体分子运动的特点7．物态变化熔化和凝固熔点熔化热蒸发和凝结饱和气压沸腾和沸点汽化热临界温度固体的升华空气的湿度和湿度计露点8．热传递的方式传导※导热系数对流辐射※黑体辐射的概念※斯特藩定律9热膨胀热膨胀和膨胀系数电学1．静电场电荷守恒定律库仑定律静电力常量和真空介电常数电场强度电场线点电荷的场强场强叠加原理匀强电场※无限大均匀带面的场强（不要求导出）均匀带电球壳壳内的场强和壳外的场强公式（不要求导出）电势和电势差等势面点电荷电场的电势公式（不要求导出）电势叠加原理均匀带电球壳壳内和壳外的电势公式（不要求导出）静电场中的导体静电屏蔽电容平行板电容器的电容公式※球形电容器的电容公式电容器的连接电容器充电后的电能电介质的极化，介电常量2．稳恒电流欧姆定律，电阻率和温度的关系电功和电功率电阻的串、并联电动势，闭合电路的欧姆定律一段含源电路的欧姆定律※基尔霍夫定律电流表，电压表，欧姆表惠斯通电桥补偿电路3．物质的导电性金属中的电流欧姆定律的微观解释※液体中的电流※法拉第电解定律※气体中的电流※被激放电和自激放电（定性）真空中的电流示波器半导体的导电特性p型半导体和n型半导体※P－N结晶体二极管的单向导电性※及其微观解释（定性）三极管的放大作用（不要求机理）超导现象4．磁场电流的磁场磁感应强度磁感线匀强磁场长直导线、圆线圈、螺线管中的电流的磁场分布（定性）※无限长直导线中电流的磁场表示式※圆线圈中电流的磁场在轴线上的表示式※无限长螺线管中电流的磁场表示式（不要求导出）※真空磁导率安培力洛伦兹力电子荷质比的测定质谱仪回旋加速器霍尔效应5．电磁感应法拉第电磁感应定楞次定律※感应电场（涡旋电场）※电子感应加速器自感和互感，自感系数，※通电自感的磁能（不要求推导）6．交流电交流发电机原理交流电的最大值和有效值纯电阻、纯电感、纯电容电路感抗和容抗※电流和电压的相位差整流滤波和稳压理想变压器三相交流电及其连接法感应电动机原理7．电磁振荡和电磁波电磁振荡振荡电路及振荡频率，电磁波谱电磁场和电磁波电磁波的波速赫兹实验电磁波的发射和调制电磁波的接收、调谐、检波光学1．几何光学光的直进反射折射全反射光的色散折射率与光速的关系平面镜成像，球面镜成像公式及作图法※球面折射成像公式，※焦距与折射率、球面镜半径的关系薄透镜成像公式及作图法眼睛放大镜显微镜望远镜2．波动光学光程光的干涉双缝干涉光的衍射现象单缝衍射（定性）※分辩本领（不要求导出）光谱和光谱分析近代物理1．光的本性光电效应爱因斯坦方程光的波粒二象性光子的能量与动量2．原子结构卢瑟福实验原子的核式结构玻尔模型用玻尔模型解释氢光谱玻尔模型的局限性原子的受激辐射激光的产生（定性）和它的特性3．原子核原子核的量级天然放射现象原子核的衰变半衰期放射线的探测质子的发现中子的发现原子核的组成核反应方程质能方程裂变和聚变4．粒子“基本”粒子，轻子与夸克（简单知识）四种基本相互作用实物粒子具有波粒二象性※德布罗意关系 p＝h/λ※不确定关系?p?x≥h/4π5．※狭义相对论爱因斯坦假设时间和长度的相对论效应相对论动量相对论能量相对论动量能量关系6．※太阳系，银河系，宇宙和黑洞的初步知识．数学基础1．中学阶段全部初等数学（包括解析几何）．2．矢量的合成和分解，极限、无限大和无限小的初步概念．3．※导数及其应用（限于高中教学大纲所涉及的内容）。
物理竞赛专题训练(电学)
等效电阻方法如图所示，12个阻值都是R 的电阻，组成一立方体框架，试求 AC 间的电阻R AC 、2、如图所示的正方形网格由 24个电阻r o =8的电阻丝构成，电池电动势 &6.0 V ，内电阻不计，求通过电池的电流.□ □ B□£b □ □3、如图所示，7个电阻均为R 的电阻连接而成，求 A 、B 两点间的电阻。
4、如图所示的一个无限的平面方格导线网，连接两个结点的导线的电阻为r 。
，如果将A5、有一无限大平面导体网络，它有大小相同的正六边形网眼精选范本1、AB 间的电阻R AB 与AG 间的电阻 R AG .和B 接入电路，求此导线网的等效电阻R AB .A B1成，如图所示，所有六边形每边的电阻均为R o,求间位结点a b间的等效电阻.6、如图是一个无限大导体网络，它由无数个大小相同的正三角形网眼构成，小三角形每边的电阻均为r，求把该网络中相邻的A、B两点接入电路中时,AB间的电阻R AB.7、试求框架上A、B两点间的电阻R AB•此框架是用同种细金属制作的，单位长度的电阻为p. —连串内接等边三角形的数目可认为趋向无穷，如图所示.取AB边长为a以下每个三角形的边长依次减少一半.8、如图所示是由电阻丝连接成的无限电阻网络，已知每一段电阻丝的电阻均为A、B两点之间的总电阻.A///|B\r,试求A B、选择题1、 一根均匀导线，现将它均匀地拉长，使导线的直径减小为原来的一半，此时它的 电阻值为64Q ，则导线原来的电阻值为（）A 、128QB 、32QC 、4QD 、2Q 2、 关于电动势的概念，以下说法正确的是： （ ）A 、 电源电动势等于电源没有接入电路时， 两极间的电压，因此，当电源接入电路时, 电动势将发生变化。
B 、 无论负载电阻（接在电源两端的用电器的电阻）如何变化，电源内电压与负载电 流之比总保持一个常数；C 、 流过外电路的电流越大时，路端电压越小；D 、 路端电压为零时，根据欧姆定律 I = U/R ，流过外电路的电流也为零。
电学基础知识(三)ppt课件
电场强度
描述电场强弱的物理量， 用E表示，单位是N/C或 V/m。
电场强度与电势差
电场强度与电势差的关系
电势差的计算
E=U/d，其中E为电场强度，U为电势 差，d为沿电场线方向的距离。
UAB=φA-φB，其中UAB为A、B两点 间的电势差，φA、φB分别为A、B两 点的电势。
电场强度的叠加
当空间有几个点电荷同时存在时，空间 某点的电场强度等于各个点电荷单独存 在时在该点产生的电场强度的矢量和。
电场线及等势面
电场线定义
为了形象地描述电场而引入的一系列曲线，曲线 上每点的切线方向都和该点的电场强度方向一致 。
等势面定义
电势相等的各个点构成的面。
电场线的性质
电场线从正电荷或无限远处出发，终止于负电荷 或无限远处；电场线不相交、不相切；在同一幅 图中，电场强度较大的地方，电场线较密；电场 强度较小的地方，电场线较疏。
带电粒子在交变电场中的运动
当交变电场的频率与带电粒子的固有频率相等时，发生共振现象；当交变电场的频率与带 电粒子的固有频率不相等时，根据受力情况分析运动情况。
02
直流电路分析
欧姆定律及应用
欧姆定律内容
在线性电阻元件中，电压 与电流成正比，电阻保持 恒定。
欧姆定律公式
U=IR，其中U为电压，I为 电流，R为电阻。
无线通信分类
根据通信距离和传输方式可分为长波通信、中波通信、短 波通信、超短波通信和微波通信等。
有线通信原理简介
有线通信系统组成
包括信源、信道和信宿三部分。
ห้องสมุดไป่ตู้有线通信原理
利用金属导线或光纤等有线传输介质，通过电信号或光信号的传输 来实现通信。有线通信具有传输稳定、抗干扰能力强等优点。
物理竞赛实验辅导课件电学100页PPT
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29、在一切ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
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30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃
END
物理竞赛实验辅导课件电学
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26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
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28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
高中物理奥林匹克竞赛专题---电学复习(共16张PPT)
P Pi
V
对各向同性电介质： P0r 1E
（3）束缚电荷面密度： Pn
基本内容
第八、九章 电学复习
2、电位移 D
（1）定义： D0EP
（2）对于各向同性电介质：
D0r EE
三、有介质时的高斯定理：
DdS S
q自由 i
i
基本内容
第八、九章 电学复习
—方向垂直于带电平
基本内容
第八、九章 电学复习
第九章 静电场中的导体和电介质
一、静电场中的导体：
1、静电平衡条件： E 内 0， E表 面 表面
或：导体为等势体，表面为等势面。
2、静电平衡时导体上的电荷分布：
（1）电荷全部分布在导体表面，导体内部各处净电荷
为零。
（2）表面上各处电荷面密度与该处表面紧邻处的电场
1、电容器的能量：
W eQ 2 C 21 2C V A V B21 2Q V A V B
2、电场的能量密度：
we
1E2
2
1DE 2
3、电场的能量：
W eVw edV V1 2E2dV V1 2DEdV
基本内容
第八、九章 电学复习
二、基本规律、定理：
1、库仑定律：
F
1
40
q1q2 r2
r0
2、高斯定理：
EdS
S
1
0
qi
—说明静电场是 有源场。
高斯定理的意义：
（1）理论上，揭示了静电场是有源场基本性质；
（2）应用上，提供了另一种求
E
的简便方法。
适用高斯定理求电场强度的：球对称，轴对称，面对称
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。
物理竞赛电学讲义
静电场之阳早格格创做一、电场强度1、真验定律a 、库仑定律：[真量]条件：⑴面电荷，⑵真空，⑶面电荷停止或者相对付停止.到底上，条件⑴战⑵均不克不迭视为对付库仑定律的节制，果为叠加本理不妨将面电荷之间的静电力应用到普遍戴电体，非真空介量不妨通过介电常数将k 举止建正(如果介量分集是匀称战“充分宽大”的，普遍认为k′= k /εr ).惟有条件⑶，它才是静电教的基础前提战出收面(然而那一面又是时常被沉视战被不妥当天“概括应用”的).b 、电荷守恒定律c 、叠加本理2、电场强度a 、电场强度的定义(使用下斯定理)电场的观念；探索电荷(考验电荷)；定义表示着一种适用于所有电场的对付电场的检测脚法；电场线是抽象而直瞅天形貌电场灵验工具(电场线的基础属性).b 、分歧电场中场强的估计：决断电场强强的果素有二个，场源(戴电量战戴电体的形状)战空间位子.那不妨从分歧电场的场强决断式瞅出——⑴面电荷：E = k 2r Q分离面电荷的场强战叠加本理，咱们不妨供出所有电场的场强⑵匀称戴电环，笔直环里轴线上的某面P ：E = 2322)R r (k Qr+，其中r 战R 的意思睹图.⑶匀称戴电球壳里里：E 内 = 0中部：E 中 = k 2r Q ，其中r 指观察面到球心的距离 如果球壳是有薄度的的(内径R 1 、中径R 2)，正在壳体中(R 1＜r ＜R 2)：E =2313r R r k 34-πρ ，其中ρ为电荷体稀度.那个式子的物理意思不妨参照万有引力定律核心(条件部分)的“剥皮规则”明白〔)R r (3433-πρ即为图中真线以里里分的总电量〕.⑷无限少匀称戴电直线(电荷线稀度为λ)：E = r k 2λ⑸无限大匀称戴电仄里(电荷里稀度为σ)：E = 2πkσ二、电势1、电势：把一电荷从P 面移到参照面P 0时电场力所搞的功W 与该电荷电量q 的比值，即U = q W 参照面即电势为整的面，常常与无贫近或者天里为参照面.战场强一般，电势是属于场自己的物理量.W 则为电荷的电势能.2、典型电场的电势a 、面电荷以无贫近为参照面，U = k r Q b 、匀称戴电球壳以无贫近为参照面，U 中 = k r Q，U 内 = k R Q3、电势的叠加：由于电势的是标量，所以电势的叠加遵循代数加法.很隐然，有了面电荷电势的表白式战叠加本理，咱们不妨供出所有电场的电势分集.4、电场力对付电荷搞功W AB = q(U A－ U B)= qU AB三、静电场中的导体静电感触→静电仄稳(狭义战广义)→静电屏蔽1、静电仄稳的个性不妨归纳为以下三层含意a、导体里里的合场强为整；表面的合场强不为整且普遍各处不等，表面的合场强目标经常笔直导体表面.b、导体是等势体，表面是等势里.c、导体里里不洁电荷；孤坐导体的洁电荷正在表面的分集情况与决于导体表面的直率.2、静电屏蔽导体壳(网罩)不接天时，不妨真止中部对付里里的屏蔽，然而不克不迭真止里里对付中部的屏蔽；导体壳(网罩)接天后，既可真止中部对付里里的屏蔽，也可真止里里对付中部的屏蔽.四、电容1、电容器：孤坐导体电容器→普遍电容器2、电容a、定义式、决断式.决断电容器电容的果素是：导体的形状战位子关系、绝缘介量的种类，所以分歧电容器有分歧的电容——（1）仄止板电容器ε为千万于介电常数(真空中ε0=k 41π，其余介量中ε=k 41'π)，εr 则为相对付介电常数，εr =0εε（2）球形电容器：C=)R R (k R R 1221r -ε3、电容器的对接a 、串联C 1=1C 1+2C 1+3C 1+ … +n C 1b 、并联 C =C 1 + C 2 + C 3 + … + C n4、电容器的能量 用图表征电容器的充电历程，“搬运”电荷搞功W 便是图中阳影的里积，那也便是电容器的储能E=21q 0U 0=21C 20U = 21C q 20电场的能量：电容器储藏的能量到底是属于电荷仍旧属于电场？精确问案是后者，果此，咱们不妨将电容器的能量用场强E 表示.对付仄止板电容器 E 总 = k 8SdπE 2认为电场能匀称分集正在电场中，则单位体积的电场储能 w =k 81πE 2 .而且，那以论断适用于非匀强电场.五、电介量的极化要害模型与博题一、场强战电场力 【物理情形1】试说明：匀称戴电球壳里里任性一面的场强均为整.【模型变更】半径为R 的匀称戴电球里，电荷的里稀度为σ，试供球心处的电场强度.〖思索〗如果那个半球里正在yoz仄里的二边匀称戴有同种电荷，里稀度仍为σ，那么，球心处的场强又是几？【物理情形2】有一个匀称的戴电球体，球心正在O面，半径为R ，电荷体稀度为ρ ，球体内有一个球形空腔，空腔球心正在O′面，半径为R′，O O = a ，试供空腔中各面的场强.二、电势、电量与电场力的功【物理情形1】如图所示，半径为R的圆环匀称戴电，电荷线稀度为λ，圆心正在O面，过圆心跟环里笔直的轴线上有P面，PO = r ，以无贫近为参照面，试供P面的电势U P .〖思索〗将环换成半径为R的薄球壳，总电量仍为Q ，试问：(1)当电量匀称分集时，球心电势为几？球内(包罗表面)各面电势为几？(2)当电量不匀称分集时，球心电势为几？球内(包罗表面)各面电势为几？【相关应用】如图所示，球形导体空腔内、中壁的半径分别为R1战R2，戴有洁电量+q ，当前其里里距球心为r的场合搁一个电量为+Q的面电荷，试供球心处的电势.〖训练〗如图所示，二个极薄的共心导体球壳A战B，半径分别为R A战R B，现让A壳接天，而正在B壳的中部距球心d的场合搁一个电量为+q的面电荷.试供：(1)A球壳的感触电荷量；(2)中球壳的电势.【物理情形2】图中，三根真线表示三根尾尾贯串的等少绝缘细棒，每根棒上的电荷分集情况与绝缘棒皆换成导体棒时真足相共.面A是Δabc的核心，面B则与A相对付bc棒对付称，且已测得它们的电势分别为U A战U B .试问：若将ab棒与走，A、B二面的电势将形成几？〖训练〗电荷q匀称分集正在半球里ACB上，球里半径为R ，CD为通过半球顶面C战球心O的轴线，如图所示.P、Q为CD轴线上相对付O面对付称的二面，已知P面的电势为U P，试供Q面的电势U Q .【物理情形3】如图所示，A、B二面相距2L ，圆弧D C O 是以B为圆心、L为半径的半圆.A处搁有电量为q的电荷，B处搁有电量为－q的面电荷.试问：(1)将单位正电荷从O面沿D C O 移到D面，电场力对付它搞了几功？(2)将单位背电荷从D面沿AB的延少线移到无贫近处去，电场力对付它搞几功？【相关应用】正在不计沉力空间，有A、B二个戴电小球，电量分别为q1战q2，品量分别为m1战m2，被牢固正在相距L的二面.试问：(1)若排除A球的牢固，它能赢得的最大动能是几？(2)若共时排除二球的牢固，它们各自的赢得的最大动能是几？(3)已排除牢固时，那个系统的静电势能是几？〖思索〗设三个面电荷的电量分别为q1、q2战q3，二二相距为r12、r23战r31，则那个面电荷系统的静电势能是几？〖反馈应用〗如图所示，三个戴共种电荷的相共金属小球，每个球的品量均为m 、电量均为q ，用少度为L的三根绝缘沉绳对接着，系统搁正在光润、绝缘的火仄里上.现将其中的一根绳子剪断，三个球将启初疏通起去，试供中间那个小球的最大速度.三、电场中的导体战电介量【物理情形】二块仄止搁置的很大的金属薄板A战B，里积皆是S ，间距为d(d近小于金属板的线度)，已知A板戴洁电量+Q1，B板戴尽电量+Q2，且Q2＜Q1，试供：(1)二板内中表面的电量分别是几；(2)空间各处的场强；(3)二板间的电势好.【模型变更】如图所示，一仄止板电容器，极板里积为S ，其上半部为真空，而下半部充谦相对付介电常数为εr的匀称电介量，当二极板分别戴上+Q战−Q的电量后，试供：(1)板上自由电荷的分集；(2)二板之间的场强；(3)介量表面的极化电荷.〖思索应用〗一个戴电量为Q的金属小球，周围充谦相对付介电常数为εr的匀称电介量，试供与与导体表面交战的介量表面的极化电荷量.四、电容器的相关估计【物理情形1】由许多个电容为C的电容器组成一个如图所示的多级搜集，试问：(1)正在终尾一级的左边并联一个多大电容C′，可使所有搜集的A、B二端电容也为C′？(2)不接C′，然而无限天减少搜集的级数，所有搜集A、B二端的总电容是几？【物理情形2】如图所示的电路中，三个电容器真足相共，电源电动势ε1 = 3.0V ，ε2 =4.5V，启关K1战K2接通前电容器均已戴电，试供K1战K2接通后三个电容器的电压U ao、U bo战U co 各为几.【训练】1.把二个相共的电量为q的面电荷牢固正在相距l的场合，正在二者中间搁上第三个品量为m的电量亦为q的面电荷，现沿电荷连线目标给第三个面电荷一小扰动，说明随之爆收的小幅振荡为简谐疏通并供其周期T．2.匀称戴电球壳半径为R，戴正电，电量为Q，若正在球里上划出很小一齐，它所戴电量为q．试供球壳的其余部分对付它的效用力．3.一个半径为a的孤坐的戴电金属丝环，其核心电势为U0．将此环靠拢半径为b的接天的球，惟有环核心O位于球里上，如图．试供球上感触电荷的电量．4.半径分别为R1战R2的二个共心半球相对付搁置，如图所示，二个半球里匀称戴电，电荷稀度分别为σ1战σ2，试供大的半球里所对付应底里圆直径AOB上电势的分集5.如图，电场线从正电荷＋q1出收，与正面电荷及背面电荷的连线成α角，则该电场线加进背面电荷－q2的角度β是多大？6.如图，二个以O为球心的共心金属球壳皆接天，半径分别是r、R．当前离O为l（r＜l＜R）的场合搁一个面电荷q．问二个球壳上的感触电荷的电量各是几？7.半径为R2的导电球壳包抄半径为R的金属球，金属球本去具备电势为U，如果让球壳接天，则金属球的电势形成几？8.二个电量q相等的正面电荷位于一无贫大导体仄板的共一侧，且与板的距离均为d，二面电荷之间的距离为2d．供正在二面电荷联线的中面处电场强度的大小与目标．9.正在极板里积为S，相距为d的仄止板电容器内充谦三种分歧的介量，如图所示．⑴如果改用共一种介量充谦板间而电容与之前相共，那种介量的介电常数应是几？⑵如果正在ε3战ε1、ε2之间插有极薄的导体薄片，⑴问的截止应是几？10.球形电容器由半径为r的导体球战与它共心的球壳形成，球壳内半径为R，其间一半充谦介电常数为ε的匀称介量，如图所示，供电容.11.如图所示的二块无限大金属仄板A、B均接天，当前二板之间搁进面电荷q，使它距A板r，距B板R．供A、B二板上的感触电荷电量各怎么样？12.如图所示的电路中，C 1＝4C 0，C 2＝2C 0，C 3＝C 0，电池电动势为，不计内阻，C 0与为已知量．先正在断启S 4的条件下，接通S 1、S 2、S 3，令电池给三个电容器充电；而后断启S 1、S 2、S3，接通S 4，使电容器搁电，供：搁电历程中，电阻R 上总合爆收的热量及搁电历程达到搁电总量一半时，R 上的电流．13.如图所示，一薄壁导体球壳（以下简称为球壳）的球心正在O 面．球壳通过一细导线与端电压90V U =的电池的正极贯串，电池背极接天．正在球壳中A 面有一电量为911010Cq =⨯－的面电荷，B 面有一电量为921610Cq =⨯－的面电荷.OA 之间的距离120cm d =，OB 之间的距离240cm d =．现设念球壳的半径从10cm a =启初缓缓天删大到50cm，问：正在此历程中的分歧阶段，天里流背球壳的电量各是几？己知静电力恒量922910N m C k =⨯⋅⋅－．假设面电荷能脱过球壳壁加进导体球壳内而不与导体壁交战.稳恒电流一、欧姆定律1、电阻定律a 、电阻定律 R = ρS lb 、金属的电阻率 ρ = ρ0(1 + αt) 2、欧姆定律a 、中电路欧姆定律 U = IR ，顺着电流目标电势降降b 、含源电路欧姆定律正在如图所示的含源电路中，从A 面到B 面，遵照准则：①逢电阻，顺电流目标电势降降(顺电流目标电势降下)②逢电源，正极到背极电势降降，背极到正极电势降下(与电流目标无关)，不妨得到关系式：U A − IR − ε − Ir = U B 那便是含源电路欧姆定律. c 、关合电路欧姆定律正在图中，若将A 、B 二面短接，则电流目标只大概背左，含源电路欧姆定律成为U A + IR − ε + Ir = U B = U A 即 ε = IR + Ir 或者 I =rR +ε那便是关合电路欧姆定律.值得注意的的是：①对付于搀杂电路，“搞路电流I”不克不迭搞千万于的明白(所有要观察的一条路均可视为搞路)；②电源的观念也是相对付的，它不妨是多个电源的串、并联，也不妨是电源战电阻组成的系统；③中电阻R 不妨是多个电阻的串、并联或者混联，然而不克不迭包罗电源. 二、搀杂电路的估计1、戴维北定理：一个由独力源、线性电阻、线性受控源组成的二端搜集，不妨用一个电压源战电阻串联的二端搜集去等效.(到底上，也可等效为“电流源战电阻并联的的二端搜集”——那便成了诺顿定理.)应用要领：其等效电路的电压源的电动势等于搜集的启路电压，其串联电阻等于从端钮瞅进去该搜集中所有独力源为整值时的等效电阻.2、基我霍妇(克希科妇)定律a、基我霍妇第一定律：正在任一时刻流进电路中某一分节面的电流强度的总战，等于从该面流出的电流强度的总战.比圆，正在上图中，针对付节面P ，有I2 + I3 = I1基我霍妇第一定律也被称为“节面电流定律”，它是电荷受恒定律正在电路中的简直体现.对付于基我霍妇第一定律的明白，近去已经拓展为：流进电路中某一“包涵块”的电流强度的总战，等于从该“包涵块”流出的电流强度的总战.b、基我霍妇第二定律：正在电路中任与一关合回路，并确定正的绕止目标，其中电动势的代数战，等于各部分电阻(正在接流电路中为阻抗)与电流强度乘积的代数战.比圆，正在上图中，针对付关合回路①，有ε3−ε2 = I3 ( r3 + R2 + r2 ) − I2R2基我霍妇第二定律到底上是含源部分电路欧姆定律的变体3、Y−Δ变更正在易以瞅浑串、并联关系的电路中，举止“Y型−Δ型”的相互变更时常是需要的.正在图所示的电路中R c bR aY→Δ的变更稍稍搀杂一些，然而咱们仍旧不妨得到R1=3三、电功战电功率1、电源：使其余形式的能量转移成电能的拆置.如收电机、电池等.收电机是将板滞能转移成电能；搞电池、蓄电池是将化教能转移成电能；光电池是将光能转移成电能；本子电池是将本子核搁射能转移成电能；正在电子设备中，偶我也把变更电能形式的拆置，如整流器等，动做电源瞅待.电源电动势定义为电源的启路电压，内阻则定义为不电动势时电路通过电源所逢到的电阻.据此不易推出相共电源串联、并联，以至分歧电源串联、并联的时的电动势战内阻的值.比圆，电动势、内阻分别为ε1、r1战ε2、r2的电源并联，形成的新电源的电动势ε战内阻r分别为2、电功、电功率：电流利过电路时，电场力对付电荷做的功喊搞电功W.单位时间内电场力所做的功喊搞电功率P .估计时，惟有W = UIt战P = UI是真足不条件的，对付于不含源的杂电阻，电功战焦耳热沉合，电功率则战热功率沉合，有W = I2Rt = R U2t战P = I2R =R U2 .对付非杂电阻电路，电功战电热的关系依据能量守恒定律供解.要害模型战博题一、杂电阻电路的简化战等效1、等势缩面法：将电路中电势相等的面缩为一面，是电路简化的道路之一.至于哪些面的电势相等，则需要简直问题简直领会【物理情形1】正在图所示的电路中，R1= R2= R3= R4= R5 = R ，试供A、B二端的等效电阻R AB .【物理情形2】正在图所示的有限搜集中，每一小段导体的电阻均为R ，试供A、B二面之间的等效电阻R AB .3、电流注进法【物理情形】对付图所示无限搜集，供A、B二面间的电阻R AB .4、增加等效法【物理情形】正在图8-11甲所示无限搜集中，每个电阻的阻值均为R ，试供A、B二面间的电阻R AB .【概括应用】正在图所示的三维无限搜集中，每二个节面之间的导体电阻均为R ，试供A、B二面间的等效电阻R AB .二、含源电路的简化战估计1、戴维北定理的应用【物理情形】正在如图所示电路中，电源ε = 1.4V，内阻不计，R1 = R4= 2Ω，R2 =R3 = R5= 1Ω，试用戴维北定明白流过电阻R5的电流.用基我霍妇定律解所示电路中R5的电流(所有已知条件稳定).2、基我霍妇定律的应用【物理情形1】正在图所示的电路中，ε1 = 32V，ε2 = 24V，二电源的内阻均不计，R1= 5Ω，R2= 6Ω，R3= 54Ω，供各收路的电流.【物理情形2】供解图所示电路中流过30Ω电阻的电流.训练：1.如图所示，一少为L的圆台形匀称导体，二底里半径分别为a战b，电阻率为ρ．试供它的二个底里之间的电阻．2.如图所示，12个阻值皆是R的电阻，组成一坐圆体框架，试供AC间的电阻R AC、AB间的电阻R AB与AG间的电阻R AG．3.如图所示的一个无限的仄里圆格导线网，对接二个结面的导线的电阻为r0，如果将A战B接进电路，供此导线网的等效电阻R AB．4.有一无限大仄里导体搜集，它有大小相共的正六边形网眼组成，如图所示，所有六边形每边的电阻均为R0，供间位结面a、b间的等效电阻．5.如图是一个无限大导体搜集，它由无数个大小相共的正三角形网眼形成，小三角形每边的电阻均为r，供把该搜集中相邻的A、B二面接进电路中时，AB间的电阻R AB．6.如图所示的仄止板电容器极板里积为S，板间充谦二层匀称介量，它们的薄度分别为d1战d2，介电常数为ε1战ε2，电阻率分别为ρ1战ρ2，当板间电压为U时，供⑴通过电容器的电流；⑵电容器中的电场强度；⑶二介量接界里上自由电荷里稀度．7.有二个电阻1战2，它们的阻值随所加电压的变更而改变，从而它们的伏安个性即电压战电流不再成正比关系（那种电阻称为非线性电阻）.假设电阻1战电阻2的伏安个性图线分别如图所示.现先将那二个电阻并联，而后接正在电动势E 、内电阻r 0的电源上.试利用题给的数据战图线正在题图中用做图法读得所需的数据，从而分别供出电阻1战电阻2上消耗的功率P 1战P 2.央供：i ．正在题图上绘出所做的图线．（只按所绘图线评分，不央供写出绘图的步调及缘由）ii ．从图上读下所需物理量的数据（与二位灵验数字），分别是：；iii ．供出电阻R 1消耗的功率P 1=，电阻R 2消耗的功率P 2=.8.示.试供：1.. 2. . 9.正在图所示的搜集中，仅了解部分收路上电流值及其目标、某些元件参数战收路接面的电势值（有关数值及参数已标正在图上）.请您利用所给的有关数值及参数供出含有及其目标.R 图复15 - 610.如图1所示的电路具备把输人的接变电压形成直流电压并加以降压、输出的功能，称为整流倍压电路.1D 战2D 是理念的、面交战型二极管（不思量二极管的电容），1C 战2C 是理念电容器，它们的电容皆为C ，初初时皆不戴电，G 面接天.当前A 、G 间接上一接变电源，其电压A u ，随时间t 变更的图线如图2所示．试分别正在图3战图4中准确天绘出D 面的电压D u 战B 面的电压B u 正在t ＝0到t=2T 时间隔断内随时间t 变更的图线，T 为接变电压A u 的周期.图2图3 图411.如图所示的电路中，各电源的内阻均为整，其中B 、C 二面与其左圆由的电阻战的电阻形成的无贫推拢电路相接．供图中10μF 的电容器与E 面相接的极板上的电荷量．磁场一、磁场与安培力 1、磁场…20μF 10μF 20μF D Ω Ω Ω18Ω 30Ω20V 10V 24V…a、永磁体、电流磁场→磁局里的电真量b、磁感强度、磁通量c、稳恒电流的磁场：毕奥·萨伐我定律(Biot-Savart law)对付于电流强度为I 、少度为dI的导体元段，正在距离为r的面激励的“元磁感触强度”为dB .矢量式矢量)；或者用大小关系式dB =标亦可.其中k = 1.0×10−7N/A2 .应用毕萨定律再分离矢量叠加本理，不妨供解所有形状导线正在所有位子激励的磁感强度.毕萨定律应用正在“无限少”直导线的论断：毕萨定律应用正在“无限少”螺线管里里的论断：B = 2πknI .其中n为单位少度螺线管的匝数.2、安培力a、对付直导体，矢量式为F = BILsinθ再分离“左脚定则”办理目标问题(θ为B与L的夹角).b、蜿蜒导体的安培力真足合力：合线导体所受安培力的合力等于对接初终端连线导体(电流稳定)的的安培力.二、洛仑兹力1、观念与顺序a 、f =q B v ⨯，或者展启为f = qvBsinθ再分离左、左脚定则决定目标(其中θ为B 与v 的夹角).安培力是洪量戴电粒子所受洛仑兹力的宏瞅体现.b 、能量本量：由于f 总笔直B 与v 决定的仄里，故f 总笔直v ，只可起到改变速度目标的效用.论断——洛仑兹力可对付戴电粒子产死冲量，却不可能搞功(或者洛仑兹力可使戴电粒子的动量爆收改变却不克不迭使其动能爆收改变) 问题：安培力不妨搞功，为什么洛仑兹力不克不迭搞功？2、仅受洛仑兹力的戴电粒子疏通a 、v ⊥B 时，匀速圆周疏通，半径r=qB mv ，周期T=qB m 2π b 、v 与B 成普遍夹角θ时，搞等螺距螺旋疏通，半径r=qB sin mv θ，螺距d=qB cos mv 2θπ3、磁散焦a 、结构：如图，K 战G 分别为阳极战统制极，A 为阳极加共轴节制膜片，螺线管提供匀强磁场.b 、本理：由于统制极战共轴膜片的存留，电子进磁场的收集角极小，即速度战磁场的夹角θ极小，各粒子搞螺旋疏通时不妨认为螺距相互相等(半径不妨不等)，故所有粒子会“散焦”正在荧光屏上的P 面.4、回旋加速器a 、结构&本理(注意加速时间应忽略)b 、磁场与接变电场频次的关系：果回旋周期T 战接变电场周期T′必相等，故 qB m 2 =f 1c 、最大速度 v max =m qBR = 2πRf典型例题剖析一、磁场与安培力的估计【例题1】二根无限少的仄止直导线a 、b 相距40cm ，通过电流的大小皆是3.0A ，目标好同.试供位于二根导线之间且正在二导线天圆仄里内的、与a 导线相距10cm 的P 面的磁感强度.【例题2】半径为R ，通有电流I 的圆形线圈，搁正在磁感强度大小为B 、目标笔直线圈仄里的匀强磁场中，供由于安培力而引起的线圈内弛力.二、戴电粒子正在匀强磁场中的疏通【例题3】电子品量为m 、电量为q ，以初速度v 0笔直磁场加进磁感强度为B 的匀强磁场中.某时刻，电子第一次通过图9-12所示的P 面，θ为已知量，试供：(1)电子从O 到P 经历的时间(2)O→P 历程洛仑兹力的冲量.三、戴电粒子正在电磁复合场中的疏通普遍思量二种典型的复合情形：B战E仄止，B战E笔直.对付于前一种情形，如果v0战B(E)成θ角，不妨将v0领会为v0τ战v0n，则正在n目标粒子搞匀速圆周疏通，正在τ目标粒子搞匀加速疏通.所以，粒子的合疏通是螺距递加(或者递减)的螺线疏通.对付于后一种情形(笔直复合场)，易度较大，必须起用能源教工具战能量(动量)工具共共供解.普遍论断是，当v0战B 笔直而战E成普遍夹角时，粒子的轨迹是晃线(的周期性贯串).【例题】正在三维直角坐标中，沿+z目标有磁感强度为B 的匀强磁场，沿−z目标有电场强度为E的匀强电场.正在本面O有一品量为m 、电量为−q的粒子(不计沉力)以正x目标、大小为v的初速度收射.试供粒子再过z轴的坐标与时间.【例题】正在相互笔直的匀强电、磁场中，E、B值已知，一个品量为m 、电量为+q的戴电微粒(沉力不计)无初速天释搁，试定量觅供该粒子的疏通顺序.电磁感触一、楞次定律1、定律：感触电流的磁场经常阻拦引起感触电流的磁通量的变更.注意面：阻拦“变更”而非阻拦本磁场自己；二个磁场的存留.2、能量真量：收电截止经常阻拦收电历程自己——能量守恒决断了楞次定律的必定截止.【例题1】正在图所示的拆置中，令变阻器R 的触头背左移动，推断移动历程中线圈的感触电流的目标.二、法推第电磁感触定律1、定律：关合线圈的感触电动势战脱过此线圈的磁通量的变更率成正比，即ε= N t ∆φ∆物理意思：N 为线圈匝数；t ∆φ∆有瞬时变更率战仄稳变更率之分，正在定律中的ε分别对付应瞬时电动势战仄稳电动势. 图象意思：正在φ－t 图象中，瞬时变更率t ∆φ∆对付应图线切线的斜率.【例题】里积为S 的圆形(或者所有形)线圈绕仄止环里且笔直磁场的轴匀速转化.已知匀强磁场的磁感触强度为B ，线圈转速为ω，试供：线圈转至图所示位子的瞬时电动势战从图示位子启初转过90°历程的仄稳电动势.2、动死电动势：磁感触强度稳定而果关合回路的真足或者局部疏通产死的电动势成为动死电动势.正在磁感触强度为B 的匀强磁场中，当少为L 的导体棒一速度v 仄动切割磁感线，且B 、L 、v 二二笔直时，ε=。
大学物理竞赛专题辅导之电学
变1. 如图所示，在点电荷q 的电场中，取半径为R 的
圆形平面。设q在垂直于平面并通过圆心o的轴线上A
点处，A点及圆心o点的距离为d 试计算通过此平面的
E 通量。
r
解：A点对平面所张的立体角
Rd
ε 为：
Ω=
2πr(r
r2
d) =2π(rr
d)
o
通过整个球面(即立体角4π)为的电通量为
q
通过圆平面的电通量为
σ P
+q
d
三、静电平衡问题的计算
大学物理竞赛培训第四讲
变1、带电导体球O和无限大均匀带电平面如图放置，
P为导体球表面附近一点，若无限大带电平面的面电荷
密度为 1 ，P点附近导体球表面的面电荷密度为 2 ，则
P点电场强度的大小等于__________。
解：导体球达到静电平衡后，导体 球为等势体，其内部场强为零，球 表面的电荷形成稳定分布
解：当金属球达到最高电势时，质子轨迹刚好及金属球相切。
此时，质子及金属球组成的系统角动量守恒，且机械能守恒。
m0dmr
12m02
eU1m2
2
U
1
d2 r2
Ek0 e
e 0
d rO
q
三、静电平衡问题的计算
大学物理竞赛培训第四讲
1、导体的静电平衡状态及其特点
【静电平衡状态】导体的内部和表面都没有电荷 作任何宏观定向运动的状态.
均均匀匀带带U 电电球球r体体 内内r R 、某E 外点内 的的d 场电l强势 ：R E E 外 内d l 3 r060(E3 R 外2 r 32 R)03rr3
对 腔 O 2 点 r: 内 U ， a ( ,r r ) U 0 1 电 U 2 6 U 势 0 O [ 23 R (6 1 2 0r (2 3) R 12( 3 R 32 2 R 22r 2 a)2)]
电路竞赛讲座
物理竞赛辅导电流定律知识网络、电流、电压、电阻及欧姆定律、电流、电压、电阻及其关系物理量电流（I）电压（U）电阻（R）概念单位时间内通过导体横截使导体中的自由电荷导体对电流的阻碍面的电量发生移动形成电流作用的大小定义式I=Q/t U=W/Q R=U/I单位安培（A）1A=1000mA1 mA=1000 微安伏特（V）1KV=1000V1V=1000mV1mV=1000 微伏欧姆（Q）1M Q =1000K Q1K Q =1000 Q直接测量仪表安培表伏特表欧姆表（1）内容：导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比, 跟这段导体的相互关系欧姆定律电阻成反比。
（2 ）科学方法：控制变量法（3）公式：l=U/R（4）I-U图象（伏安特性曲线）纯电组非纯电阻2、决定电阻大小的因素电阻是导体本身的一种性质，它的大小取决于导体本身的长度、材料、横截面积。
另外，电阻的大小与温度有关。
温度越高，导体的电阻越大、温度越低，电阻越小。
白炽灯泡最容易在开灯的瞬间断灯丝，就是由于在开灯的瞬间，灯丝温度低，电阻小，据P=U2/R，U不变，P就很大，灯丝容易断。
3、“伏安法”测电阻（1）利用安培表和伏特表，测出待测电阻Rx通过的电流I和两端的电压U，就可据R x=U/I算出待测电阻。
（2）伏安法测电阻的两种电路。
伏安法测电阻原理虽然简单，但由于电压表的内阻不是无限大，电流表的内阻不是无限小，所以把它们接入电路时，会给测量带来误差。
①电流表外接法如右图：由于电压表与R x并联，而分走一部分电流l v,则R x的真实值应为R x= U/Ix。
显然，由于l=l v+ l x,所以U/Ix>U/I ，即用电流表外接法，测得的阻值偏小。
电压表的阻值越大，R x的阻值越小，由于电压表分流作用引起的误差就越小，所以外接法适用于被测阻值R x比较小的电阻。
②电流表的内接法如右图，电流表与R x串联，而分走一部分电压，存在关系U=U A+U X。
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把单位正电荷经电源内部由负极移 向正极过程中非静电力所作的功.
EK
FK q
场中某点的非静 电场强为单位正 电荷在该点受的 非静电力.
EK dl EK dl
L
例：
I
E
I
Ek
§4 欧姆定律和电阻
一.欧姆定律 1. 一段无源电路的欧姆定律
a）积分形式 b）微分形式
电流场：导体内每一点都有对应的 j (x, y, z)
二.电流密度(微观量) current density
1.导体中某点的电流密度
dI
ds
J dI dS
ds
j
大小:垂直于电流方向的单位面积上的电流强度。 方向为该点正电荷定向移动的方向。 单位：安培/米2
设每个载流子电量为 q 载流子数密度为 n
节点电流定律 (基尔霍夫第一定律)
稳
恒电路中流入节点的电流等于流出节点的电流
SJ ds 0
o
I1
I3 I2
三.稳恒电场
1.稳恒电场
--对稳恒电路,导体内存在稳恒电场. --对稳恒电场,由不随时间改变的电荷分布产生.
2.稳恒电场和静电场比较
相同之处:
--电场不随时间改变. 满足高斯定理.
环路定理,是保守场引入电势.
一、电路上两点的电势差
一段含源电路 a。I R c Ri 。b
欧姆定律微分形式的推广
j (E Ek )
计算 a 、b 两端的电势差
b
c
b
Va Vb
E dl
a
E dl
a
E dl
c
c
cj
c jS
c dl
c
而
a E dl
a
dl
a
dl S
I
a
S
I a dR IR
j (E Ek ) a。I R c Ri 。b
IR IR ——闭合电路的欧姆定律
约定：
IR
I
-IR
I
一段含源电路
a。 I
R c Ri 。b
Va Vb IR IR Vb Va IR IR'
2.一段有源电路的欧姆定律
Uab IiRi i
a o 1 R1
R2
2
b
I
I1
R3
c
I3
3.闭和回路的欧姆定律
I2
I
Rr
-E- dl 0
--满L足
回路电压定律(基尔霍夫第二定律)
稳恒
电路中沿任何闭合回路的电动势之和等于电压降之和
不同之处：
--产生稳恒电流的电荷是运动的电荷,
电荷分布不随时间改变.
--稳恒电场的存在伴随着能量的转移.
§3 电动势
一.电源及电源的作用
非静电力electromotive force 非静电力场强non-electrostatic force
§2 稳恒电流与稳恒电场
一.稳恒电流 二.稳恒条件
电流场中每一点的电流密度的 大小和方向均不随时间改变.
SJ ds 0
dq内 0 dt
J线
S
封闭面上的电流密度的通量等于零。
或流进封闭面的电流等于流出封闭面电流。 或稳恒电流的电路必须闭合。
由稳恒条件可得出几个结论
---导体表面电流密度矢量均无法向分量(沿轴向). ---对无分支稳恒电路,各横截面电流强度相等.
R12
r2 dR
r1
r2 dr 1 ( 1 1 )
r1 2 r 2 2 r1 r2
V1
V2
IR12
I
2
1 ( r1
1 r2
)
跨步电压
另一种解法：
j E
j I
2 r2
E
I
2
r2
I
r2 r1 r
V1 V2
r2 Edr 1 ( 1 1 )
大学物理 竟赛辅导 -电磁学-
College Physics
从场的角度认识…
§1 电流和电流密度
一.电流强度(宏观量)
current strength
大小：单位时间内通过导 体某一横截面的电量 方向：正电荷运动的方向 单位：安培
S
q
t
E
I dq dt
需要引入描述电流的空间分布的物 理量——电流密度
b
E dl
c
b c
(
j
Ek
)
dl
b js dl
c s
b
c Ek dl
b
I c dR IR
Va Vb IR IR
或 Vb Va IR IR
讨论：1. 不含源的简单电路： 0, R 0
Va Vb IR ——简单电路的欧姆定律
2. 闭合电路：Va Vb 0
d1和d2，导体的横截面积为S，流过的电流为I。求：
（1）两层导电介质中的电场强度； （2）每层导电介质两端的电势差。
I
1 2
I
d1 d2
解：（1）由欧姆定律的微分形式，有：
E
j
I
S
于是：
I
E1 1S
E2
I
2S
（2）根据电势的定义可得：
U1
E1d1
Id 1
1S
U2
E2d2
Id 2
2S
恒定电流电路定律
平均漂移速度的大小 vd
dI qnvddS
j
dI dS
nqvd
dS E
I
矢量式
j nqvd
q 0, j 与 vd 同向 q 0, j 与 vd 反向
2.电流密度和电流强度的关系
“一个矢量场和它的通量的关系”
dI Jds J ds
I SJ ds
dS
J
S
电流场中的电流线
因为电荷守恒定律,则有…
dS
Edl dU
U E U dU
dS
I
dl
dI Edl E dS dI E
R
dS
j // E
j E
导体中任意一点的电流密度与该点处的电场强度成 正比，两者方向平行
微分欧姆定律举例
例：如图，两边为电导率很大的导体，中间两层是电导 率分别为 1 和 2 的均匀导电介质，它们的厚度分别为
三.电流连续性方程
dq内 0
J线
dt
S
“电流线发出于正电荷 减少的地方,终止于正 电荷增加的地方”.
J
ds
dq内
S
dt
电流线流出 封闭面即电 流流出时：
电流线流进 封闭面即电 流流进时：
I (SJ ds )0,
I (SJ ds )0,
dq内 0 dt
封闭面内 电荷减少
dq内 0 dt
封闭面内 电荷增加
二.电阻
t 0 (1t)
R l
S
R
dR
dl S
例：
I
R
半径为a
R
dl
S
a 0
dr
2r2
例 一半径为 r 的半球形电极埋在大地里，大地
视为均匀的导电介质，其电导率为 ，求接地电阻。
若通有电流I，求半径为 r1，r2 两个球面的电压。
解：
I
dr
1
R
r
dR
r
2 r2
2 r
r2 r1 r
1/ R
1/
I U R U
J E
导体中任一点电流密度的 方向(正电荷运动方向)和 该点场强方向相同.
欧姆定律的微分形式
欧姆定律
I U1 U2
U1
R
I
U2
对于柱形材料 R l
S
:电阻率
1 :电导率
欧姆定律的微分形式 的推导
dI dU R
在导体内假想一个柱体
R dl