大学物理第9章
习题第9章
第9章 质心运动定理 动量定理
习题
9-1 设质量为m 的质点M 在Oxy 平面内运动,其运动方程为cos x a kt =,sin y b kt =,式中a 、b 及k 都是常数,求作用于质点M 上的力。
答案:力F
的大小:F mk = 力F 的方向:tan y
x F y F x
β== 9-2 设质点M 以初速度0υ从O 点与水平Ox 成α角射出,不计空气阻力,求质
点M 在重力作用下的运动规律。
答案:质点的运动方程:020cos 1sin 2
x t y t gt υαυα=⎧⎪⎨=-⎪⎩ 9-3如图所示,均质杆OA ,长2l ,重为P ,绕O 轴在铅垂面内转动。
杆与水平线成ϕ角时,其角速度和角加速度分别为ω和α,求该瞬时轴O 的约束反力。
答案:
9-4 匀质杆AB 长为l ,质量为m ,匀质圆盘半径5
l r =,质量为2m ,在水平面作纯滚动,当30ϕ=时,杆上B 端沿铅垂方向向下滑的速度为B υ。
试求此瞬时
系统的总动量。
答案:122
x y B B p p m υυ=+=-p i j i j 9-5 物A 质量为5kg ,物B 质量为10kg ,A 、B 与水平面间的摩擦因数为0.25.现A 向右运动而撞击B 。
开始时,B 处于静止状态,撞击后,A 、B 一同向右运动,历时4s 停止。
求撞击前A 的速度,并求撞击时A 、B 相互作用的冲量。
答案:030/m s υ=,,100x e I N s =⋅
2(cos sin )Ox Pl F g ωφαφ=-+2(sin cos )Oy Pl F P g ωφαφ=+
-。
袁艳红主编大学物理学第九章课后习题答案
----------专业最好文档,专业为你服务,急你所急,供你所需-------------文档下载最佳的地方第9章 静电场习 题一 选择题9-1 两个带有电量为2q 等量异号电荷,形状相同的金属小球A 和B 相互作用力为f ,它们之间的距离R 远大于小球本身的直径,现在用一个带有绝缘柄的原来不带电的相同的金属小球C 去和小球A 接触,再和B 接触,然后移去,则球A 和球B 之间的作用力变为[ ](A)4f (B) 8f (C) 38f (D) 16f答案:B解析:经过碰撞后,球A 、B 带电量为2q,根据库伦定律12204q q F r πε=,可知球A 、B 间的作用力变为8f。
9-2关于电场强度定义式/F E =0q ,下列说法中哪个是正确的?[ ] (A) 电场场强E 的大小与试验电荷0q 的大小成反比 (B) 对场中某点,试验电荷受力F 与0q 的比值不因0q 而变 (C) 试验电荷受力F 的方向就是电场强度E 的方向 (D) 若场中某点不放试验电荷0q ,则0=F ,从而0=E 答案:B解析:根据电场强度的定义,E 的大小与试验电荷无关,方向为试验电荷为正电荷时的受力方向。
因而正确答案(B )习题9-3图(B) 穿过S 面的电场强度通量改变,O 点的场强大小改变 (C) 穿过S 面的电场强度通量不变,O 点的场强大小改变 (D) 穿过S 面的电场强度通量不变,O 点的场强大小不变 答案:D解析:根据高斯定理,穿过闭合曲面的电场强度通量正比于面内电荷量的代数和,曲面S 内电荷量没变,因而电场强度通量不变。
O 点电场强度大小与所有电荷有关,由点电荷电场强度大小的计算公式204q E rπε=,移动电荷后,由于OP =OT ,即r 没有变化,q 没有变化,因而电场强度大小不变。
因而正确答案(D )9-4 在边长为a 的正立方体中心有一个电量为q 的点电荷,则通过该立方体任一面的电场强度通量为 [ ](A) q /ε0 (B) q /2ε0 (C) q /4ε0 (D) q /6ε0 答案:D解析:根据电场的高斯定理,通过该立方体的电场强度通量为q /ε0,并且电荷位于正立方体中心,因此通过立方体六个面的电场强度通量大小相等。
大学物理第九章
动生电动势
由于导体运动而产生的感应电动势。
dΦ B dS Bldx
i
dΦ dt
Bl
dx dt
Bl
d a
B
l
c b
dx
负号表示电动势的方向。
在磁场中运动的导线内的感应电动势
导线内每个自由电子受到的
洛仑F兹力e
B
非静E电k 场 强Fe
B
a
电场。
解:由场的对称性,变化磁场所激发的感生电场
线在管内、外都是与螺线管同轴的同心圆。
取任一电场线(半径为r)作
为闭合回 路, 则
L L
E E
E
ddll21LrESdSlBtBt2ddSrSE
ER
r
B
感生电场
1)
当r
S
<RB时 dS t
S
B t
dS
r 2 dB
dt
E
1
2r
S
§9-1 电磁感应定律
法拉第(1791-1867英国)
1831年,发现电磁感应现象。 1833年,发现电解定律。 1837年,发现电解质对电容的影响, 引入电容率概念。 1845年,发现磁光效应,顺磁质、抗 磁质等。
§9-1 电磁感应定律
1. 电磁感应现象
N
S
现象1
条形磁铁N极(或S极)插入线圈时,线圈中就有电 流通过,这种电流称为感应电流。 实验表明:磁铁与线圈有相对运动时,线圈中就有感 应电流,相对速度越大,感应电流也越大。
(a)Φ 0, dΦ
B
dt en
0, i
0
i
(b)Φ 0, dΦ
B
dt en
大学物理第九章振动
⼤学物理第九章振动第9章振动本章要点:1. 简谐振动的定义及描述⽅法.2. 简谐振动的能量3. 简谐振动的合成物体在⼀定位置附近作周期性的往返运动,如钟摆的摆动,⼼脏的跳动,⽓缸活塞的往复运动,以及微风中树枝的摇曳等,这些都是振动。
振动是⼀种普遍⽽⼜特殊的运动形式,它的特殊性表现在作振动的物体总在某个位置附近,局限在⼀定的空间范围内往返运动,故这种振动⼜被称为机械振动。
除机械振动外,⾃然界中还存在着各式各样的振动。
今⽇的物理学中,振动已不再局限于机械运动的范畴,如交流电中电流和电压的周期性变化,电磁波通过的空间内,任意点电场强度和磁场强度的周期性变化,⽆线电接收天线中,电流强度的受迫振荡等,都属于振动的范畴。
⼴义地说,凡描述物质运动状态的物理量,在某个数值附近作周期性变化,都叫振动。
9.1 简谐振动9.1.1 简谐振动实例在振动中,最简单最基本的是简谐振动,⼀切复杂的振动都可以看作是由若⼲个简谐振动合成的结果。
在忽略阻⼒的情况下,弹簧振⼦的⼩幅度振动以及单摆的⼩⾓度振动都是简谐振动。
1. 弹簧振⼦质量为m的物体系于⼀端固定的轻弹簧(弹簧的质量相对于物体来说可以忽略不计)的⾃由端,这样的弹簧和物体系统就称为弹簧振⼦。
如将弹簧振⼦⽔平放置,如图9-1所⽰,当弹簧为原长时,物体所受的合⼒为零,处于平衡状态,此时物体所在的位置O就是其平衡位置。
在弹簧的弹性限度内,如果把物体从平衡位置向右拉开后释放,这时由于弹簧被拉长,产⽣了指向平衡位置的弹性⼒,在弹性⼒的作⽤下,物体便向左运动。
当通过平衡位置时,物体所受到的弹性⼒减⼩到零,由于物体的惯性,它将继续向左运动,致使弹簧被压缩。
弹簧因被压缩⽽出现向右的指向平衡位置的弹性⼒,该弹性⼒将阻碍物体向左运动,使物体的运动速度减⼩直到为零。
之后物体⼜将在弹性⼒的作⽤下向右运动。
在忽略⼀切阻⼒的情况下,物体便会以平衡位置O为中⼼,在与O点等距离的两边作往复运动。
图中,取物体的平衡位置O为坐标原点,物体的运动轨迹为x轴,向右为正⽅向。
大学物理 第9章 简谐振动
9.2 简谐振动的规律 9.3 简谐振动的合成
9.1 简谐振动的定义
9.1.1 弹簧振子的振动
9.1.2 简谐振动的定义
9.1.3 单摆的运动规律
9.1.4 LC振荡回路中电容器 上电量的变化规律
振动是与人类生活和科学技术密切相关的一种 基本运动形式。
广义的振动 一物理量在某一定值附近周期性变化的现象称振动。
下面我们重点对合振动的振幅进行讨论
A A1 A2 2 A1 A2 cos( 2 1 )
2 2
t 2 t 1 2 1
讨论:两种特殊情况
(1) 21=2k (k=0,1,2,…) 两分振动同相
A A1 A 2
o
考虑方向 F mg 简谐振动!
mg
0
F ma mg
t 0
l
又 a
l d
2
dv dt
l
d
2
dt
2
T
F
O
dt
2
g
即
d 2 g 0 2 l dt
d (v l ) dt
mg
g l
2 T 2
2
x
A x A y cos t
2 2
(2)相位差 y x ,轨迹方程为
x Ax y Ay 0
x
2 2
y
2 2
2
xy Ax Ay
cos(
Ax
Ay
y
x ) sin (
2
y
大学物理第九章课后习题答案
题库
第九章 静电场的基本规律
一、 填空 1. 电荷分为 和 ,一般把用 摩擦过的玻璃棒上所带的电 荷称为 , 把用毛皮摩擦过的 上所带的电荷称为 。 2. 物体所带电荷的多寡程度的物理量称为 。 3. 物体所带的电荷量不是以连续值出现,而是以不连续的量值出现的,这称 为 。 4. 试探电荷满足的两个条件是 , 。 5. 穿过电场中某曲面的电场线条数称为电场对该曲面的 。 6. 静电场的电场线起始于, ,终止于 , 是 (填 “闭合” 或 “不闭合” ) 的曲线, 在没有电荷的空间里, 电场线既不会 , 也不会 。 7. 高斯定理的表达式是 。 8. 电场中电势相等的点所构成的曲面称为 。 点电荷的等势面是以点电 荷为球心的一系列 。 9. 沿等势面移动电荷,电场力做功为 ,等势面和电场线处处 。 10. 沿电场线方向,电势 (填“升高”或“降低” ) 。 二、 简答 1. 2. 3. 4. 5. 简述真空中点电荷满足的库仑定律的内容及矢量表达式。 简述研究电场性质时,试探电荷需满足的两个条件。 简述电场线怎样描述电场的性质,以及静电场的电场线的特点。 简述高斯定理。 简述等势面具有的性质。
s
q内
0
。
8. 等势面,同心球面。 9. 零,正交。 10. 降低。 二、 简答 1. 答:内容:真空中两个点电荷之间的相互作用力沿其连线方向,同号相斥, 异号相吸;作用力的大小与两电荷的电荷量的乘积成正比,与两电荷之间的距离 的平方成反比。 矢量表达式: F =
q1 q 2 r0 。 4πε 0 r 2
� q j 2π 2 ε 0 R 2
联立①②, 可得 Q = 3 q 3
① ②
∴在三角形的中心应放置一电量为 − 的合力为零. 5.
大学物理第9章热二定律熵
单热机
自然的宏观过程的不可逆性相互依存。一种实际
过程的不可逆性保证了另一种过程的不可逆性。反
之,如果一种实际过程的不可逆性消失了,则其他
实际过程的不可逆性也就随之消失了。
3.热力学第一定律与热力学第二定律的关系 热力学第一定律要求:在一切热力学过程中,
能量一定守恒。但是,满足能量守恒的过程是否一 定都能实现?
积分只和始、末态有关, 和具体过程无关。计算熵的增 量,只需设计一个任意的可逆 过程即可。
对微小的可逆过程: 熵增
对可逆绝热过程:2
因为 S2 S1
1
dQ T
0
2 dQ
S2 S1
1
T
(R)
dS dQ 。 T
熵增为零,
所以,可逆绝热过程又称等熵过程。
为何叫熵?(商……热温比;火…… 热学物理量)
Q1
A Q2 A
Q2
单热机
Q2
低温热源T2
低温热源T2
整体效果等效于热量自动地从 低温热源传到高温热源。
违背克劳修斯表述,也必违背开尔文表述
反之,假定热量能自动地从低温热源传到高温热源, 将它与热机联动,则整体等效于单热机。
高温热源T1
高温热源T1
Q1 Q2
A
Q1 Q2
A
热机 Q2 低温热源T2
热力学第二定律:自然过程的进行有方向性,满 足能量守恒的过程不一定都能进行。
关系:
(1)相互独立,相互补充; (2)都是实验事实的总结,不能由其他定律导出; (3)过程的方向服从热力学第二定律,
过程本身服从热力学第一定律。
9.4.3 热力学第二定律的微观意义
1.热力学第二定律的微观意义是:大量分子的运动 总是沿着无序程度增加的方向发展。
大学物理第九章复习
- v
动生电动势:
Fm - - A
i
L
b Ek dl (v B) dl
a
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5. 动生电动势过程中的能量转化关系。
如图所示,设电路中感应电流为 Ii ,则感应电动势做功的功率为
Pe I i i I i Blv
解: (1)设螺绕环中通有电流 I 。 螺绕环中的磁感应强度大小为
B 0nI
通过N匝小线圈的磁通链为
ΦN NΦ N0nIS
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两个线圈间的互感为
ΦN M N0nS I 2.5 10 5 H 250 μH
(2)小线圈内产生的互感电动势大小为
dI 21 M 25 μV dt
Ei
Es dl 0
l
无旋场
B Ei dl dS t l S
有旋场
通量
q Es dS
S
0
Ei dS 0
S
有源场
无源场 闭合曲线
返回
退出
场线
始于正电荷, 止于负电荷
• 感应电场和感生电动势的计算
解:取逆时针的绕行方向为正 方向,并取线圈平面与磁 场方向垂直时t=0。
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线圈转动的角速度为
2πn t 2πnt
由法拉第电磁感应定律
i NBS sin NBl 2πn sin 2 πnt
2
返回
退出
(1)当 =30°即 2nt =30°时,
i NBl 2πn sin 30 0.66 V
1. 感应电场的计算 对具有对称性的磁场分布,磁场变化时产生的 感应电场可由
大学物理课后习题答案第九章
第9章 电稳感应和电磁场 习题及答案1. 通过某回路的磁场与线圈平面垂直指向纸面内,磁通量按以下关系转变:23(65)10t t Wb -Φ=++⨯。
求2t s =时,回路中感应电动势的大小和方向。
解:310)62(-⨯+-=Φ-=t dtd ε 当s t 2=时,V 01.0-=ε由楞次定律知,感应电动势方向为逆时针方向2. 长度为l 的金属杆ab 以速度υ在导电轨道abcd 上平行移动。
已知导轨处于均匀磁场B 中,B 的方向与回路的法线成60°角,如图所示,B 的大小为B =kt (k 为正常数)。
设0=t 时杆位于cd 处,求:任一时刻t 导线回路中感应电动势的大小和方向。
解:任意时刻通过通过回路面积的磁通量为202160cos t kl t Bl S d B m υυ==⋅=Φ导线回路中感应电动势为 t kl tmυε-=Φ-=d d 方向沿abcda 方向。
3. 如图所示,一边长为a ,总电阻为R 的正方形导体框固定于一空间非均匀磁场中,磁场方向垂直于纸面向外,其大小沿x 方向转变,且)1(x k B +=,0>k 。
求: (1)穿过正方形线框的磁通量;(2)当k 随时间t 按t k t k 0)(=(0k 为正值常量)转变时,线框中感生电流的大小和方向。
解:(1)通过正方形线框的磁通量为⎰⎰=⋅=Φa S Badx S d B 0 ⎰+=a dx x ak 0)1()211(2a k a +=(2)当t k k 0=时,通过正方形线框的磁通量为)211(02a t k a +=Φ 正方形线框中感应电动势的大小为dt d Φ=ε)211(02a k a += 正方形线框线框中电流大小为)211(02a R k a R I +==ε,方向:顺时针方向4.如图所示,一矩形线圈与载有电流t I I ωcos 0=长直导线共面。
设线圈的长为b ,宽为a ;0=t 时,线圈的AD 边与长直导线重合;线圈以匀速度υ垂直离开导线。
大学物理 科学出版社 第9章 静电场 参考答案
第4篇电磁学第9章静电场9.1 基本要求1 掌握静电场的电场强度和电势的概念以及电场强度叠加原理和电势叠加原理。
掌 握电势与电场强度的积分关系。
能计算一些简单问题中的电场强度和电势。
了解电场强度 与电势的微分关系。
2 理解静电场的规律:高斯定理和环路定理。
理解用高斯定理计算电场强度的条件和 方法。
3 了解导体的静电平衡条件,了解介质的极化现象及其微观解释。
了解各向同性介质 中D和E之间的关系。
了解介质中的高斯定理。
4 了解电容和电能密度的概念。
9.2 基本概念1 电场强度E :试验电荷0q 所受到的电场力F 与0q 之比,即0q =F E 2 电位移D :电位移矢量是描述电场性质的辅助量。
在各向同性介质中,它与场强成正比,即ε=D E 3 电场强度通量e Φ:e Sd Φ=⎰E S电位移通量:D Sd Φ=⎰D S4 电势能pa E :0pa aE q d ∞=⎰E l (设0p E ∞=)5 电势a V :0pa a aE V d q ∞==⎰ E l (设0V ∞=)电势差ab U :ab a b U V V =- 6 场强与电势的关系(1)积分关系 a aV d ∞=⎰E l(2)微分关系 = -V ∇=-E gradV7 电容C:描述导体或导体组(电容器)容纳电荷能力的物理量。
孤立导体的电容:Q C V =;电容器的电容:Q C U= 8 静电场的能量:静电场中所贮存的能量。
电容器所贮存的电能:22222CU Q QUW C ===电场能量密度e w :单位体积的电场中所贮存的能量,即22e E w ε=9.3 基本规律 1 库仑定律:12204rq q rπε=F e 2 叠加原理(1)电场强度叠加原理:在点电荷系产生的电场中任一点的场强等于每个点电荷单独 存在时在该点产生的场强的矢量和。
(2)电势叠加原理:在点电荷系产生的电场中,某点的电势等于每个点电荷单独存在时 在该点产生的电势的代数和。
大学物理第九章磁场
第九章磁场Stationary Magnetic Field磁铁和电流周围存在着磁场,磁现象的本质就是电荷的运动, 磁场的基本特性是对位于其中的运动电荷有力的作用.1、磁感应强度的定义;2、毕奥-萨伐尔定律,安培环路定理;3、几种电流产生的磁感应强度的计算;4、磁场对运动电荷、载流导线、载流线圈的作用;5、磁场和磁介质之间的相互作用.第一节磁场磁感应强度磁现象永磁体——磁铁的性质S N(1)具有磁性(magnetism),能吸引铁、钴、镍等物质;(2)永磁体具有磁极(magnetic pole),磁北极和磁南极;(3)磁极之间存在相互作用,同性相斥,异性相吸;(4)磁极不能单独存在.奥斯特实验(1819年)NS I在载流导线附近的小磁针会发生偏转Hans ChristianOersted,1777~1851年丹麦物理学家1820年安培的发现SN F I 放在磁体附近的载流导线或线圈会受到力的作用而发生运动.安培分子电流假说(1822年)一切磁现象的根源是电流!磁性物质的分子中存在着“分子电流”,磁性取定于物质中分子电流的磁效应之和.一、磁场(Magnetic Field)电流~~~磁铁、电流~~~电流运动电荷~~~运动电荷、运动电荷~~~磁铁通过一种特殊物质的形式——磁场来传递的.磁铁周围存在磁场,运动电荷和载流导线周围也存在磁场.磁场对其中的运动电荷和载流导线有力的作用;磁力也能做功,具有能量.电流与电流之间的相互作用I I ++--II ++--磁场对运动电荷的作用S +电子束N运动电荷磁场运动电荷从运动的点电荷在磁场中所受的磁力来定义磁感应强度的大小和方向!B 方向:小磁针在磁场中,其磁北极N 的指向B 二、磁感应强度(Magnetic Induction)磁感应强度:描述磁场性质的物理量B点电荷在磁场中运动的实验+B v F max c 、电荷q 沿磁场方向运动时,F = 0;b 、F 大小随v 变化;d 、电荷q 沿垂直磁场方向运动时,F max .(2)在垂直磁场方向改变速率v ,改变点电荷电量q在磁场中同一点,F max /qv 为一恒量,而在不同的点上,F max /qv 的量值不同.(1)点电荷q 以不同运动v a 、受磁力,;F v磁感应强度的大小:qv F B m ax =单位:T 特斯拉(Tesla)G 高斯(Gauss)T10G 14-=磁感应强度的方向:max F vB a.由小磁针的N 极指向定,b.由到的右手螺旋法则定max F v三、磁感应线用磁感应线来形象地描写磁感应强度这一矢量场在空间的分布:曲线上某点处的切向表示该点的方向;曲线在某处的疏密表示该点的大小.B B 磁感应线的特点★任一条磁感应线是闭合的,或两端伸向无穷远;★磁感应线与载流回路互相套联;★任两条磁感应线不能相交.IB四、磁通量(Magnetic Flux)通过磁场中某给定面的磁感应线的总数.θcos d d m S B Φ=⎰⎰=⋅=S S m S B S B Φd cos d θ 单位:Wb ,1Wb=1T ﹒m 2磁通量:穿过磁场中任意闭合曲面的磁通量为零.磁场是无源场:其磁感应线闭合成环,无头无尾;同时也表示不存在磁单极,无单个的N 或S 极.The total magnetic flux through a closed surface is always zero.d 0S B S ⋅=⎰ 五、磁场的高斯定理(Gauss’s law for magnetism)寻找磁单极子1975 年:美国加州大学,休斯敦大学联合小组报告,用装有宇宙射线探测器气球在40 km 高空记录到电离性特强离子踪迹,认为是磁单极. 为一次虚报.1982年,美国斯坦福大学报告,用d = 5 cm 的超导线圈放入D =20 cm 超导铅筒. 由于迈斯纳效应屏蔽外磁场干扰,只有磁单极进入会引起磁通变化,运行151天,记录到一次磁通突变, 改变量与狄拉克理论相符. 但未能重复,为一悬案.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.1820年实验得到:长直载流导线周围的磁感应强度与距离成反比与电流强度成正比. r I B Laplace 对此结果作了分析整理,得出了电流元产生的磁场的磁感应强度表达式.一、毕奥—萨伐尔定律(Law of Biot and Savart)I B r 第二节毕奥—萨伐尔定律d I l IBd l r d I l02d sin d 4I l B r μθπ=002d d 4I l r B r μπ⨯= μo 为真空中的磁导率:μo = 4 π⨯10-7 T·m·A -1. 整个载流导线在P 点产生的磁感应强度为:002d d 4L LI l r B B r μπ⨯==⎰⎰ P d I l θr d Bnqvs I =0024qv r B r μπ⨯= ++++++I S v d I l 导体中带电粒子的定向运动形成电流I ,并由此可分析得到运动电荷产生的磁场.+v r B ×-v r B·二、运动电荷的磁场圆电流轴线上的磁感应强度02d sin d 4I l B r μθπ=02d sin 90cos d cos 4x I l B B B r μααπ︒===⎰⎰22xR r +=22cos R R x α=+x x P R αr d B d I ld B x d B y 毕奥—萨伐尔定律的应用d I l r ⊥ 注意到,通过对称性分析,可知B y = 0,因此:()()2200323222220d 42RR l IR B R x R x πμμπ==++⎰方向:沿轴线与电流成右手螺旋关系.()2032222IRB R x μ=+定义圆电流磁矩:mp IS ISn == 在圆心处x = 0,B 大小:R IB 20μ=IS m p ()2322m 02x R P B += πμ圆电流轴线上磁场的另一种表达式:例:亥姆霍兹圈:两个完全相同的N 匝共轴密绕短线圈,其中心间距与半径R 相等,通有同向平行等大电流I . 求轴线上O 1、O 2之间的磁场.x I P1o 匝N R ⋅⋅R R 匝N o 2o I x o1o 2B 1B 2o 实验室用近似均匀磁场解20322222P NIR B R R x μ=+⎡⎤⎛⎫++ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦20322222NIRR R x μ⎡⎤⎛⎫+- ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦00.72O NIB Rμ=0120.68O O NIB B Rμ==θ2Oθ1Pa d xx载流长直导线的磁感应强度02d sin d 4I x B rμθπ=tan x a θ=-2d d sin a x θθ=θsin a r =2022sin d sin d 4sin I aB B aμθθθπθ==⎰⎰Iθrd B 210sin d 4I B a θθμθθπ=⎰()012cos cos 4I a μθθπ=-方向:对图中所在的P 点,磁感应强度垂直纸面向外.()012cos cos 4I B aμθθπ=-对无限长载流导线θ1= 0 , θ2= π:02I B aμπ=半无限长载流导线θ1= π/2 , θ2 = π:04I B aμπ=若P 点在导线延长线上:B =导线密绕,且长度远大于直径:=外B 实验可知:内部的磁感应强度只有平行于轴线的分量;并且平行于轴的任一直线上各点大小相等.︒⋅⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅BI单位长度上的匝数n载流长直螺线管内部的磁场︒⋅⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅BInIB 0μ=内部为均匀磁场,在长直螺线管的两端点处的磁场为中间的一半:012S B nIμ=0nIμ012nI μ通过对圆电流的磁感应强度的叠加积分,可以求得螺线管中间的磁感应强度大小为:方向由右手螺旋法则确定.恒定磁场是无源场,静电场是有源场;静电场是保守场,是无旋场;对静电场和恒定磁场作类比分析:1d SE S q ε⋅=∑⎰d 0LE l ⋅=⎰d 0SB S ⋅=⎰d ?LB l ⋅=⎰表达了恒定磁场的什么性质?第三节安培环路定理安培环路定理:0d LB l Iμ⋅=∑⎰L 磁场中任一闭合曲线—具有一定绕向的环路是环路上各点的磁感应强度,为空间所有电流产生,包括穿过L 的和不穿过的电流.:B:穿过以L 为边界的任意曲面的电流的代数和.I ∑------对L 包围的电流求代数和,并且规定:与L 绕向成右旋关系的电流I i >0,否则I i <0.以长直电流的磁场为例验证1) 路径选在垂直于长直载流导线的平面内,以导线与平面交点O 为圆心,半径为r 的圆周路径L ,其指向与电流成右手螺旋关系.BIr oL00200cos 0d d =d 22rL L I I B l l l r rIπμμππμ⋅=⋅=⎰⎰⎰BIr oL若电流反向:02000d d 2 =d 2cos L L rI I B l l r I l rππμπμμπ⋅=⋅-=-⎰⎰⎰2) 在垂直于导线平面内围绕电流的任意闭合路径Bθϕd ld rLI 02020000d 2 =d 2 d cos 2d L L I B l r I r r I I l ππμπμϕπμϕπμθ⋅=⋅==⎰⎰⎰⎰同理,在电流反向时------积分结果取负.3) 闭合路径不包围电流ϕ1L 2L I()()[]121200d d d =d d 2 02LL L L L B l B l B l I Iμϕϕπμϕϕπ⋅=⋅+⋅+=+-=⎰⎰⎰⎰⎰4) 空间存在多个长直电流时()12110in d d d d =L LLLiLB l B B l B l B l I μ⋅=++⋅=⋅+⋅+⎰⎰⎰⎰∑安培环路定理揭示磁场是非保守场,是涡旋场.l B L d ⋅⎰穿过的电流:对和均有贡献BL 不穿过的电流:对上各点有贡献;对无贡献BL l B Ld ⋅⎰L 0d LB l Iμ⋅=∑⎰可证对任意的稳恒电流和任意形式的闭合环路均成立.注意:练习:如图,流出纸面的电流为2I ,流进纸面的电流为I ,则下述各式中那一个是正确的?⊗∙I 21L 2L 3L 4L I10 ( d )2A L B l I μ⋅=⎰ 20(B) d L B l I μ⋅=⎰30 d (C)L B l I μ⋅=-⎰40(D) d L B l I μ⋅=-⎰Br RB RrP IQ 长直圆柱形载流导线内外的磁场圆柱截面半径为R ,电流I 沿轴流动.过P 点(或Q 点)取半径为r 的磁感应线为积分回路,求出B 矢量的环流:0d 2LB l B r I πμ⋅=⋅=∑⎰r ≥R012I I I B r r μπ==∝∑,r< R20222I r IrI B r R Rπμππ==∝∑,方向沿圆周与电流成右手关系!or LL BoRrr1∝B r∝思考:无限长均匀载流直圆筒,B ~r 曲线?BoRr管外磁场为零.无限长直载流螺线管内磁场︒⋅⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗⊗︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅︒⋅BI单位长度上的匝数n解密绕长螺线管,已知I , n ,计算管内的磁感应强度.dc ab 作矩形安培环路abcd 如图,绕行方向为逆时针.00d d 000=b c d a LabcdB l B l B dl B dl B dlBcd I ncdIμμ⋅=⋅+⋅+⋅+⋅=+++=⎰⎰⎰⎰⎰∑0B nIμ=无限长螺线管磁场为均匀.求螺线环内的磁感应强度I l B L∑=⋅⎰0d μ 02B r NIπμ⋅=rNI B πμ20=2N n rπ=nIB 0μ=Or 1r 2Pr 为平均半径, 考虑到对称性,环内磁场的磁感应线都是同心圆,选择通过管内某点P 的磁感应线L 作为积分环路:方向由电流方向通过右手法则判断.第四节磁场对运动电荷的作用一. 洛仑兹力磁场对运动电荷的作用f qv B=⨯ 大小:θsin qvB F =特点:不改变大小,只改变方向,不对做功.vq v vBf运动正电荷受力方向垂直于和构成的平面,成右手螺旋.v B1、运动方向与磁场方向平行sin F qvB θ=θ= 0 , F = 0带电粒子在均匀磁场中的运动匀速直线运动θBvq+f⊗θBvq-fB+v⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯B 2、运动方向与磁场方向垂直RvmqvB 2=qBmv R =v B f qvB⊥⇒=R22R m T v qBππ==匀速圆周运动周期f+v半径托克马克装置3、沿任意方向方向运动匀速圆周运动与匀速直线运动的合成——轨迹为螺旋线qBmv R θsin =qBm T π2=螺距//2cos m h v T v qBπθ==h +B ⊥v //v θv例有一均匀磁场,B = 1.5 T ,水平方向由南向北. 有一5.0 兆电子伏特的质子沿竖直向下的方向通过磁场,求作用在质子上的力?(m = 1.67⨯10-27 kg )) J (100.8) eV (100.5211362k -⨯=⨯==mv E ) s m (101.31067.1100.822172713k ---⋅⨯=⨯⨯⨯==m E v ︒⨯⨯⨯⨯⨯==-90sin 5.1101.3106.1sin 719θqvB F )N (104.712-⨯=解方向向东F q v 下B 北二、质谱仪(mass spectrograph)R +-⋅⋅⋅P ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅N ⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅B N :粒子源,P :速度选择器 qE qvB v E B ''=⇒=质谱分析:qB mv R x 22==E x B qB m 2'=谱线位置:同位素质量;谱线黑度:相对含量.B’三、霍尔效应(Hall effect)现象:通电流I ,磁场垂直于I ,在既垂直于I ,又垂直于的方向出现电势差∆U. B B m e F qv B F qE =⨯= H I IB U Bb R nqbd d∆==霍尔电势差:解释:载流子q 以漂移,受到磁场力,正负电荷上下两侧积累,形成电场,受力平衡时,有稳定的霍尔电场.v x y zB I b d P 型半导体v q +++++++-+------e F m F I nqvbd =霍尔系数R H 与载流子浓度n 成反比. 在金属中,由于载流子浓度很大,因此霍尔系数很小,相应地霍尔效应也很弱; 而在半导体中,载流子浓度较小,因此霍尔效应也较明显. 霍尔效应是半导体研究的重要手段. 问题:对n 型半导体,霍尔电势差的方向如何?应用:测载流子浓度测载流子电性—半导体类型B 测磁场(霍耳元件)H 1R nq霍尔系数(Hall coefficient):一、安培定律(Ampère Law )磁场对电流元的作用Bl I F ⨯=d d 载流导线所受磁场力d d L L F F I l B ==⨯⎰⎰ 第五节磁场对电流的作用磁矩L I B d I l Fm F qv B =⨯ d F qv BdN qv BnSdl =⨯=⨯载流直导线在均匀磁场中所受的力d L F I l B =⨯⎰ sin d L F IB l θ=⎰θsin ILB F =sin d L IB l θ=⎰安培力的方向由右手螺旋法则可知为垂直纸面向里×IBθFB θd I lLA B C D I 1I 21d I l 2d I l 1B 2B 1d F 2d F 平行长直载流导线间的相互作用力距a 的两无限长直导线,I 1、I 2,导线CD 上的电流元受力:2222d d sin F B I l θ=012 ,22I B a μπθπ==CD 单位长度受力:2012121d d d 2d F I I F l a l μπ==安培:真空中相距为1m 的无限长直细导线,载有相等的电流,若每米导线上受力正好为2⨯10-7N ,则导线内电流定义为1A.例:如图,均匀磁场垂直纸面向外,半径为R 的半圆导线通有电流I ,求作用在导线上的安培力.解R y x Bd θθd I l d F d x F d y F d F =IB d l =IBR d θd d F I l B =⨯ 0d (d )sin 2y y L F F F IBR IBR πθθ====⎰⎰方向为y 轴正向.推广:起点终点相同的载流直导线所受的力?对称性-----各电流元受力水平分量之和为零。
《大学物理》第九章_线性动量
m
Av
2 A
1 2
mB
vB2
1 2
m
AvA2
1 2
mB
vB2
动能不守恒的碰撞我们称为非弹性碰撞
K A K B K A K B 热能或其他形式的能量
§9-5 一维弹性碰撞
一维动量守恒,可以记为
mAvA mBvB mAvA mBvB
由于假设碰撞是弹性的,动能也守恒
1 2
mAv
2 A
1 2
一个物体动量的变化率等于它受到的合力。
F
dp
dt
F
dp
d (mv)
m
dv
ma
dt dt
dt
§9-2 动量守恒
假如作用在一个系统上的合外力为零,系统的总动量守恒。
碰撞前动量=碰撞后动量
Fext 0
mvA
mvB
mvA
mvB
两个相互碰撞的物体
F
dpB
dt
0
F
dpA dpB dt
dpA dt
cos
' B
0
m
A
v
' A
s
in
' A
mB
v
' B
s
in
' B
§9-8 物体的质心
实际上有形状的物体在运动时,除了平动还 会有旋转或者其他形式的运动。
Y
C
O
X
质心运动反映了质点系的整体运动趋势。
§9-4 碰撞中的能量和动量守恒
实际碰撞中,通常不知道力随时间是如何变化的,通过牛顿第二定律分析 是困难、甚至不可行的,通过动量和能量守恒定律,在知道碰撞以前的运 动的情况下,可以了解碰撞以后运动的大部分信息。
大学物理第九章简谐运动
t 确定, 振动状态确定
O
A
O X X
初相位:=/3
判断: t = 0, 振子的初位移、初速度 x0=A/2, v0<0(向x轴负方向运动)
用旋转矢量描述简谐振动:
O
O X 判断: t = 0,
A
X
=/2
振子的初位移、初速度
x0=0, v0<0 (向x轴负方向运动)
用旋转矢量描述简谐振动:
14
讨论
相位差:表示两个相位之差
(1)对于两个同频率的简谐运动,相位 差表示它们间步调上的差异(解决振动合成 问题). x1 A1 cos(t 1 ) x2 A2 cos(t 2 )
(t 2 ) (t 1 )
2 1
15
合成
简谐运动 谐振子 分解 复杂振动
作简谐运动的物体
8
弹簧振子的振动模型
弹簧和一谐振子组成的振动系统。
l0 k
m
x
C
o
B
x xB F FB
x 0 F 0 平衡位置
x xc v 0
9
振动的成因
a 回复力
b 惯性
10
弹簧振子的动力学分析
F
o
F kx ma
2
m
x
解得 x A cos(t )
简谐运动方程
积分常数,根据初始条件确定
12
由 x A cos(t )
简谐运动方程
简谐振动的各 阶导数也都作 简谐振动
dx 得 v A sin(t ) dt A cos t 2 d2 x a 2 A 2 cos(t ) dt
大学物理 第九章 电磁感应 电磁场理论的基本概念
选择绕行方向如右图所示:
b v
o 0 I x bdr 2r 0 Ib x a dr 0 Ib x a x r 2 ln x 2
x
0 Ivab d m d m dx 方向 动 dt dx dt 2x( x a )
v
19
V a I d a d ω b c b cV
三、法拉第电磁感应定律的使用方法 1、规定任一绕行方向为回路的正方向。由右手螺旋 法则确定回路的正法线方向 en 。 d 正法线方向 2、计算 SB dS 及 dt en 3、由 d 之值确定 i 的方向 dt S d L
i
d dt 0, i 0, i的方向与绕行方向相同 d 0, 0, 的方向与绕行方向相反 i i dt
L
解二: 构成扇形闭合回路
AOCA
B
L
A
1 2 m B dS BS AOCA B L 2
o
C
d m 1 1 2 d BL BL2 dt 2 dt 2
沿OACO
由楞次定律:
A
o
17
例2. 如图所示,一矩形导线框在无限长载流导线I 的场中向右运 动,t时刻如图所示,求其动生电动势。
E涡 dl 0
法拉第电磁感应定律推广为
d E涡 dl L 22 dt
静电荷激发电场 E dl 0 保守力场(无旋场) 电场 d 变化磁场激发电场 E涡 dl dt
d 产生的原因不同。 E涡 dl 涡旋电场 dt 静电场 的区别 电力线不同。 E dl 0 环流不同
大学物理第九章振动
第9章振动本章要点:1. 简谐振动的定义及描述方法.2. 简谐振动的能量3. 简谐振动的合成物体在一定位置附近作周期性的往返运动,如钟摆的摆动,心脏的跳动,气缸活塞的往复运动,以及微风中树枝的摇曳等,这些都是振动。
振动是一种普遍而又特殊的运动形式,它的特殊性表现在作振动的物体总在某个位置附近,局限在一定的空间范围内往返运动,故这种振动又被称为机械振动。
除机械振动外,自然界中还存在着各式各样的振动。
今日的物理学中,振动已不再局限于机械运动的范畴,如交流电中电流和电压的周期性变化,电磁波通过的空间内,任意点电场强度和磁场强度的周期性变化,无线电接收天线中,电流强度的受迫振荡等,都属于振动的范畴。
广义地说,凡描述物质运动状态的物理量,在某个数值附近作周期性变化,都叫振动。
9.1 简谐振动9.1.1 简谐振动实例在振动中,最简单最基本的是简谐振动,一切复杂的振动都可以看作是由若干个简谐振动合成的结果。
在忽略阻力的情况下,弹簧振子的小幅度振动以及单摆的小角度振动都是简谐振动。
1. 弹簧振子质量为m的物体系于一端固定的轻弹簧(弹簧的质量相对于物体来说可以忽略不计)的自由端,这样的弹簧和物体系统就称为弹簧振子。
如将弹簧振子水平放置,如图9-1所示,当弹簧为原长时,物体所受的合力为零,处于平衡状态,此时物体所在的位置O就是其平衡位置。
在弹簧的弹性限度内,如果把物体从平衡位置向右拉开后释放,这时由于弹簧被拉长,产生了指向平衡位置的弹性力,在弹性力的作用下,物体便向左运动。
当通过平衡位置时,物体所受到的弹性力减小到零,由于物体的惯性,它将继续向左运动,致使弹簧被压缩。
弹簧因被压缩而出现向右的指向平衡位置的弹性力,该弹性力将阻碍物体向左运动,使物体的运动速度减小直到为零。
之后物体又将在弹性力的作用下向右运动。
在忽略一切阻力的情况下,物体便会以平衡位置O为中心,在与O点等距离的两边作往复运动。
图中,取物体的平衡位置O为坐标原点,物体的运动轨迹为x轴,向右为正方向。
大学物理教程第9章习题答案
⼤学物理教程第9章习题答案思考题9.1 为什么要引进视见函数?答:辐射通量虽然是⼀个反映光辐射强弱程度的客观物理量,但是,它并不能完整地反映出由光能量所引起的⼈们的主观感觉——视觉的强度(即明亮程度).因为⼈的眼睛对于不同波长的光波具有不同的敏感度,不同波长的数量不相等的辐射通量可能引起相等的视觉强度,⽽相等的辐射通量的不同波长的光,却不能引起相同的视觉强度.所以⽤视见函数概念反映⼈的眼睛对于不同波长的光波具有不同的敏感度.它表⽰⼈眼对光的敏感程度随波长变化的关系.9.2 在杨⽒双缝实验中,若将⼊射光由正⼊射改为斜⼊射,则屏幕上⼲涉图样如何改变?答:⼲涉条纹沿着垂直条纹的⽅向整体移动。
9.3 将劈尖由空⽓中放⼊折射率为n 的介质中,条纹间距如何变化?答:条纹间距变⼩。
9.4 在单缝的夫琅⽲费衍射中,单缝宽度对衍射图样有何影响?答:单缝宽度越⼩衍射图样的中央亮纹越宽。
9.5什么是缺级?产⽣缺级的条件是什么?答:当衍射⾓θ满⾜光栅⽅程λθk b a ±=+sin )(时应产⽣主极⼤明条纹,但如果衍射⾓⼜恰好满⾜单缝衍射的暗纹条件λk a '±=sin ,那么这时这些主极⼤明条纹将消失,这种现象就是缺级。
两个条件联⽴得...)2,1,0(=''±=k k k λ,即所缺的级数由光栅常数d 和缝宽a 的⽐值决定。
9.6 偏振现象反映光波的什么性质?答:偏振现象表明光波是横波。
9.7 试解释我们看到的天空是蓝⾊的⽽宇航员看到的天空却是⿊⾊的?答:我们看到的天空是蓝⾊的是由于空⽓对太阳光散射造成的。
⽽在宇宙空间中,物质的分布密度极低,对太阳光的散射也就基本不存在,所以宇航员看到的天空是⿊⾊的。
习题9.1 某汽车前灯发光强度为75,000cd ,光束发散⽴体⾓为5Sr ,求其发出的光通量。
解:发光强度I 为光通量F 对⽴体⾓Ω的微分Ωd dFI =所以375000575000=?===??ΩΩI Id F lm9.2 ⼀光源辐射出555nm 和610nm 的光,两者的辐射通量分别为2W 和1W ,视见函数分别为1.000和0.503,求光源发出的总光通量各为多少?解:(1)1366000.12683)()(683=??==λΦλV F lm52.343503.01683)()(683=??==λΦλV F lm9.3 ⼀氦氖激光器发出1?10-2W 的激光束,其波长为6.328?10-7m ,激光束的⽴体⾓为3.14?10-6Sr ,已知该激光的视见函数为0.24。
大学物理 第九章 稳衡磁场 老师课件
Φm = BS cosθ = BS⊥
Φm = B ⋅ S
dΦm = B ⋅ d S Φm = ∫ B ⋅ d S
S
s⊥
θ
s
v B
θ v B
v dS
v en
v B
v θ B
单位:韦伯 单位 韦伯 1WB=1Tm2
s
3.磁场的高斯定理 磁场的高斯定理
v B
S
v dS1 v θ1 B 1
dΦm1 = B1 ⋅ d S1 > 0
y
v v
o
v F =0
+
v v
x
实验发现带电粒子在 磁场中沿某一特定直线方 向运动时不受力, 向运动时不受力,此直线 方向与电荷无关. 方向与电荷无关.
z
当带电粒子在磁场中垂直于此特定直线运动时 受力最大. 受力最大 带电粒子在磁场中沿其他方向运动时 F垂直 与特定直线所组成的平面. 于v 与特定直线所组成的平面
l
多电流情况
I1
I2
I3
B = B + B2 + B3 1
l
∫ B ⋅ d l = µ (I
0 l
2
− I3 )
以上结果对任意形状的闭合电流( 以上结果对任意形状的闭合电流(伸向无限远 的电流)均成立. 的电流)均成立.
安培环路定理
B ⋅ dl = µ0 ∑Ii ∫
l i =1
N
真空的稳恒磁场中, 真空的稳恒磁场中,磁感应强度 B 沿任一闭合 路径的积分的值,等于µ0乘以该闭合路径所包围 路径的积分的值, 的各电流的代数和. 的各电流的代数和 注意:电流I正负 正负的规定 注意:电流 正负的规定 :I与l成右螺旋时,I 与 成 螺旋时, 之为负 为正;反之为负.
大学物理第九章导体和介质中的静电场
第九章导体与介质中的静电场Electrostatic field in conductor and dielectric §9-1,2静电场中的导体§9-3电容器的电容§9-6电介质中的高斯定理§9-8 静电场的能量§9-1,2静电场中的导体一、导体的静电平衡( electrostatic equilibrium )1.导体绝缘体半导体1)导体(conductor)导电能力极强的物体(存在大量可自由移动的电荷)2)绝缘体(电介质,dielectric)导电能力极弱或不能导电的物体3)半导体(semiconductor)导电能力介于上述两者之间的物体EE E E iii E e E q F 导体静电平衡条件:导体内任一点的电场强度都等于零Ei E E2. 导体的静电平衡条件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.导体的静电平衡状态:静电感应E* 推论(静电平衡状态)证:在导体上任取两点p , ql d E V V i qpq pqp V V 0i Epq导体静电平衡条件:2)导体表面任一点场强方向垂直于表面1)导体为等势体,导体表面为等势面否则其切向分量将引起导体表面自由电子的运动,与静电平衡相矛盾。
3.导体上电荷的分布1)当带电导体处于静电平衡状态时,导体内部处处没有净电荷存在, 电荷只能分布于导体的表面上.qdV iiV证明:在导体内任取体积元dV由高斯定理体积元d v 任取导体带电只能在表面!iiqS d E 01 ,0 i E dVn e En e E E S d e E S d E nS E 0S2).导体表面附近的场强方向与表面垂直,大小与该处电荷的面密度成正比.ne ES结论:孤立的带电导体,外表面各处的电荷面密度与该处曲率半径成反比,410R Q V RRrr R ,44,22rRr R rR q Q r R R rQq1)导体表面凸出而尖锐的地方(曲率较大)电荷面密度较大2)导体表面平坦的地方(曲率较小)电荷面密度较小3)导体表面凹进去的地方(曲率为负)电荷面密度更小rq V r 041rq R Q V V R r 004141l d E 导体内,0l d E 腔沿电场线l d E (违反环路定理)在静电平衡状态下,导体空腔内各点的场强等于零,空腔的内表面上处处没有电荷分布.ld E l d E l d E导体内腔沿电场线二、空腔导体(带电荷Q )1 腔内无电荷,导体的电荷只能分布在外表面。
大学物理课件第九章
R2
34
仿以上两种方法,同学们可自行计
算得如下结果
q
q qQ
Ur 2 40r2 40R2 40R3
静电场中的导体
U r3 40R3
(3)接地后
q
ε E1=4π
r2
0
E2 = 0
E3 = 0
静电场中的导体
U r4 40r4
R2 R1
q q R0
7 静电屏蔽
静电场中的导体
球体的电势
方法一:
U r1 E dl
r1
R1
E1
dr
R2
E2
dr
r1
R1
R3
E3
dr
E4
dr
R2
R3
R2 R1
q
4 0r22
dr
R3
4 0r42
dr
q q qQ
F
F
电偶极矩趋于外电场的方向
有极分子的无序排列
注意
介质表面出现极化电荷,介质内产生极化电场
1)极化作用将在电介质表面产生束缚电荷;
2)束缚电荷产生附加电场 E.
二、电极化强度
1. 电极化强度: 在电介质中任取一宏观小体积V :
无外场 介质不极化
p0
有外场 介质被极化 p 0
定义: P p
l
VP VQ
与导体是一等势体矛盾.
P+
(2) 腔内有带电体+q :
腔体内表面所带的电量和腔内带电体所带的电量等量异
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第一节 稳恒电流 电动势
一、 稳恒电流 稳恒电场 1. 稳恒电流
电流是电荷的定向运动,从微观上看,电流实际上是带 电粒子的定向运动.形成电流的带电粒子统称为载流子,它们 可以分为电子、质子、正的或负的离子,在半导体中还可能 是带正电的空穴.自由电子在导体中相对晶体点阵做定向运动 形成的电流和正负离子在电解质中做定向运动形成的电流, 称为传导电流.此外,带电体在空间的机械运动,也可以形成 电流,称为运流电流.本节只研究传导电流.
I=∫dI=∫Sj·dS (9- 4) 由此可见,在电流场中,通过某一面的电流就是该面的电流 密度的通量,它是一个标量,不是矢量. 根据电荷守恒原理,通过封闭曲面向外流出的正电荷的电量应 等于其内部电荷的减少量,即
(9- 5) 这一关系称为电流连续电荷分布将随时间而改变,这将引起电 场的改变,再根据式(9- 5),可知电流密度将随时间 改变,不再恒定了.
第一节 稳恒电流 电动势
本章研究稳恒磁场的起源、性质和规律,磁场对 电流和运动电荷的作用及磁介质中的磁场.
稳恒磁场和静电场虽然是两种不同性质的场, 但在探讨思路和研究方法上却有相似之处.因此,读 者在学习时可以对照静电场中的相关内容,以便更 好地掌握本章内容.
第一节 稳恒电流 电动势
静电场中的导体处于静电平衡时,其内部 的场强为零,内部没有电荷做定向的宏观运动. 若把导体接在电源的两极上,则导体内任意两点 之间将维持恒定的电势差,在导体内维持一个电 场,导体内的电荷在电场力的作用下做宏观的定 向运动,形成电流.
∑inivi·dSdt 单位时间内通过dS的电量,就是通过dS的元电流 强度,即
dI=q∑inivi·dS
第一节 稳恒电流 电动势
引入电流密度矢量j,令j=qnv,则元电流强度用电流密度表示为
dI=j·dS=jdScosθ
(9- 3)
由定义式可知,对于正载流子,电流速度的方向与载流子平均速度
的方向相同;对于负载流子,电流速度的方向与载流子平均速度的方向
但是,也应该看到,稳恒电场与静电场还是有明显区别的.激 发稳恒电场导体的内部电场强度E≠0,电流密度j≠0.而静电场中静 电平衡时导体内部的电场强度E=0,电流密度j=0.静电场是稳恒电 场的特例.
第一节 稳恒电流 电动势
二、 电源电动势
如前所述,产生稳恒电流的条件是导体两端维持恒 定不变的电势差.然而,在静电力的作用下,正电荷将从 电势高的一端经导体流向电势低的一端,而负电荷将从 电势低的一端经导体流向电势高的一端.这一过程将会使 导体两端的正、负电荷逐渐中和,两端的电荷分布随时 间逐渐减少,电势差逐渐减小,最后均趋于零,这就破 坏了稳恒电流的条件.
第一节 稳恒电流 电动势
为了简单起见,设导 体中只有一种载流子,每个 载流子的电量都是q,但是 其运动的速度可以不同.以 ni表示单位体积内以速度vi
运动的载流子,如图9-1 所示.
图9- 1 电流密度的计算
第一节 稳恒电流 电动势
在dt时间内,通过面积元dS的这种速度的载流子 的数目为
nividtcos θidS=nivi·dSdt 则在dt时间内通过dS的各种速度的载流子的数目 为
相反.
如果j与dS平行,即j与en方向相同(cos θ=cos 0°=1),那么
即电流密度的大小等于通过垂直于载流子运动方向的单位面积的电 /米2(A·m-2).
第一节 稳恒电流 电动势
(2)稳恒电流.式(9-3)给出了通过一个面元的电流,对于一 个区域内一个有限的面S,通过它的电流应该是通过各个面元的电流 之和,即
目录
第三篇 电磁学
第8章 静 电 场 第9章 稳恒电流的磁场 第10章 电磁场与麦克斯韦方程组
目录
第九章 稳恒电流的磁场
第一节
稳恒电流 电动势
第二节
磁场 磁感应强度
第三节
毕奥- 萨伐尔定律
第四节
磁场的高斯定理和安培环路定理
目录
第九章 稳恒电流的磁场
第五节
磁场对运动电荷及载流导线的作用
第六节
磁介质中的磁场
第九章 稳恒电流的磁场
上一章研究了相对惯性参照系静止的电荷所激发 的电场.在运动电荷周围,除了存在电场外,还存在另 一种性质的物理场——磁场.磁场与电场和万有引力场 一样,也是物质的一种形态.当电荷运动形成恒定电流 时,在它周围激发不随时间变化的稳恒电场,同时还 激发不随时间变化的稳恒磁场.稳恒磁场的物质性如静 电场一样,可以单独进行讨论.
通过导体中任一截面的电流强度的大小和方向都不 随时间变化的电流称为稳恒电流,也称为直流电.在导体 中获得稳恒电流的条件是导体中各点的电场强度或者任 意两点间的电势差保持恒定,这是不难理解的.正如河水 流速的稳定性取决于上下游不变的水落差那样.
第一节 稳恒电流 电动势
2. 稳恒电场
稳恒电流激发的电场,其分布不随时间改变,称为稳恒电场. 由于激发稳恒电场的电荷的分布不随时间改变,因此,静电场的 基本规律、高斯定理和环流定理对稳恒电场都适用,仍可引入电 势的概念,即
图9- 2 电源与水泵作用的类比
第一节 稳恒电流 电动势
第一节 稳恒电流 电动势
(1)电流和电流密度.电流的强弱用电流强度来描述,设在Δt时间 内流过导体中任一截面的电量为Δq,则电流强度定义为单位时间内通 过导体中任一横截面的电量,简称为电流.瞬间电流强度用I来表示,即
(9- 1) 在国际单位制中,电流强度的单位为安培,简称安(A). 实际上,大块导体中的电流是整个导体内各处电流形成的一个电 流场.例如,在地质探矿中利用的大地中的电流、电解槽内电解液中的 电流和气体放电时通过气体的电流等.在这种情况下,为了描述导体中 各处电荷定向运动的情况,引入电流密度的概念.
第一节 稳恒电流 电动势
在日常生活中,要获得稳定的水流,就必须要用水泵克服重力 做功,把地势低的水抽到地势高处,如图9- 2(a)所示.假如能够 沿着另一条途径,如在平行导体两极板内部将正电荷从电势低的负 极板送回电势高的正极板一端,以维持两平行板(导体两端)电势差 不变,就可以在导体中维持恒定电流,如图9- 2(b)所示.