浙江大学大学物理-课件16电磁学习题课 共20页
浙江大学《大学物理》课件电磁波
B 0 磁场 D H t
H B
电磁场与电磁波
H E t
E H t
E H E t t t
电磁波除了具有能量，还有动量
w 动量密度为 ，能产生辐射压力 光压 c
分析书上例15.2，重点注意能量是如何进入电容器的！
电磁场与电磁波
电磁波谱
电磁场与电磁波
作业： 15-3 15-5 15-8 15-11 15-14
H y H H x H z i j k t t t t
电磁场与电磁波
电磁波中 E 与 H 方向性关系 H E t
H x Ez Ey 0 y z t H y Ex Ez 0 x t z H z Ey Ex 0 x y t
电磁场与电磁波
有关电场和磁场的规律总结如下：
D dS q0 S 静电场 LE dl 0
B dS 0 S 静磁场 LH dl I
一、位移电流 全电流： 变化的磁场产生涡旋电场 d L Ei dl dt 那么，变化的电场能否产生磁场呢？下面来研究电容器的充 放电过程：
电磁场与电磁波
对S1与S 2的边界L作为积分回路，则安培 环路定理有 对S1 : H dl I 对S 2 : H dl 0
L L
电磁场与电磁波
传导电流在通过电容器时不连续！ 但可以发现，两极板的电场是随着传导电流的变化而变化， 而且在数值上与传导电流的大小有重要关系： dq 平行板电容器中D , D D S q,同时电流I , 故有 dt d D dq I dt dt Maxwell将电位移通量的变化看作一种新的等效电流------位 移电流，同时引入全电流的概念，全电流在任何情况下都连 续！
大学物理《电磁学》PPT课件
欧姆定律
描述导体中电流、电压和电阻之间关系的 定律。
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。
恒定电流
电流大小和方向均不随时间变化的电流。
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。
电介质的极化现象
1 2
电介质的定义 电介质是指在外电场作用下能发生极化的物质。 极化是指电介质内部正负电荷中心发生相对位移， 形成电偶极子的现象。
极化类型 电介质的极化类型包括电子极化、原子极化和取 向极化等。
3
极化强度
极化强度是描述电介质极化程度的物理量，用矢 量P表示。极化强度与电场强度成正比，比例系 数称为电介质的电极化率。
磁场对载流线圈的作用
对于载流线圈，其受力可分解为沿线圈平面的法向力和切线方 向的力，分别用公式Fn=μ0I²S/2πa和Ft=μ0I²a/2π计算。
05
电磁感应原理及技 术应用
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律的内容
01
变化的磁场会产生感应电动势，感应电动势的大小与磁通量的
变化率成正比。
法拉第电磁感应定律的数学表达式
安培环路定理及其推广形式
安培环路定理
磁场中B沿任何闭合路径L的线积分， 等于穿过这路径所围面积的电流代数 和的μ0倍，即∮B·dl=μ0∑I。
推广形式
对于非稳恒电流产生的磁场，安培环路 定理可推广为 ∮B·dl=μ0∑I+ε0μ0∂/∂t∮E·dl。
磁场对载流导线作用力计算
载流导线在磁场中受力
当载流导线与磁场方向不平行时，会受到安培力的作用，其大 小F=BILsinθ，方向用左手定则判断。
浙江大学大物甲电磁学
S
D dS q0
r 0
D P ' Pn E e 0 E 高斯定理 D E P '
5
四、静电场的能量
1.电容器储能公式
1Q 1 1 2 W QU CU 2 C 2 2
2.求带电体系静电能的三种方法
2
U El l
二、静电场中的导体
1.导体的静电平衡特点
(1).
E内 0
(2).
E表 表面
(3).导体是等势体，表面是等势面 2.导体静电平衡的性质
(1).
q
内
0
(2).
E 0
(3).孤立导体电荷分布与表面曲率有关-----尖端放电现象 3.空腔导体静电平衡的性质 4.静电屏蔽 接地的空腔导体是一个很好的静电屏蔽装置。
3
5.计算有导体存在时,静电场分布的基本依据 (1) 导体静电平衡时的基本性质.
(2) 电荷守恒
(3) 高斯定理 6.电容 电容器 孤立导体的电容： 计算电容的基本步骤： 1.先假设两极板分别带电+q、-q； 2.求两极板间电场强度的分布； 3.求两极板间的电势差； 4.
q C U
q C U A U B
2 E A EB EC
DB DC
DB 0 EB
2 E A EB
DC 0 r EC
EB
EB r EC
r
EA r 1 EB 2 r
14
【例题三】如图所示，一无限大接地导体板的右侧有一无限长 均匀带电直导线垂直与导体板放置，导线的一端距板距离为d, 已知导线上线电荷密度为。求O点处的感应电荷面密度。
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
浙江大学电磁学课件-第一章-静电场
U 1 4 0
p rˆ r2
p ql
等位面 --电位相等的点构成的曲面
等位面性质
(a) 等位面与电力线（电场强度）处处正交 因为电场沿等位面作功为零
q0Edl cos 0, / 2
(b) 等位面密集的地方电场强度大 设两相邻等位面垂直距离为：n
Q
| U || P E dl | En
S
侧面
E e 与 r 成反比 2 0 r
例题4: 求均匀带正电无限大平面薄板 的场强，板的电荷面密度为 e
解: 如何选高斯面？
E e 2 0
与 r 无关
§1.4 电位、电位梯度
静电场力是保守力 -- 做功与路径无关 证明：
(1) 单个点电荷
dA F dl
F cos dl F KN F K' N'
静电场的环路定理 E dl 0
L
Q P E dl E dl E dl 0
P
Q
L
电力线不能闭合，否则 E dl 0
L
电位差
U PQ
WPQ q0
Q E dl
P
WPQ是电场从P到Q做的功，
注意，电位差与积分路径无关!
选一参考点，可定义某点P的电位，例如
P
2 0 r
与 r 成反比！（如何简单论证？）
请注意：电场是矢量！
对称性分析、微元法、矢量运算、 积分是电磁学的典型思路
电场分布，特别是其与 r 的关系 如何随带电体变化是典型结论
例如，无穷大带电平面板的场强 分布是常数
带电体在电场中所受力、力矩及其运动
例题４：电偶极子在均匀电场中 所受力、力矩及其运动
U (P) P E dl E dl
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
2024版年度《大学物理》全套教学课件(共11章完整版)
01课程介绍与教学目标Chapter《大学物理》课程简介0102教学目标与要求教学目标教学要求教材及参考书目教材参考书目《普通物理学教程》（力学、热学、电磁学、光学、近代物理学），高等教育出版社；《费曼物理学讲义》，上海科学技术出版社等。
02力学基础Chapter质点运动学位置矢量与位移运动学方程位置矢量的定义、位移的计算、标量与矢量一维运动学方程、二维运动学方程、三维运动学方程质点的基本概念速度与加速度圆周运动定义、特点、适用条件速度的定义、加速度的定义、速度与加速度的关系圆周运动的描述、角速度、线速度、向心加速度01020304惯性定律、惯性系与非惯性系牛顿第一定律动量定理的推导、质点系的牛顿第二定律牛顿第二定律作用力和反作用力、牛顿第三定律的应用牛顿第三定律万有引力定律的表述、引力常量的测定万有引力定律牛顿运动定律动量定理角动量定理碰撞030201动量定理与角动量定理功和能功的定义及计算动能定理势能机械能守恒定律03热学基础Chapter1 2 3温度的定义和单位热量与内能热力学第零定律温度与热量热力学第一定律的表述功与热量的关系热力学第一定律的应用热力学第二定律的表述01熵的概念02热力学第二定律的应用03熵与熵增原理熵增原理的表述熵与热力学第二定律的关系熵增原理的应用04电磁学基础Chapter静电场电荷与库仑定律电场与电场强度电势与电势差静电场中的导体与电介质01020304电流与电流密度磁场对电流的作用力磁场与磁感应强度磁介质与磁化强度稳恒电流与磁场阐述法拉第电磁感应定律的表达式和应用，分析感应电动势的产生条件和计算方法。
法拉第电磁感应定律楞次定律与自感现象互感与变压器电磁感应的能量守恒与转化解释楞次定律的含义和应用，分析自感现象的产生原因和影响因素。
介绍互感的概念、计算方法以及变压器的工作原理和应用。
分析电磁感应过程中的能量守恒与转化关系，以及焦耳热的计算方法。
电磁感应现象电磁波的产生与传播麦克斯韦方程组电磁波的辐射与散射电磁波谱与光子概念麦克斯韦电磁场理论05光学基础Chapter01光线、光束和波面的概念020304光的直线传播定律光的反射定律和折射定律透镜成像原理及作图方法几何光学基本原理波动光学基础概念01020304干涉现象及其应用薄膜干涉及其应用（如牛顿环、劈尖干涉等）01020304惠更斯-菲涅尔原理单缝衍射和圆孔衍射光栅衍射及其应用X射线衍射及晶体结构分析衍射现象及其应用06量子物理基础Chapter02030401黑体辐射与普朗克量子假设黑体辐射实验与经典物理的矛盾普朗克量子假设的提普朗克公式及其物理意义量子化概念在解决黑体辐射问题中的应用010204光电效应与爱因斯坦光子理论光电效应实验现象与经典理论的矛盾爱因斯坦光子理论的提光电效应方程及其物理意义光子概念在解释光电效应中的应用03康普顿效应及德布罗意波概念康普顿散射实验现象与经德布罗意波概念的提典理论的矛盾测不准关系及量子力学简介测不准关系的提出及其物理量子力学的基本概念与原理意义07相对论基础Chapter狭义相对论基本原理相对性原理光速不变原理质能关系广义相对论简介等效原理在局部区域内，无法区分均匀引力场和加速参照系。
大学物理电磁学课件PPT
0I2 0I1I2 = ————————I1Rd cos(/2) = ———cot(/2)d 2[2Rsin(/2)] 4
df
N
俯视图
力偶矩
dM= ——— cot(—)d 2Rsin( ) = ——— 4 2 I I R 0I1I2R 2 0 1 2 M cos d = ———— 0 2 2
L
例1．在匀强磁场中，有一长为 L 的载流直导线，其与磁场夹角 I 为 ，求磁场对它的作用力 f 。 I dl 解：任取一 I d l d f BI d l sin B
方向： 垂直纸面向里。各 d f 同向
f BI d l sin BI L sin
f
f d f I dl B
L L
(6-39)
求
的思路： 1) 求任一 I d l 的d f ；
I dl
I
2) 分解 d f
3) 合成
f f xi f y j
d fx d f y fx d fx
L
B
fy d fy
I
L
dfx
B
R
4 B I
f x BI d y =0 f y BI d x = BI l
0
3
(6-J3)
若为通电闭合回路？
结论：在稳恒的均匀磁场中，任意形状的通电导线所受的磁力
等效为连接该导线两端点的直线电流所受的磁力。 f I d l B
L
例3．求载流直导线在非匀强磁场中所受安培力。
B
大学物理电磁学习题的总结PPT课件
第28页/共159页
例题. 均匀带电细杆AB，电荷线密度为λ，绕垂直于
直线的轴O以角速度ω匀速转动
求：1. O点的磁感应强度Bo 2. 磁矩m
3. 若a>>b，求Bo及 m
电流强度： dI
dq
dq
dr
T 2
2
1.
dB0
0
2r
dI
0
2r
（设导线本身不带电，且对电场无影响）
A
B
第9页/共159页
例8．在一不带电的金属球旁，有一点电荷+q，金属 球半径为R， 求：（1）金属球上感应电荷在球心处产生的电场强度
及此时球心处的电势U； （2）若将金属球接地，球上的净电荷为何？
已知+q与金属球心间距离为r。
r
o
q
第10页/共159页
例9 ：三个“无限长”的同轴导体圆柱面A、B、C，
流
I＝20A，求通过斜线面积的磁通量。
x处的（磁感r1强=r度3=1为0：cm，l=25cm ）
B
μ0I
2x
2π
μ0I
d
x
I1
dΦm B dS
r1
Φm
d r1
r3
(
μ0I
2x
作业17-5.
1
I
a
O
2I be c
第23页/共159页
作业17-8.无限长同轴电缆由一导体圆柱和一与它同轴的导体圆筒所构成．使用时， 电流I从一导体流入，从另一导体流出，设导体中的电流均匀分布在横截面上．圆柱 的半径为r1，圆筒的内外半径分别为r2和r3，试求空间各处的磁感应强度.
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
大学物理下 电磁感应习题册讲解PPT课件
dR
2 r 2
故金属圆盘中的总涡流为
i i di 1 kb a rdr 1 kba2
0
2
0
4
第17页/共24页
5．一个n匝圆形细线圈，半径为b，电阻为R，以匀角 速绕其某一直径为轴而转动，该转轴与均匀磁场 B
垂直。假定有一个面积为A（很小）的小铜环固定在该转
动线圈的圆心上，环面与磁场垂直，如图所示，求在小铜
第2页/共24页
4．在圆柱形空间内有一磁感应强度为 B 的均匀磁场， 先B 后的放大在小磁以场速的率两dB个/ d不t 变同化位。置有1（一a长b）度和为2l0（的a金b属）棒，
则金属棒在这两个位置时棒内的感应电动势的大小 关系为
（A） ab ab （B）ab ab （C）ab ab 0 （D） ab ab 0
的恒定速率减小。当电子分别位于磁场中a点、b点与
c点时，假定a,c的r = 0.5m，求电子获得的瞬时加速
度的大小和方向。
答案：（1）aa 4.4 104 (ms2 ) 方向水平向左
（2） （3）
ab 0
ac 4 4 104 (ms2 )
a
r b R
B r
c
方向水平向右。
图5-10
d dvta I b (r d vt)dr
d vt 2 r a
Ib Ib (d vt) ln d vt a
2 2 a
d vt
d Ibv (ln d a a )
dt t0 2a
d da
方向顺时针
第21页/共24页
例 一截面为长方形的螺绕环，尺寸如图，共有N 匝，求其自感系数。
（2）PQ边： 1 0
P
S
PS边：2
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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a 4 0r a 4 0r 4 0 a
r
c 4 0
(
l
a ) ln
l
a a
l
E p
c 4 0
la l a r dr
a
r2
c 4 0
(
l
a)( 1 a
l
1 ) a
ln
la a
也可以：
E
p
dU p da
在一霍尔效应的实验中，通过导电体的电流和B的方向垂直，
0I 2
baln
a
b a
i
d dt
0Iv 2
ln
a
b a
a
b b
0I0 2
b
aln
a
abcost
v da dt
Idd d q t q 0 c o s t jd q 0 R 2c o s t
H(r)2 r2rjd 2 q0 R r2cost
U p
R2 E d r
Rp
R2 q d r 2 0 0 Rp 4 r 0r 2
V
U
R2 E d r
R1
R2 R1
q 4 r 0r 2 dr
1200
V
C q 4 .2 1 0 11 F U
W 1 qU 3 10 5 J 2
Q 4 R
3
4 0.5
不相等 不相等
相等
-σ/2 +σ/2
εr
1/εr
3 0I 4 l
0.5T
沿Y轴正方向
l ln R2 2 R1
π/20 A•m2 π/40 J
2μ0I/3
Z轴正
r20I cost
2a
r20I sint
2aR
r2 R2 I I
E
q 4 r 0r 2
V
C q 4 .2 1 0 11 F U
W 1 qU 3 10 5 J 2
W
1 R 2 2 R 1
r 0 E 2 4
r 2d r
1 2
qU
BdS ab 0I (xa)dx
a 2x
0I
2
ab
(1
a
a)dx x
如果上表面的电势较高，则导体中的载流子是____正_______电荷, 如果下表面的点势较高，则导体中的载流子是____负_______电荷。
一平行板电容器，两板间为空气，极板是半径为r的圆导 体片，在充电时极板间电场强度的变化率为dE/dt，若略 去边缘效应，则
两极板间位移电流密度为___j_d ____0__dd_Et_；
w 1 2D 0 21 20H 280 q 02 2R 41 0 6 q 022R 2 4 r2
指向中心轴
r x
dU dr 4 0r
x r l a dr dx
U p l a d r l a c x d r c l a l a r d r
位移电流的大小为__I_d____r_2__0_d_dE_t _。
一面积为S的平面线圈，载有电流I置于磁感应强度B为的均匀 磁场中，将线圈从力矩最大位置转过α角。求:
1. 在此过程中力矩做的功A= IIBSsin 。
IBScos 2. 转角为α时线圈所受的磁力矩|M|=
。
Thank you
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R2 R1
1 2
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0E
2
4
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1 2
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R2 q d r 2 0 0 Rp 4 r R 2 q d r 1 2 0 0
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R1 4 r 0 r 2