大学物理电磁学课件
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大学物理电磁学课件
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：
对比静电场场强得定义 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,
这篇仅用 4 页纸写成得极其简洁得实验报告,向科 学界宣布了电流得磁效应,轰动整个欧洲。这一天作为 划时代得日子载入史册。
《电磁学》 就此诞生！
奥斯特得发现立即引起法 国数学家物理学家安培(A、 M、Ampere)得注意
她得想法就是:
如果电流激发得磁场能作用于磁 性物质,那么它也应能作用于电流！
安培
Fm
Fm
例题1 :
普通物理学教案
一电子在磁场中运动，以速率v 通过 A点
当 v 104 i m/s 时，测得 F 8.011017 j N 若 v 104 j m/s ，一个分力 Fz 1.39 10-16 N
求磁感应强度
解: 由 Fm qv B 由于 Fm (v, B) By 0
将Fm= 0 时的速度方向定义为 B 的方向
Fm (v, B)
定义 B Fm
q0v sin
SI单位:T(特斯拉)
Fm
B
q0
v
工程单位常用高斯（G） 1T 104 G
磁感应强度就是反映磁场性质得物理量,与 引入到磁场得运动电荷无关。
运动电荷受到得磁场力为
Fm q0vB sin
写成矢量式
Fm qv B ─罗仑兹力
人体
～1012T ～106T ～7×104T ～0、3T ～10-2T ～5×10-5T
大学物理电磁感应-PPT课件精选全文完整版
的磁场在其周围空间激发一种电场提供的。这
种电场叫感生电场（涡旋电场）
感生电场 E i
感生电场力 qEi
感生电场为非静 电性场强，故：
e E i dld dm t
Maxwell：磁场变化时，不仅在导体回路中 ，而且在其周围空间任一点激发电场，感生 电场沿任何闭合回路的线积分都满足下述关 系：
E id l d d m t d ds B td S d B t d S
线
形
状
电力线为闭合曲线
E感
dB 0 dt
电 场 的
为保守场作功与路径无关
Edl 0
为e非i 保守E 场感作d功l与路径dd有mt关
性
静电场为有源场
质
EdS
e0
q
感生电场为无源场
E感dS0
➢感生电动势的计算
方法一，由 eLE感dl
需先算E感
方法二， 由 e d
di
(有时需设计一个闭合回路)
2.感生电场的计算
Ei
dl
dm dt
L
当 E具i 有某种对称
性才有可能计算出来
例：空间均匀的磁场被限制在圆柱体内，磁感
强度方向平行柱轴，如长直螺线管内部的场。
磁场随时间变化，且设dB/dt=C >0，求圆柱
内外的感生电场。
则感生电场具有柱对称分布
Bt
此 E i 特点：同心圆环上各点大小相同，方向
磁通量 的变化
感应电流的 磁场方向
感应电流 的方向
电动势 的方向
➢ 楞次定律的另一种表述：
“感应电流的效果总是反抗引起感应电流的原因”
“原因”即磁通变化的原因，“效果”即感应电流的 场
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
大学物理《电磁学》PPT课件
2 2 B Bx B y 0.1T
Bz tan 0.57 Bx
300
～1012T ～106T ～7×104T ～0.3T ～10-2T ～5×10-5T ～3×10-10T
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 人体
2.电场与磁场的相对性
S应线是闭 合的，因此它在任 意封闭曲面的一侧 穿入，必在另一侧 全部穿出。
↑载流螺线管的磁感应线 ←载流直导线的磁感应线 比较
1 e E dS
S
0
Q
dV
静电场中高斯定理反映静电场是有源场；
m B dS 0
安 培 演 示 电 流 相 互 作 用 的 装 置 （ 复 制 品 ）
电流与电流之间的相互作用
I
F F
I
电流与电流之间的相互作用
I F
F
I
磁场对运动电荷的作用
电子束
+
磁场对运动电荷的作用
电子束
S N
+
我们得把问题引向一个更深的层次 思想深邃的科学家自问：磁铁究竟是什么？如 果磁场是由电荷运动激发的，那么来自一块磁铁的 磁场是否也可能是由于电流的的效果呢？ 安培用通电螺线管很好地模拟了一个磁针：
①方向： 曲线上一点的切 线方向和该点的磁场 方向一致。 ②大小：
磁感应线的疏密反映磁场的强弱。
B
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
2
大学物理电磁学ppt课件
17
电磁学复习
基尔霍夫第一方程组（节点的电流方程） C
(Ii ) = 0
i
规定： 流出+，流入―；
通过节点电流的代数和为零。
r1 1
R1
2
R2
I2
r2
基尔霍夫第二方程组(回路的电压方程) I1
R
I
(Ii Ri ) (i ) 0 例 C：I1 I I2 0
i
L Er d
B dS S t
--对导线所围面积积分
28
电磁学复习
自感系数 L I
互感系数 M 12 21
i2
i1
自感磁能
WL
1 2
LI 2
互感磁能 WM = M I1I2
L
L
dI dt
12
M
d i2 dt
普适式(L一定)
长直螺线管: B = nI L = n2V
电磁学复习
第12章 直流电和交流电
12-1 电流 恒定电流 12-2 欧姆定律 焦耳定律 12-3 电源 电动势 12-4 全电路欧姆定律 12-5 基尔霍夫方程组 12-6 电容器的充放电过程 12-7 交流电
知识点:
恒定电路中路段电压和回路中电流的计算
典型例题：基尔霍夫方程组应用举例
典型习题：P74 12-7, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 16
充介质
0
C
rC0
0
' '
在⊥E的表面出现极化电荷
E0
Pcos P n Pn
大学物理：电磁学PPT
N F4
O
F2 B
en
M,N F1
O,P B
F2
en
l1 l1 M F1 sin F2 sin Il2 B l1 sin ISB sin 2 2 M IS B m B 线圈有N匝时 m NIS
2 电流元的磁场
dB
P *
I
Idl
0 Idl dB er 2 4 r
——毕奥-萨伐尔定律
r
3
磁场的叠加原理
B Bi
i
B dB
例 1： 判断下列各点磁感强度的方向和大小.
1 8 2Βιβλιοθήκη dB 0 1、 5 点 ：
7
Idl
R
6 5 4
例 5：
一半径为R，均匀带电Q的薄球壳。 求球壳内外任意点的电场强 度。
0 r R 如图，过P点做球面S1 E dS E dS 0 E 0
S1 S1
r
P
+ + +
+
S +1
O
如图，过P点做球面S2 rR E dS E dS Q / 0
rB
(electric potential )
点电荷电场 中的电势:
V
Q 40 r
电势的叠加 原理:
V Vi
i
点电荷电场中常取 无穷远处为电势零点
点电荷的电场线和等势面：
两平行带电平板的电场线和等势面：
+ + + + + + + + + + + +
大学物理电磁学总结(精华)ppt课件(2024)
34
创新实验设计思路分享
组合实验法
将多个相关实验进行组合设计，以提高实验 效率和准确性。
对比实验法
通过对比不同条件下的实验结果，探究物理 现象的本质和规律。
仿真模拟法
利用计算机仿真技术模拟实验过程，以降低 成本和提高安全性。
2024/1/28
改进测量方法
针对传统测量方法的不足之处进行改进和创 新，提高测量精度和效率。
2024/1/28
23
自感和互感现象分析
自感现象是指一个线圈中的电 流发生变化时，在线圈自身中 产生感应电动势的现象。
互感现象是指两个相邻的线圈 中，一个线圈中的电流发生变 化时，在另一个线圈中产生感 应电动势的现象。
2024/1/28
自感和互感现象的产生都与磁 场的变化有关，它们是电磁感
应现象的重要组成部分。
麦克斯韦方程组可以推导出电磁波的存在和传播，是无线通信的理论基础 。
18
电磁波产生条件与传播方式
01
02
03
电磁波产生的条件是变 化的电场或磁场，即振 荡电路中的电荷或电流
。
电磁波的传播方式是横 波，电场和磁场相互垂 直且与传播方向垂直。
电磁波在真空中的传播 速度等于光速，且在不 同介质中的传播速度不
7
02
静电场与恒定电流
2024/1/28
8
静电场中的导体和电介质
静电场中的导体特性
静电感应现象
静电平衡条件
2024/1/28
9
静电场中的导体和电介质
导体表面电荷分布
电介质极化现象
电偶极子概念
2024/1/28
10
静电场中的导体和电介质
电介质极化机制
大学物理电磁学总结-PPT
U 0点
Ua E dl a
（3）电势差 Uab Ua Ub ab E dl
b
• 静电场力的功 Aab a q0E dl q0Uab q0Ua q01U0 b
（4）电势的计算 令 U 0
①点电荷的电势
q
U P 4 π0r
②点电系的电势
UP
i
U Pi
i
qi
4 π 0ri
Idl
dF
Idl
dF
B
B
不规则的平 面载 流导线在均匀磁场中所受的力
F Fy BIlj
y
dF
B
结论 任意平面载流导线在均匀磁
场中所受的力 , 与其始点和终点相同 I
的载流直导线所受的磁场力相同.
o
Idl
L
Px
23
三、稳恒磁场的基本性质
1、磁场中的高斯定理: m B dS 0
Ei
n i 1
1
4 0
qi ri3
ri
qi qn
ri rn
q0
E E q0
E3 E2
P
E3 1
2）电荷连续分布的带电体
dE
4
1
π 0
dq r3
r
1 dq
qdq
r
P
dE
E dE 4 π0 r3 r
体电荷分布： dq dV
面电荷分布：dq ds 线电荷分布：dq dl
计算步骤： ①建坐标；②取电荷元 dq ；
电体且选无限远处为电势零点.）
②已知场强的分布，利用电势与场强的积分关系， 即电势的定义式计算电势。
U 0点
U P P E dl
12
六、静电场中的导体
大学物理电磁学PPT课件
磁场是电流周围存在的一种特殊物质，它 对放入其中的磁体或电流有力的作用。
磁场的描述
磁场对电流的作用
磁场可以用磁感线来描述，磁感线的疏密 表示磁场的强弱，磁感线的切线方向表示 磁场的方向。
磁场对放入其中的电流有力的作用，这个力 的大小与电流的大小、磁场的强弱以及电流 与磁场的夹角有关。
电磁感应定律
电磁感应现象
当闭合回路中的磁通量发生变化时，回路中就会 产生感应电流，这种现象称为电磁感应现象。
楞次定律
感应电流的方向总是要阻碍引起感应电流的磁通 量的变化，即“增反减同”。
法拉第电磁感应定律
感应电动势与磁通量变化率的负值成正比，即E=n(ΔΦ)/(Δt)，其中E为感应电动势，n为线圈匝数 ，ΔΦ为磁通量的变化量，Δt为时间的变化量。
在各向同性介质中传播特性
在各向同性介质中，平面电磁波的传播速度、传播方向和电场、磁场分量之间的关系遵 循一定的规律，如折射定律、反射定律等。
反射、折射和衍射现象
反射现象
当电磁波遇到介质界面时，一部分能量被反射回原介质，形成反 射波。
折射现象Βιβλιοθήκη 当电磁波从一种介质传播到另一种介质时，传播方向会发生改变， 形成折射波。
互感现象
当两个线圈靠近并存在磁耦合时，一个线圈中的电流变化会在另一个线圈中产 生感应电动势。互感系数与两个线圈的形状、大小、匝数以及它们之间的相对 位置有关。
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。
06
电磁学实验方法与技巧
常见电磁学实验仪器介绍
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。
大学物理电磁感应(PPT课件)
路中都会建立起感应电动势，且此感应电动势正比于 磁通量对时间变化率的负值。
i
k
dΦ dt
在国际单位制中：k = 1
法拉第电磁感应定律
式中负号表示感应电动势方向与磁通量变化的关系。
注： 若回路是 N 匝密绕线圈
-N d - d(N) - d
dt
dt
dt
NΦ
磁通链数
二、电磁感应规律 2. 楞次定律 闭合回路中感应电流的磁场总是要反抗引起
L A O B
εi
d
dt
1 BL2 dθ 1 BL2ω
2
dt 2
<
0
动生电动势方向：A O O端电势高
例17.5 在空间均匀的磁场B Bz中，长为L的导
线ab绕z轴以 匀速旋转，导线ab与z轴夹角为
求：导线ab中的电动势。
解：建坐标，在坐标l 处取dl
B
该段导线运动速度垂直纸面向内
dΦ
1 R (Φ1
Φ2 )
q只与磁通量的改变量有关，与磁通量改变快慢无关。
例17.1 设有长方形回路放置在稳恒磁场中，ab边可以 左右滑动，如图磁场方向与回路平面垂直，设导体以
速度 v 向右运动，求回路上感应电动势的大小及方向。
解：取顺时针为回路绕向， ×c × × × b × ×
ε 设ab = l，da = x，则通过回路 × ×L × × ×v ×
b
结 1、动生电动势只存在于运动的导体上，不运动的 论 导体没有动生电动势。
2、电动势的产生并不要求导体必须构成回路， 构成回路仅是形成电流的必要条件。
3、要产生动生电动势，导体必须切割磁感线。
导线AB在单位时间内 扫过的面积为：
ABBA vl
i
k
dΦ dt
在国际单位制中：k = 1
法拉第电磁感应定律
式中负号表示感应电动势方向与磁通量变化的关系。
注： 若回路是 N 匝密绕线圈
-N d - d(N) - d
dt
dt
dt
NΦ
磁通链数
二、电磁感应规律 2. 楞次定律 闭合回路中感应电流的磁场总是要反抗引起
L A O B
εi
d
dt
1 BL2 dθ 1 BL2ω
2
dt 2
<
0
动生电动势方向：A O O端电势高
例17.5 在空间均匀的磁场B Bz中，长为L的导
线ab绕z轴以 匀速旋转，导线ab与z轴夹角为
求：导线ab中的电动势。
解：建坐标，在坐标l 处取dl
B
该段导线运动速度垂直纸面向内
dΦ
1 R (Φ1
Φ2 )
q只与磁通量的改变量有关，与磁通量改变快慢无关。
例17.1 设有长方形回路放置在稳恒磁场中，ab边可以 左右滑动，如图磁场方向与回路平面垂直，设导体以
速度 v 向右运动，求回路上感应电动势的大小及方向。
解：取顺时针为回路绕向， ×c × × × b × ×
ε 设ab = l，da = x，则通过回路 × ×L × × ×v ×
b
结 1、动生电动势只存在于运动的导体上，不运动的 论 导体没有动生电动势。
2、电动势的产生并不要求导体必须构成回路， 构成回路仅是形成电流的必要条件。
3、要产生动生电动势，导体必须切割磁感线。
导线AB在单位时间内 扫过的面积为：
ABBA vl
2024版年电磁学全套课件完整版x
静电屏蔽
利用导体静电平衡的特性实现静电屏蔽的原理及 应用。
2024/1/27
10
介质中静电场传播规律
电介质的极化
电介质在静电场中的极化现象及 极化机制，包括电子极化、原子 极化和取向极化等。
介质中的电场强度
电介质中的电场强度与自由电荷 和极化电荷的关系，以及介质中 的高斯定理。
介质中的电位移矢量
电位移矢量的定义及物理意义， 以及介质中的电位移矢量与电场 强度的关系。
2024/1/27
电磁环境与健康关系研究
关注电磁辐射对人类健康的影响，开展相关 研究和评估工作。
32
感谢您的观看
THANKS
2024/1/27
33
2024/1/27
普朗克公式
为了解释黑体辐射的实验结果，德国物理学 家普朗克在1900年提出了一个公式，即普朗 克公式。该公式描述了黑体辐射的能量分布 与频率、温度之间的关系，并引入了量子化
的概念，为量子力学的建立奠定了基础。
24
康普顿散射实验和汤姆逊模型
要点一
康普顿散射实验
要点二
汤姆逊模型
康普顿散射是指X射线或伽马射线与物质相互作用时，光子将 部分能量转移给电子，使电子获得动能并从原子中逸出的现 象。康普顿散射实验证实了光具有粒子性，即光子的存在。
2024/1/27
14
磁感应强度计算方法
磁感应强度的定义
磁感应强度是描述磁场强弱和方向的物理量，用B表示，单位为特斯拉（T）。
磁感应强度的计算方法
根据毕奥-萨伐尔定律和安培环路定理，可以计算载流导线或电流回路在空间任一点产生的磁感应强度。
2024/1/27
15
霍尔元件工作原理及应用
【2024版】大学物理电磁学课件PPT
N•
俯视图
力偶矩
df
dM= —0—4I1—I2 cot(—2 )d
2Rsin(
)
=
—0—I1—I2
cos2—2
d
df
M
0I1I2R cos2 d
0
2
= —0—I21—I2R—
+ =/2 I S= pm
d•
l1 I
B
M=B pmsin 矢量式： M pm B (6-42)
fab
f
pm
BI l sin
(2) N 匝矩形线圈
pm
pm
f cd
INI fNf 但合力矩增为N倍
合Байду номын сангаас仍为0，
稳定 平衡
l1
I
非稳定平• 衡
适用于任意M形=MN状(B的IpS平msin面B线) =圈B在pm匀si强n磁场中的情况。fab
3
由对称性分析可知： f2=f3
I1
d l2
f1
I2 I2dl2 I2 dl1
l1
b
a
f3
c
f2
y
x
O
fy= f3y f2y =0
f= fx= 2f2xf1 =2f2cos60 f1 = < 0 方向指向I1 。
三．磁场对载流线圈 的作用
1．匀强磁场中的载流线圈 (1) 单匝矩形线圈
fad d B
df
Idl
d f 的大小：d f BI dlsin
方向： 由 I d l B 决定
B
一．安培定律
矢量式
d f Idl B
df
Idl
d f 的大小： d f BI dl sin
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。
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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。
大学物理第二章电磁学PPT课件
大 学 物 理
第六章 稳恒磁场
（第一讲）
主讲：王建星
作业：6-1、6-2、6-3 本章重点： 1 .毕奥-萨伐尔定律 2 .安培环路定理 3 .求磁力的安培定律
预习：§6. 4
第六章 稳恒磁场 §6. 1 磁感(应)强度 一．基本磁现象
1．安培假说：(1822年)
1) 一切磁现象都是电流 (或运动电荷)产生的; 2) 组成磁铁的最小单元(“磁分子”)是环形电流。
B= —— 2R
O
(6-J1)
4) 若线圈是由N 匝细导线组成 可看成是N匝圆电流的磁场的迭加
O
x
x
B=N ————— 2(R2+ x2)3/2
0 IR2
(6-J2)
记住以上两类典型载流导线的B公式，解题时可直接引用！
① 任取一 I d l ，写出 d B 的大小、标明方向； ② 建立坐标，将d B 分解 d Bx d B y d Bz
③ 求各分量的积分和，Bx
④ 合成
B Bx i B y j Bz k
2 x 2 y 2 z
dB
L
x
By d By Bz d Bz
磁场
运动电荷②
2． 磁场对外表现 ① 磁场对引入其中的磁铁、运动电荷或载流导体有磁力作用；
② 载流导体在磁场中移动时，磁场力一般要作功。 与电场的规律非常相似 ——可借用电场的描述方法
三. 磁感(应)强度
洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用力的规律： 当运动试探电荷以一定速率 v 、 磁 场 沿不同方向通过某点时,电荷所 y 受的磁力不同! 1. 存在一个特定的方向：电荷 沿该向运动不受磁力作用。 此方向与电荷种类无关. x 2.电荷沿不同于特定方向的 磁力 速度通过场中某点时， 的方向总是垂直于速度与该 特定方向组成的平面。
第六章 稳恒磁场
（第一讲）
主讲：王建星
作业：6-1、6-2、6-3 本章重点： 1 .毕奥-萨伐尔定律 2 .安培环路定理 3 .求磁力的安培定律
预习：§6. 4
第六章 稳恒磁场 §6. 1 磁感(应)强度 一．基本磁现象
1．安培假说：(1822年)
1) 一切磁现象都是电流 (或运动电荷)产生的; 2) 组成磁铁的最小单元(“磁分子”)是环形电流。
B= —— 2R
O
(6-J1)
4) 若线圈是由N 匝细导线组成 可看成是N匝圆电流的磁场的迭加
O
x
x
B=N ————— 2(R2+ x2)3/2
0 IR2
(6-J2)
记住以上两类典型载流导线的B公式，解题时可直接引用！
① 任取一 I d l ，写出 d B 的大小、标明方向； ② 建立坐标，将d B 分解 d Bx d B y d Bz
③ 求各分量的积分和，Bx
④ 合成
B Bx i B y j Bz k
2 x 2 y 2 z
dB
L
x
By d By Bz d Bz
磁场
运动电荷②
2． 磁场对外表现 ① 磁场对引入其中的磁铁、运动电荷或载流导体有磁力作用；
② 载流导体在磁场中移动时，磁场力一般要作功。 与电场的规律非常相似 ——可借用电场的描述方法
三. 磁感(应)强度
洛仑兹力 磁场对运动电荷的作用力的规律： 当运动试探电荷以一定速率 v 、 磁 场 沿不同方向通过某点时,电荷所 y 受的磁力不同! 1. 存在一个特定的方向：电荷 沿该向运动不受磁力作用。 此方向与电荷种类无关. x 2.电荷沿不同于特定方向的 磁力 速度通过场中某点时， 的方向总是垂直于速度与该 特定方向组成的平面。
大学物理电磁学ppt
¦Qi c
局域守恒
电荷守恒定律是物理学中 普遍的基本定律
水滴皇冠 Nature 455, 1089-1092 (23 October 2008)
“天电”和“地电”一样
富兰克林
§2 库仑定律( Coulomb Law) 1785年，库仑通过扭称实验得到。
1.表述
在真空中， 两个静止点电荷之间的相互作 用力大小，与它们的电量的乘积成正比，与它 们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着 它们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。
更小范围倾向于反平方率仍成立
实验表明: 电子半径 <10-20m
5)电力叠加原理(独立作用原理)
& f
¦
& fi
i
qi
q r*i
§3 电场 电场强度 早期：超距作用 后来: 法拉第提出近距作用
并提出力线和场的概念
一.电场 (electric field) z 电荷在其周围产生电场。 z 电荷在电场中受力
哈密顿算子
+
Tangential component
闭合路径的环量
Vector
环量（Circulation） 平均切线分量环路径
第一章 静电场 Electrostatic field
§1 电荷 §2 库仑定律 §3 电场 电场强度 §4 点电荷电场及叠加原理 §5 高斯定理及其应用
§1 电荷
清晰、准确的数学形式表示 （2）1862年，在《论物理的力线》一文中，提出了场的“以太”模 型
并从对称性出发提出了“位移电流”假说 （3）1865年，Maxwell发表了重要论文《电磁场的动力理论》，建立
了电磁场方程，并从场方程出发推出了 E 和 B满足的波动方程
局域守恒
电荷守恒定律是物理学中 普遍的基本定律
水滴皇冠 Nature 455, 1089-1092 (23 October 2008)
“天电”和“地电”一样
富兰克林
§2 库仑定律( Coulomb Law) 1785年，库仑通过扭称实验得到。
1.表述
在真空中， 两个静止点电荷之间的相互作 用力大小，与它们的电量的乘积成正比，与它 们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着 它们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。
更小范围倾向于反平方率仍成立
实验表明: 电子半径 <10-20m
5)电力叠加原理(独立作用原理)
& f
¦
& fi
i
qi
q r*i
§3 电场 电场强度 早期：超距作用 后来: 法拉第提出近距作用
并提出力线和场的概念
一.电场 (electric field) z 电荷在其周围产生电场。 z 电荷在电场中受力
哈密顿算子
+
Tangential component
闭合路径的环量
Vector
环量（Circulation） 平均切线分量环路径
第一章 静电场 Electrostatic field
§1 电荷 §2 库仑定律 §3 电场 电场强度 §4 点电荷电场及叠加原理 §5 高斯定理及其应用
§1 电荷
清晰、准确的数学形式表示 （2）1862年，在《论物理的力线》一文中，提出了场的“以太”模 型
并从对称性出发提出了“位移电流”假说 （3）1865年，Maxwell发表了重要论文《电磁场的动力理论》，建立
了电磁场方程，并从场方程出发推出了 E 和 B满足的波动方程
大学物理《电磁学》课件
详细描述
电磁场能量守恒定律表明，在电磁场的演化过程中，电磁场的能量不能被创造或消失，只能被转移或转化。这个 定律可以通过麦克斯韦方程组进行描述，并且在许多物理现象中都有应用，例如电磁波的传播、电磁能的转换等 。
电磁场动量守恒定律及其应用
总结词
电磁场动量守恒定律是电磁学中的另一个基本定律，它描述了电磁场动量在空间中的转移和转化，对 于理解电磁波的传播和散射等现象具有重要意义。
电磁学实验设计思路与方法论介绍
实验目的与背景
明确实验的意义和工程应用背 景，有助于学生更好地理解实
验的设计思路。
实验器材与设备
列出所需的实验器材和设备， 并简要介绍其功能和使用方法 。
实验原理与公式
详细阐述实验的基本原理和相 关的公式，为学生后续理解和 应用实验数据打下基础。
实验步骤与流程
清晰地列出实验的操作步骤和 流程，确保学生能够按照规定
的步骤进行实验。
电磁学实验操作技巧与注意事项分享
01
操作技巧
02
正确使用实验器材：熟悉各种实验器材的使用方法 和注意事项，如电源、电阻器、电感器等。
03
准确测量数据：在实验过程中，要按照规定的步骤 准确测量数据，避免误差的产生。
电磁学实验操作技巧与注意事项分享
• 保持实验安全：在实验过程中，要注意安全，避免触电、 烫伤等事故的发生。
大学物理《电磁学 》课件
汇报人： 202X-12-20
目录
• 电磁学概述 • 电场与电势 • 磁场与磁感应强度 • 电磁感应现象与麦克斯韦方程组 • 电磁场能量与动量守恒定律 • 电磁学实验设计与操作技巧
01
电磁学概述
电磁学定义与基本概念
电磁学定义
电磁学是研究电荷、电流、电场、磁 场以及它们之间相互作用相互影响的 学科。
电磁场能量守恒定律表明，在电磁场的演化过程中，电磁场的能量不能被创造或消失，只能被转移或转化。这个 定律可以通过麦克斯韦方程组进行描述，并且在许多物理现象中都有应用，例如电磁波的传播、电磁能的转换等 。
电磁场动量守恒定律及其应用
总结词
电磁场动量守恒定律是电磁学中的另一个基本定律，它描述了电磁场动量在空间中的转移和转化，对 于理解电磁波的传播和散射等现象具有重要意义。
电磁学实验设计思路与方法论介绍
实验目的与背景
明确实验的意义和工程应用背 景，有助于学生更好地理解实
验的设计思路。
实验器材与设备
列出所需的实验器材和设备， 并简要介绍其功能和使用方法 。
实验原理与公式
详细阐述实验的基本原理和相 关的公式，为学生后续理解和 应用实验数据打下基础。
实验步骤与流程
清晰地列出实验的操作步骤和 流程，确保学生能够按照规定
的步骤进行实验。
电磁学实验操作技巧与注意事项分享
01
操作技巧
02
正确使用实验器材：熟悉各种实验器材的使用方法 和注意事项，如电源、电阻器、电感器等。
03
准确测量数据：在实验过程中，要按照规定的步骤 准确测量数据，避免误差的产生。
电磁学实验操作技巧与注意事项分享
• 保持实验安全：在实验过程中，要注意安全，避免触电、 烫伤等事故的发生。
大学物理《电磁学 》课件
汇报人： 202X-12-20
目录
• 电磁学概述 • 电场与电势 • 磁场与磁感应强度 • 电磁感应现象与麦克斯韦方程组 • 电磁场能量与动量守恒定律 • 电磁学实验设计与操作技巧
01
电磁学概述
电磁学定义与基本概念
电磁学定义
电磁学是研究电荷、电流、电场、磁 场以及它们之间相互作用相互影响的 学科。
大学物理电磁学课件
大学物理电磁学课件一、引言电磁学是物理学的一个重要分支，主要研究电磁现象及其规律。
电磁学的研究对象包括电荷、电场、磁场、电磁波等，这些现象在日常生活和科技领域具有广泛的应用。
本课件旨在介绍大学物理电磁学的基本概念、基本理论和基本方法，帮助学生建立电磁学的知识体系，提高解决实际问题的能力。
二、电荷与电场1.电荷电荷是物质的一种属性，分为正电荷和负电荷。
自然界中存在两种电荷，分别是电子和质子。
电子带负电，质子带正电。
电荷的量称为电荷量，单位是库仑（C）。
2.电场电场是描述电荷之间相互作用的物理量。
电场强度是电场的一种表现形式，表示单位正电荷所受到的电场力。
电场强度的单位是牛顿/库仑（N/C）。
电场线是一种用来表示电场分布的工具，从正电荷出发，指向负电荷。
3.电势与电势差电势是描述电场中某一点电荷势能的物理量。
电势差是指两点间电势的差值。
电势差的单位是伏特（V）。
电场力做功与电势差之间存在关系：W=qΔV，其中W表示电场力做的功，q表示电荷量，ΔV 表示电势差。
三、电流与磁场1.电流电流是电荷流动的现象。
电流的方向规定为正电荷的流动方向。
电流的强弱用电流强度表示，单位是安培（A）。
2.磁场磁场是描述磁体之间相互作用的物理量。
磁感应强度是磁场的一种表现形式，表示单位长度电流所受到的磁场力。
磁感应强度的单位是特斯拉（T）。
磁场线是一种用来表示磁场分布的工具，从磁南极指向磁北极。
3.电磁感应电磁感应是指磁场变化引起电场的变化，从而导致电流的产生。
法拉第电磁感应定律描述了电磁感应现象：ΔΦ/Δt=-E，其中ΔΦ表示磁通量的变化，Δt表示时间的变化，E表示感应电动势。
四、电磁波1.电磁波的产生电磁波是由电场和磁场交替变化而产生的一种波动现象。
当电荷加速运动时，会产生变化的电场和磁场，从而形成电磁波。
2.电磁波的传播电磁波在真空中的传播速度为光速，即c=3×10^8m/s。
电磁波的传播方向垂直于电场和磁场构成的平面。
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点电荷场强公式
E＝ F
q0
Q
4 0r 2
er
er Q
P
F
q0
说明：(1)球对称性,非均匀电场；
(2) Q>0,沿 er 方向, Q<0,沿 - e r 方向
18
2、电荷离散分布
F
Fi
Qi q0
4 0ri2
ei
Qi
q0 P ri
P点的电场强度
E
Fi q0
Qi
4 0
ri2
ei
E＝
3
本章主要内容：
●两个物理量：场强、电势 ●一个定律：库仑定律 ●一个原理：电场强度叠加原理
（静电场4个实验事实：存在两种电荷；电荷守恒； 库伦定律；叠加原理）
● 两个定理：高斯定理、环路定理
4
8－1 电荷守恒定律 电荷的量子化
一.电荷守恒定律、电荷的量子化
自然界中只存在正、负两种电荷
在一个孤立系统内，正负电荷的代数和在任何物理过 程中保持不变。-----电荷守恒定律
注：电子的直径是10^-15m数量级 质子的直径约为10^-16m数量级
解：由于电子与质子之间距离约为它们自身直径 的105 倍，因而可将电子、质子看成点电荷。
12
●电子与质子之间静电力（库仑力）为吸引力
FE e2 4 0R2 8.2108 (N)
●电子与质子之间的万有引力为
FG GmM R2 3.6 1047 (N)
为面电荷密度
dv 体分布
为体电荷密度
20
电场强度的计算方法
点电荷
E＝ F
q0
Q
4 0r 2
er
叠
加
离散型 E＝
E i＝
Qi
4
E＝
dE
dq
4 0r 2
er
当场源电荷的分布已知时，利用场强叠加原理，原
则上可以求出任意带电体的电场分布。
21
2011年9月5日（第一次课）作业：无
16
E
F
q0
1. E 和试验电荷的大小无关,而由场本身决定。 E 2.在电场中，空间每一点都对应有一个矢量
(不管有无试验电荷存在)
E
为点函数（位置函数），记作
E( x, y,z )
3. E 在数值上等于单位试验电荷所受的力， E 的方向是试验正电荷的受力的方向。
17
三．场强的计算
1.场源为点电荷的场强分布
F12
q2 0
q2 0 异号
斥力 引力
10
二.静电力（库仑力）的叠加原理
★离散状态
实验
F
N
Fi
i 1
其中
Fi
q0qi
4
0ri
3 0
ri0
r10
q1
r20
q2
★连续分布
F
dF
其中
F2
dF
q0dq
4 0 r03
r0
F
q0
F1
11
该题上课未讲，大家可 以自己体会一下！
例1、在氢原子中，电子与质子的距离为5.3×10-11米， 试求静电引力及万有引力，并比较这两个力的数量关系。
7
一.库仑定律（1785年）
-----适用于真空中静止点电荷
F
q1q2 r2
方向沿着两个点电荷连线 同号相斥,异号相吸.
点电荷（理想模型）:
l
r
l
l<<r
说明
对于有限分布带电体，可以看作无限多点电荷的集合。
8
库仑定律的数学表达式:
F12
k
e12
rq1r211q22/2re1212
在国际单位制中：
r12
q1 F21
F12
q2
k 1
4 0
0 8.85421012C2 N m 1 2
F12
1
4 0
q1q2 r122
e12
9
F12
1
4 0
q1q2 r122
e12
讨论：正负电荷对力的方向的影响
F21
q1e012
q1 0
F21
q1 0
q1 0
q2 0 q2 0
F12 同号
说明
当物体带电量较多时，如宏观带电体，电 量可以按连续量处理。
相对论不变性
6
8－2 库仑定律
库仑(Charlse-Augustin de Coulomb 1736-1806)， 法国工程师、物理学家。1736年6月14日生于法国 昂古莱姆。1806年8月23日在巴黎逝世。早年就读 于美西也尔工程学校。离开学校后，进入皇家军事 工程队当工程师。 法国大革命时期，库仑辞去一切职务，到布卢瓦致 力于科学研究。法皇执政统治期间，回到巴黎成为 新建的研究院成员。
14
8-3
一.电场
产生
电场 电场强度
电场
EA
作用
电荷A
电荷B
作用
电场 EB
产生
★对外表现： 电场
★研究方法：
对电荷施加作用力
电场力对电荷作功
力法—引入场强
E
能法—引入电势 u
15
二.电场强度—描述电场的基本物理量 + q 0
场源 电荷
试验 电荷
(线度足够小 电量足够小)
E
F
q0
单位： N C 或V m
《电磁学》
粱灿彬等编
《大学物理》
-农林院校必修课考试辅导丛书 贾贵儒等编
《大学物理学习题讨论课指导》 沈慧君等编
高教出版社 高教出版社 高教出版社 清华大学出版社 高教出版社
高教出版社 清华大学出版社
2
第八章 静电场(电磁学基础）
8-1 电荷守恒定律 电荷的量子化 8-2 库仑定律 8-3 电场 电场强度 8-4 静电场的高斯定理 8-5 静电场的环路定理 电势 8-6电场场强与电势梯度（只讲） 8-7 静电场中的导体 8-8电容器、电容 8-9 静电场中的电介质(只讲） 8-10 有电介质时的高斯定理 电位移(只讲） 8-11 静电场的能量
电磁学
研究电磁现象的规律以及物质的电学和磁学性质的科学。
学
第八章 静电场
习
第九章 恒定磁场
内
第十章 电磁感应
容
第十一章 麦克斯韦方程组
数学工具（非常重要）:微积分、矢量分析；
1
电磁学部分参考教材：
《大学物理学》 马文蔚等编
《大学物理学》 吴百诗等编
《普通物理学》 程守洙等编
《大学基础物理学》 张三慧编
●所以库仑力与万有引力数值之比为
FE FG 2.3 1039
考虑带电粒子间的相互作用力时,可忽略万有引力。
13
问题： 静电力发生在两个互不接触的物体之间， 静电力是怎样传递的呢？
观点1: 静电力是“超距作用”－－不 需要媒介，也不需要传递时间就能立 即作用于相隔一定距离的物体上
观点2: 静电力是“近距离作用”，它是通 过充满空间的弹性介质“以太”来传递的， 且需要时间
Ei
点电荷系电场中某点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点的 场强的矢量和。这就是电场强度的叠加原理。
19
点电荷 3、电荷连续分布
把带电体看作是由许多个元电荷组成，然后 利用场强叠加原理。
E
V
dE
V
dq
4 0r 2
er
Q
dq
rdV
dE
dl 线分布
dq= ds 面分布
dl
为线电荷密度
ds
22
本次课的主要内容
一.库仑定律
-----适用于真空中静止点电荷 F12
k
q1q2 r122
e12
二.电场强度—描述电场的基本物理量
E
F
q0
三、电场强度的计算（重点）
E＝
F
q0
Q
4 0r 2
er
叠加原理
E＝
Ei＝
Qi
40r
2
er
E＝
dE
dq
4 0r 2
er
23
任何带电体所带的电量都是某个基本电量的整数倍
单个电子或质子电量绝对值 e
e=1.602×10-19C
带电体电量 q= ne,n=1,2,3,... ---电荷的量子化效应
典型实验：(1906-1917)美国实验物理学家密立根液滴实验
电荷的量子化效应： -----近代物理中一个普遍的规则
近代物理在理论上预言：强子（中子和质子等） 是由若干种夸克或反夸克组成，夸克电量＝ ±(1/3)e或±(2/3)e。然而至今尚未在实验中发现 单独存在的夸克