《静电场恒定电流场》PPT课件
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高中物理第3章静电场恒定电流第1节电流课件鲁科版选修31
第五页，共37页。
[后思考] 电荷的定向移动形成电流，而电荷定向移动的速度数量级大约是 10－5 m/s， 为何电流的速度却是 3.0×108 m/s?
【提示】 电路闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速 c 建立恒定电场， 电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动而形成电流，故电流的传导速率 等于光速．
图 3-1-4
第二十六页，共37页。
(2)理论推导 AD 导体中的自由电荷总数 N＝nlS.总电荷量 Q＝Nq＝nlSq.所有这些电荷都 通过横截面 S 所需要的时间 t＝vl. 根据公式 I＝qt可得 导体 AD 中的电流为 I＝Qt ＝nllSq＝nqSv.
v 即电流的微观表达式为 I＝nqSv.
【答案】 BD
第十三页，共37页。
2．对于金属导体，在导体中产生恒定的电流必须满足的条件是( ) A．有可以自由移动的电荷 B．把导体放在匀强电场中 C．让导体某一端连接电源正极即能产生电流 D．导体两端加有恒定的电压
第十四页，共37页。
【解析】 金属导体中已经存在大量的自由电荷，这不是金属导体导电的 必须条件．A 错误；把导体放在匀强电场中，导体由于静电感应只能产生瞬间感 应电流．B 错误；让导体一端连接电源正极时，导体两端无电压，此时不能形成 电流．C 错误；只有让导体两端保持恒定的电压才能产生恒定的电流．D 正确．
【导学号：34660075】
第二十九页，共37页。
A．正离子定向移动形成的电流方向是从 A→B，负离子定向移动形成的电 流方向是从 B→A
B．溶液内正负离子向相反方向定向移动，电流抵消 C．溶液内电流方向从 A→B，电流 I＝n1＋2tn2e D．溶液内电流方向从 A→B，电流 I＝n1＋t n2e
图 3-1-2
[后思考] 电荷的定向移动形成电流，而电荷定向移动的速度数量级大约是 10－5 m/s， 为何电流的速度却是 3.0×108 m/s?
【提示】 电路闭合开关的瞬间，电路中各处以真空中光速 c 建立恒定电场， 电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动而形成电流，故电流的传导速率 等于光速．
图 3-1-4
第二十六页，共37页。
(2)理论推导 AD 导体中的自由电荷总数 N＝nlS.总电荷量 Q＝Nq＝nlSq.所有这些电荷都 通过横截面 S 所需要的时间 t＝vl. 根据公式 I＝qt可得 导体 AD 中的电流为 I＝Qt ＝nllSq＝nqSv.
v 即电流的微观表达式为 I＝nqSv.
【答案】 BD
第十三页，共37页。
2．对于金属导体，在导体中产生恒定的电流必须满足的条件是( ) A．有可以自由移动的电荷 B．把导体放在匀强电场中 C．让导体某一端连接电源正极即能产生电流 D．导体两端加有恒定的电压
第十四页，共37页。
【解析】 金属导体中已经存在大量的自由电荷，这不是金属导体导电的 必须条件．A 错误；把导体放在匀强电场中，导体由于静电感应只能产生瞬间感 应电流．B 错误；让导体一端连接电源正极时，导体两端无电压，此时不能形成 电流．C 错误；只有让导体两端保持恒定的电压才能产生恒定的电流．D 正确．
【导学号：34660075】
第二十九页，共37页。
A．正离子定向移动形成的电流方向是从 A→B，负离子定向移动形成的电 流方向是从 B→A
B．溶液内正负离子向相反方向定向移动，电流抵消 C．溶液内电流方向从 A→B，电流 I＝n1＋2tn2e D．溶液内电流方向从 A→B，电流 I＝n1＋t n2e
图 3-1-2
高二物理竞赛静电场和稳恒电流PPT(课件)
E E0 E/
除了自由电荷的电场 E 必须对称外， 除了自由电荷的电场 必须对称外，
除了自由电荷的电场 必须对称外，
与电势参考点的选取无关。
还要求束缚电荷的电场 也是对称的， 才有可能使 和 同时具有对称性
E 二者都是描述移动单位正电荷的做功能力，
0 /
而 E 的对称性应由介质的对称性 / 等于通过该曲面的电流密度的通量
①高斯面必须经过所求场强的点。 而另一个是静电力做功，与路径无关。 这一簇曲线同样也可以用来表示电流线， 才能保证 和 的对称性， 因而它们的单位是相同的，都为伏特。 其他都具有辐射对称的特性， 因而它们的单位是相同的，都为伏特。 才能保证 和 的对称性， 与电势参考点的选取无关。 有着相同方向，而数值上成一定比例。 它是描写电源本身性质的一个物理量。 其他都具有辐射对称的特性， 它是描写电源本身性质的一个物理量。 而稳恒电场中导体内场强不为零， 电流密度与电流强度的区别与联系是什么
☆
它们的相同点是 二者都是描述移动单位正电荷的做功能力， 因而它们的单位是相同的，都为伏特。
不同的是， 一个是非静电力做功，且必须经电源内部。 而另一个是静电力做功，与路径无关。
可见，无论从起因、定义、物理意义上看， 电动势与电势差都不相同，
它们是不同的概念，不能混淆。
☆
关于应用点电荷的场强公式及 场强叠加原理求场强的解题步骤：
这是否意味着电子的运动轨迹与电场线一致? 大小处处相同，方向和 矢量平行，
这一簇曲线同样也可以用来表示电流线，
也就是束缚电荷的对称分布来保证。 (2)静电场中导体内场强为零，
一个是非静电力做功，且必须经电源内部。
大小处处相同，方向和 矢量平行，
其他都具有辐射对称的特性， 确定的两点的电势差是一定的，
高二物理竞赛静电场和稳恒电流课件3(共16张PPT)
因为它与路径有关，路径不同，
积分的结果也不同，
相同的初位置，可以有无限多种积分值，
所以积分就没有确定的意义， 也就不能根据它引入电势的概念。
4．电势与场强的关系式有积分形式和微分形式。
是描述电流分布细节的物理量， 1．怎样理解高斯定理?
对任意的静电场和任意形状的闭合曲面都适用。
使单位正绕闭合回路一周所做的功。
它是矢量，其大小等于通过与 也不能选在无限远处，只能选空间中的其他任意点。
非静电力可表示成
的形式。
从原则上讲，这时还能不能引入电势的概念
稳恒电流时，电荷分布不随时间改变，因此
J dS 0
S
稳恒电场同静电场一样，也是保守力场， 可以引入电势概念，
它遵守高斯定理与场强环路定理等基本规律。
由于导体内部存在电流，导体内部场强不为零， 导体不是等势体。
电源
要在导体中维持稳恒电流、稳恒电场，必须要有电源。
电源是能够提供非静电力把其他形式的能量
单位体积内的电场能量，即能量体密度为
w 1 ED 1 E2 1 D2
2
2
2
整个电场空间的总能量
W
V
1 2
EDdV
积分对整个电场所在的空间进行
电流 电流是电荷的宏观定向运动。
电流强度 通常选带电平面本身的电势为零。
电荷分布的对称性又不明显时，
是描述电流强弱的物理量，它是标量， 为什么要引入电势?
但在应用高斯定理求场强时却要求：
第一，电荷分布有高度对称性。
第二，要选取合适的高斯面。 使得由高斯定理能求出场强来。
☆
2．电势零点的选择是完全任意的吗? 答：由定义来看，电势只具有相对值， 从这个意义上说，电势零点选择是完全可以任意的。
积分的结果也不同，
相同的初位置，可以有无限多种积分值，
所以积分就没有确定的意义， 也就不能根据它引入电势的概念。
4．电势与场强的关系式有积分形式和微分形式。
是描述电流分布细节的物理量， 1．怎样理解高斯定理?
对任意的静电场和任意形状的闭合曲面都适用。
使单位正绕闭合回路一周所做的功。
它是矢量，其大小等于通过与 也不能选在无限远处，只能选空间中的其他任意点。
非静电力可表示成
的形式。
从原则上讲，这时还能不能引入电势的概念
稳恒电流时，电荷分布不随时间改变，因此
J dS 0
S
稳恒电场同静电场一样，也是保守力场， 可以引入电势概念，
它遵守高斯定理与场强环路定理等基本规律。
由于导体内部存在电流，导体内部场强不为零， 导体不是等势体。
电源
要在导体中维持稳恒电流、稳恒电场，必须要有电源。
电源是能够提供非静电力把其他形式的能量
单位体积内的电场能量，即能量体密度为
w 1 ED 1 E2 1 D2
2
2
2
整个电场空间的总能量
W
V
1 2
EDdV
积分对整个电场所在的空间进行
电流 电流是电荷的宏观定向运动。
电流强度 通常选带电平面本身的电势为零。
电荷分布的对称性又不明显时，
是描述电流强弱的物理量，它是标量， 为什么要引入电势?
但在应用高斯定理求场强时却要求：
第一，电荷分布有高度对称性。
第二，要选取合适的高斯面。 使得由高斯定理能求出场强来。
☆
2．电势零点的选择是完全任意的吗? 答：由定义来看，电势只具有相对值， 从这个意义上说，电势零点选择是完全可以任意的。
《恒定电流场》课件
恒定电流场
目录
Contents
• 恒定电流场的基本概念 • 恒定电流场的物理性质 • 恒定电流场的应用 • 恒定电流场的实验研究 • 恒定电流场的发展前景
01 恒定电流场的基本概念
电流场的中运动所 产生的电场，其特征是电荷在电 场中受到电场力的作用而产生运 动。
02
维持电流场的持续需要保持电源与负载之间的能量平衡，以保持电荷的运动状态。
电流场的产生与维持涉及到电路中的电阻、电容和电感等元件的作用，以及电源的 特性和负载的性质。
02 恒定电流场的物理性质
电场与电流的关系
电流产生电场
电流在空间中流动时，会激发电场，电场的方向与电流的方 向垂直。
电场对电流的作用
电流场的测量技术
1 2
电流测量
使用电流表或高精度测量仪器来测量电流的大小 和方向，以获取电流场的详细信息。
电位测量
通过测量电位差来了解电流场中的电场强度和电 势分布，有助于分析电流场的特点和规律。
3
磁场测量
在某些情况下，可能需要测量磁场强度和方向， 以进一步了解电流场对周围物体的影响。
实验结果的分析与解释
磁场力
电流在磁场中受到磁场力的作用，磁 场力的大小与电流的大小和磁场的强 度有关。
03 恒定电流场的应用
电子设备中的电流场
集成电路
在集成电路中，恒定电流场用于驱动电子设备，实现信号的传输和处理。
电子元件
在电子元件中，恒定电流场用于产生磁场和电场，实现电子元件的功能。
电流场在电磁学中的应用
电磁感应
数据处理
01
对实验数据进行处理和分析，包括数据整理、图表绘制等，以
便更好地理解和解释实验结果。
结果解释
目录
Contents
• 恒定电流场的基本概念 • 恒定电流场的物理性质 • 恒定电流场的应用 • 恒定电流场的实验研究 • 恒定电流场的发展前景
01 恒定电流场的基本概念
电流场的中运动所 产生的电场，其特征是电荷在电 场中受到电场力的作用而产生运 动。
02
维持电流场的持续需要保持电源与负载之间的能量平衡，以保持电荷的运动状态。
电流场的产生与维持涉及到电路中的电阻、电容和电感等元件的作用，以及电源的 特性和负载的性质。
02 恒定电流场的物理性质
电场与电流的关系
电流产生电场
电流在空间中流动时，会激发电场，电场的方向与电流的方 向垂直。
电场对电流的作用
电流场的测量技术
1 2
电流测量
使用电流表或高精度测量仪器来测量电流的大小 和方向，以获取电流场的详细信息。
电位测量
通过测量电位差来了解电流场中的电场强度和电 势分布，有助于分析电流场的特点和规律。
3
磁场测量
在某些情况下，可能需要测量磁场强度和方向， 以进一步了解电流场对周围物体的影响。
实验结果的分析与解释
磁场力
电流在磁场中受到磁场力的作用，磁 场力的大小与电流的大小和磁场的强 度有关。
03 恒定电流场的应用
电子设备中的电流场
集成电路
在集成电路中，恒定电流场用于驱动电子设备，实现信号的传输和处理。
电子元件
在电子元件中，恒定电流场用于产生磁场和电场，实现电子元件的功能。
电流场在电磁学中的应用
电磁感应
数据处理
01
对实验数据进行处理和分析，包括数据整理、图表绘制等，以
便更好地理解和解释实验结果。
结果解释
静电场与稳恒电场-47页PPT资料
电流 电流
F F I
磁铁 运动的电荷 磁铁
磁铁 电流
磁铁
磁现象的电本质
电流
运动的电荷
运动的电荷
电流
磁力： 运动电荷之间相互作用的表现
14.4 磁场与磁感应强度
一、磁场概念的引入
静止电荷 运动的电荷
静电场 磁场
静止电荷 运动的电荷
运动电荷（磁铁、电流）在其周围空间存在磁场
二、磁感应强度
运动电荷
（1）欲使这电子沿半圆自A至C运动，试求所需的磁场 大小和方向
e0B
m02
R
B m0
eR
0
A
C
10cm
(2)求电子自A运动到C所需的时间。
t T 2
1 2R
2 0
电荷分布不随时间改变 但伴随着电荷的定向移动
导体内电场不为零，导 体内任意两点不等势
稳恒电场的存在总要 伴随着能量的转换
电场有保守性，它是 保守场，或有势场
电场有保守性，它是 保守场，或有势场
14.2 电流的一种经典微观图像
一、欧姆定律的微分形式
•设导体内有电场
E
•每个自由电子受力
•加速度 a eE
二、电流密度
不同形状导体的电流线
电流密度: J dI dS
电流密度公式推导：
载流子
平率均为速
dS
单位体积内 的载流子数 目为n
•取一个垂直于场强方向的微小截面 dS
•每秒内通过截面 dS 的电量为 qndS
•过截面 dS 的电流强度： dIqndS
J dI dS
Jqn
三、电流密度和电流强度的关系
电场
E
F
磁场
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1点电荷:线度«距离时，带电体可视为带电的“点”
2库仑定律
F
K
q1q2 r2
电荷1 给电荷 2的力
F21q1 r12
r
q2 F12
F12 4Kq1qq0r12rq222 r12
F1
F31
q3
r12
r r
两个点电荷之间的作用力，不会因为第三
法国物理学家
1773年提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法，是结 构工程的理论基础。 1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。 1785-1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑 定律。
他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得出摩擦定律。
库仑定律 1785年，法国库仑 Nhomakorabea（C.A.Coulomb）通过扭称实验得到。
mg 6 rv2－qE 0
v
＝
2
mg qE
6 r
因而可得油滴的电荷为
密立根油滴实验的结果
q 6rv1 v2
E
•电子电荷的值为e=1.603×10-19C，称为基元电荷； •油滴的电荷总是等于同一基元电荷的整数倍
q=ne, n=1,2,…., 即电荷是量子化的。
二、摩擦起电和静电感应
1. 摩擦起电 用木块摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体的现象。许多物体经过毛皮或丝
非天然： (1) 来源于无线电发射台，如广播、电视发射台、雷达系统等。
(2) 来源于工业强电系统，如高压输变电线路、变电站等。 (3) 来源于应用电磁能的工业、医疗及科研设备，如电子仪器、医疗设备、激 光照拍设备和办公自动化设备等。
(4) 来源于人们日常使用的家用电器，如微波炉、电冰箱、空调、电热毯、 电视机、录像机、电脑、手机等。
电化学、量子化学、生物电、参量探测……
—— 科学技术的理论基石 电机、电器、电气、通信、雷达、电脑、电测……
民用：
阴极射线示波器 喷墨打印机 微波炉 电磁炉
交通：
磁悬浮列车 电磁高速公路
应用实例：
工业：
矿物的分选 磁分离器 回旋加速器 磁流体发电机 电磁泵 变压器
军事：
电磁脉冲炸弹 隐形飞机
通信：
密立根测定电子电荷的实验
1909年密立根测量电子电荷；1923年获得诺贝尔物理奖。 方法：观察均匀电场中带电油滴的运动。
不加电场时
油滴在重力和阻力的作用下， 最后得到终极速度。
mg 6 rv1 0
v 1＝
mg
6
r
由此式可从实验中测量油滴的质量。
密立根
加电场时
油滴在重力、阻力和电场力 的作用下，最后也得到终极 速度。
麦克斯韦电磁理论 电磁波 的顺序，对电磁现象的基本规律予以介绍。
二、电磁学的发展过程
公元前600年
1820年
古希腊泰勒斯 第一次记载电现象
奥斯特发现 电流对磁针的作用
1865年麦克斯韦提出 电磁场理论
深入研究 广泛应用
1831年
法拉第发现 电磁感应
本书将涉及下面一些科学家以及他们的重大发现， 他们是：库仑、奥斯特、安培、法拉第和麦克斯韦等。
• 1991年英国劳达公司一架民航机不幸坠毁，电磁 辐射酿成了这场大祸。《环境保护报》
• 1993年，瑞典等北欧三国的研究调查公布，长期 受到2mG以上的电磁辐射影响，患白血病的机会 是正常人的2.1倍，患脑肿瘤的机会是正常人的1.5 倍
2. 电磁辐射的来源
天然： 天然的电磁辐射是一种自然现象，主要来源于雷电、太阳热辐射、宇宙 射线、地球的热辐射和静电等
3. 电磁辐射的防护
距离防护 屏蔽防护 个人防护
第一章 静电场 恒定电流场
§1. 静电场基本现象和基本规律 §2. 电场 电场强度 §3. 高斯定理 §4. 电势及其梯度 §5. 静电场中的导体 §6. 静电能 §7. 电容和电容器 §8. 静电场边值问题的唯一性定理 §9. 恒定电流场
§1. 静电场基本现象和基本规律
电磁学
张红军 副教授
zhhjun@
陕西师范大学 物理学与信息技术学院
教材
新概念物理教程 《电磁学》(第二版) —— 赵凯华 陈熙谋，高等教育出版社
参考书目
1.《电磁学》 —— 贾起民，郑永令，陈暨耀，高等教育出版社
2.《电磁学》 —— 梁灿彬，秦光戎，梁竹健，高等教育出版社
3.《物理学》 —— [美]哈里德 瑞斯尼克著、李仲卿译，科学出版社
绸等摩擦后，都能够吸引轻小的物体。人们就说它们带了电，或者说它们有了电 荷。
某种电荷从一个物体转移到另一个物体 2. 静电感应
静电感应使物体带电
电荷从一个物体(或物体的一部份)转移到另一个物体(或同一物体的另一部分)
三、库仑定律Coulomb’s Law
库仑 (Charlse-Augustin de Coulomb 1736 ~1806)
库 仑
奥 斯 特
安 培
法 拉 第
麦 克 斯 韦
三、电磁学的研究方法
实践——理论——再实践 通过观察、实验、抽象、假设，从而得出定律定 理，然后再通过实践予以检验以决定其是否成立
四、电磁学的应用
—— 渗透到物理学的各个领域 力学、声学、光学、固体物理、半导体物理、光电
子学、激光物理、量子物理、地球物理、天体物理 …… —— 研究化学、生物学的重要基础
知识储备
高等数学、大学物理
考核方式
平时： 30％ 作业等 期末： 70％ 闭卷
绪论
一、电磁学的研究对象
电场
直流电路
场
路
磁“场场” “路” 交流电路
• 电荷、电流产生电场、磁场的规律
• 电场和磁场的相互联系
• 电磁场对电荷、电流的作用
• 电磁场与物质的相互作用
本课程将按照 静电场 恒定电流场 恒磁场 电磁感应 电磁介质 电路
是研究电磁场与生物系统相互关系和相互作用的一门跨越传统学科边 界的交叉学科。它与生命科学、环境科学以及生物医学工程学都有着密切 关系。
❖ 天体磁学
研究宇宙世界的天体和星际物质之间各种磁场，磁力的产生、运作 和相互间的关联。
五、电磁辐射
——神秘的柔情杀手
1. 电磁辐射案例介绍
• 在斯德哥尔摩市，生活在高压输电线区域内的市 民，因磁通密度B＞3mG（毫高斯），癌症发病率 为其他地区的3.8倍！
蓝牙技术 码分多址(CDMA) 无线应用协议(WAP) 微带线
医疗：
生物电磁场保健 激光治疗 微波治疗 电磁波消毒 电磁式生物芯片
与电磁学相关的新学科
❖ 电磁兼容(EMC)
一种器件、设备或系统的性能，它可以使其在自身环境下正常工作 并且同时不会对此环境中任何其他设备产生强烈电磁干扰。
❖ 生物电磁学