电磁学复习物理课件.ppt

1、理学院 物理系 陈强电磁学部分电磁学部分 总结总结理学院 物理系 陈强7.1 电荷电荷 库仑定律库仑定律7.2 真空中的静电场真空中的静电场 电场强度电场强度7.3 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理7.4 静电场的环路定理静电场的环路定理 电势电势7.5 等势面等势面 电场强度与电势的微分关系电场强度与电势的微分关系理学院 物理系 陈强描述静电场基本性质的两个物理量描述静电场基本性质的两个物理量E电场强度电场强度 电势电势 V两个基本定理两个基本定理静电场的高斯定理静电场的高斯定理静电场的环路定理静电场的环路定理1.电场强度电场强度(1)定义式定义式0qFE 电场强度是描述静电场性质

2、的物理电场强度是描述静电场性质的物理量，其是空间点坐标的单值函数，量，其是空间点坐标的单值函数，是一个矢量。是一个矢量。真空中的库仑定律真空中的库仑定律 r221041erqqF 理学院 物理系 陈强(2)点电荷点电荷 q 产生的电场强度产生的电场强度r204erqE iiiiiierqEEr2041(3)电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理对于带电体对于带电体(电荷连续分布电荷连续分布)，其电场强度，其电场强度 r204erqE d注意：电场强度的积分是注意：电场强度的积分是矢量矢量积分。积分。(4)电通量电通量 在电场中穿过任意曲面在电场中穿过任意曲面 S 的电场线条数的电场线条数 (穿过

3、该面的穿过该面的)电通量电通量(F Fe)SSSEddee对于闭合曲面对于闭合曲面 SSEde理学院 物理系 陈强(5)静电场高斯定理静电场高斯定理 iSq01 SEd在真空中的静电场中，通过任一闭合曲在真空中的静电场中，通过任一闭合曲面的电通量等于该曲面所包围的电荷电面的电通量等于该曲面所包围的电荷电量的代数和除以量的代数和除以 0 0 高斯定理指出静电场是有源场，电荷就是它的源。高斯定理指出静电场是有源场，电荷就是它的源。用高斯定理求电场强度的步骤：用高斯定理求电场强度的步骤：(a)由电荷分布的对称性，分析电场强度分布的对称性由电荷分布的对称性，分析电场强度分布的对称性;(b)根据对称性选

4、取适当的高斯面；根据对称性选取适当的高斯面；(c)计算计算通过通过高斯面高斯面的电通量的电通量及其内包围的电荷量及其内包围的电荷量;(d)根据高斯定理求电场强度根据高斯定理求电场强度。理学院 物理系 陈强2.电势电势(1)静电场的环路定理静电场的环路定理0d LlE静电场是保守场。静电场是保守场。(2)电势能电势能q0 在电场中某点在电场中某点 a 的电势能：的电势能：00aalEqWd(3)电势电势定义定义 00aaalEqWVd 电势差电势差 babaablEVVUd理学院 物理系 陈强(4)点电荷电场中某点的电势点电荷电场中某点的电势rqVa04 (5)电势叠加原理电势叠加原理 niii

5、arqV104 带电体带电体(电荷连续分布电荷连续分布)的电场中，其电势的电场中，其电势 QarqV04d(6)电势的计算方法电势的计算方法已知电荷分布已知电荷分布 QarqV04d 已知场强分布已知场强分布 0aalEVd理学院 物理系 陈强3.电场强度与电势的微分关系电场强度与电势的微分关系nnddV ElElddV 在直角坐标系中在直角坐标系中xVEx yVEy zVEz 表示成矢量形式表示成矢量形式VkzVjyVixVE grad)(4.电场中的电偶极子电场中的电偶极子EpM 电偶极子在均匀电场中受到的力矩为电偶极子在均匀电场中受到的力矩为 理学院 物理系 陈强8.1 静电场中的导体静

6、电场中的导体8.2 静电场中的电介质静电场中的电介质8.3 电位移矢量电位移矢量 D 有电介质时的高斯定理有电介质时的高斯定理8.4 电容器的电容电容器的电容8.5 电场能量电场能量 理学院 物理系 陈强1.导体的静电平衡条件及导体上的电荷分布导体的静电平衡条件及导体上的电荷分布(1)导体静电平衡的条件导体静电平衡的条件0 内E表面E 导体表面导体表面用电势描述：导体静电平衡时是一个等势体。用电势描述：导体静电平衡时是一个等势体。(2)导体静电平衡时的电荷分布导体静电平衡时的电荷分布导体内部处处没有净电荷存在，电荷只能分布在导体导体内部处处没有净电荷存在，电荷只能分布在导体表面上。导体表面附近

7、一点的电场强度与该点处导体表面上。导体表面附近一点的电场强度与该点处导体表面电荷的面密度之间的关系为表面电荷的面密度之间的关系为0 E理学院 物理系 陈强2.静电场中的电介质静电场中的电介质(1)电介质中的高斯定理电介质中的高斯定理 iiSqSD0d通过高斯面的通过高斯面的电位移通量电位移通量等于高斯等于高斯面所包围的面所包围的自由电荷自由电荷的代数和。的代数和。(2)对各向同性的均匀电介质对各向同性的均匀电介质电位移矢量电位移矢量：EED r0介质介质表面极化电荷面密度表面极化电荷面密度：0r)11(3.电容器的电容电容器的电容定义：定义：21VVqC 理学院 物理系 陈强 电容器电容的计算

8、电容器电容的计算 qE21VV 21VVqC (1)平行板电容器平行板电容器(2)球形电容器球形电容器(3)柱形电容器柱形电容器dSC 12214RRRRC abRRLCln2 4.电场能量电场能量2 21Ewe 能量密度能量密度ED 21理学院 物理系 陈强电场总能量电场总能量VEWWVVeed21d2 电容器中电场储存的能量电容器中电场储存的能量CQAWe22 QUCU21212 理学院 物理系 陈强9.1 磁场磁场 磁感应强度磁感应强度9.2 毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律 9.3 磁通量磁通量 磁场的高斯定理磁场的高斯定理9.4 安培环路定理安培环路定理9.5 磁场对电流的作用磁场对电流

9、的作用9.6 磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用理学院 物理系 陈强1.磁场磁场2.毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律 描述磁场的物理量磁感应强度描述磁场的物理量磁感应强度 是一矢量是一矢量,其方向沿该点其方向沿该点处静止小磁针的处静止小磁针的N极指向极指向,其大小等于单位电流元在该点处其大小等于单位电流元在该点处受到的最大磁场力。受到的最大磁场力。2r03044relIrrlIB ddd lIdLBdPO大小：大小：20sin4rlIB dd 方向：右螺旋法则方向：右螺旋法则 r(1)毕奥萨伐尔定律毕奥萨伐尔定律 B理学院 物理系 陈强 20d4drelIBBr 对任意一段有限电流，其产生的

10、磁感应强度对任意一段有限电流，其产生的磁感应强度(2)运动电荷的磁场运动电荷的磁场 304rrqB v 3.磁通量和磁场的高斯定理磁通量和磁场的高斯定理(1)磁通量磁通量 SBdmF(2)磁场的高斯定理磁场的高斯定理0dm SSBF理学院 物理系 陈强4.安培环路定理安培环路定理 LiLIlB0d积分回路方向与电流方向满足右螺旋关系时积分回路方向与电流方向满足右螺旋关系时 0iI，反之，反之 0iI（磁场是有旋场）（磁场是有旋场）5.磁场对电流的作用磁场对电流的作用(1)安培力安培力大小：大小：方向：方向：sinddlBIF BlIF ddBlI dBLIlIdFd理学院 物理系 陈强(2)电

11、流强度的单位电流强度的单位安培安培定义定义:真空中通有同值电流的两无限长平行直导线，若真空中通有同值电流的两无限长平行直导线，若 相距相距 1 米，单位长度受力米，单位长度受力N1027,则电流为则电流为1 安培。安培。(3)匀强磁场对平面载流线圈的作用匀强磁场对平面载流线圈的作用合力合力:0 F磁力矩磁力矩:n ,eISm（磁矩）（磁矩）BmM (4)磁力的功磁力的功mmm2m1dIIA 理学院 物理系 陈强6.磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用(1)磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷的作用洛伦兹力洛伦兹力BqF vqBvF洛伦兹力始终与电荷运动方向垂直，对电荷不作功。洛伦兹力始终与电

12、荷运动方向垂直，对电荷不作功。(2)霍耳效应霍耳效应霍耳电压霍耳电压dIBRUabH 霍耳系数霍耳系数nqR1H 理学院 物理系 陈强10.1 磁介质的分类磁介质的分类10.2 磁介质磁性的微观解释磁介质磁性的微观解释10.3 有磁介质时的磁高斯定理有磁介质时的磁高斯定理 安培环路定理安培环路定理10.4 铁磁质铁磁质第第10章章 磁介质磁介质理学院 物理系 陈强1.磁介质的分类磁介质的分类l顺磁质顺磁质l抗磁质抗磁质1r 1r l铁磁质铁磁质1r 2.磁介质的磁化磁介质的磁化顺磁质：顺磁质：分子的固有磁矩受力矩的作用分子的固有磁矩受力矩的作用,使分子的固有磁矩使分子的固有磁矩趋于外磁场方向排

13、列。这种取向排列使得原磁场得趋于外磁场方向排列。这种取向排列使得原磁场得到加强。到加强。抗磁质：抗磁质：它的分子没有固有磁矩，附加磁矩产生附加磁场它的分子没有固有磁矩，附加磁矩产生附加磁场,附附加磁场与外场方向相反加磁场与外场方向相反,使得原磁场得到减弱。使得原磁场得到减弱。束缚电流：束缚电流：磁介质被磁化后磁介质被磁化后,在磁介质表面出现磁化电流。在磁介质表面出现磁化电流。磁化率磁化率:1 rm 理学院 物理系 陈强3.有磁介质时的磁高斯定理和安培环路定理有磁介质时的磁高斯定理和安培环路定理(1)有磁介质时的磁高斯定理有磁介质时的磁高斯定理0d)(d0 SSSBBSB无论是否有磁介质存在无论

14、是否有磁介质存在,磁高斯定理都是普遍成立的磁高斯定理都是普遍成立的(2)有磁介质时的安培环路定理有磁介质时的安培环路定理 LLIlH传传dHHBr0 各向同性均匀磁介质中各向同性均匀磁介质中4.铁磁质铁磁质铁磁质的主要特征：铁磁质的主要特征：(1)高磁导率高磁导率;(2)非线性非线性;(3)有磁滞现象。有磁滞现象。理学院 物理系 陈强11.1 法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律11.2 动生电动势动生电动势11.3 感生电动势感生电动势11.4 自感与互感自感与互感11.5 磁场能量磁场能量11.6 麦克斯韦电磁场理论简介麦克斯韦电磁场理论简介第第11章章 电磁感应电磁感应理学院 物理系 陈

15、强1.法拉第电磁感应定律法拉第电磁感应定律tddmE闭合回路中，感应电流的方向总是使得它自身所产生的磁通闭合回路中，感应电流的方向总是使得它自身所产生的磁通量反抗引起感应电流的磁通量变化。量反抗引起感应电流的磁通量变化。2.楞次定律楞次定律3.动生电动势动生电动势非静电力非静电力)(mBeFv 动生电动势动生电动势ablEdKEablBd)(v4.感生电动势感生电动势非静电性场非静电性场VE 有旋电场有旋电场 。理学院 物理系 陈强感生电动势感生电动势balEdVESStBd有旋电场与变化磁场之间的关系：有旋电场与变化磁场之间的关系：LVlEd（感生电场与磁场的变化率成左螺旋关系）（感生电场与

16、磁场的变化率成左螺旋关系）5.自感与互感自感与互感(1)自感自感LI 自感系数自感系数;LtILddLE自感电动势自感电动势(2)互感互感12121IM是回路是回路1 1对回路对回路2 2的互感系数。的互感系数。21M可以证明：可以证明：MMM1221理学院 物理系 陈强6.磁场能量磁场能量BHVW21mm磁场能量密度磁场能量密度VBHVwWVVd21dmm在有限区域内在有限区域内 互感电动势互感电动势tIMdd12121EtIMdd21212E7.麦克斯韦电磁场理论简介麦克斯韦电磁场理论简介(1)位移电流位移电流SDDSDttIdddddStDSd理学院 物理系 陈强(2)麦克斯韦方程组的积分形式麦克斯韦方程组的积分形式StBlESLddSSiqSD内0d0dSSBSLSjlHd)(dtD理学院 物理系 陈强祝同学们期末考试顺利祝同学们期末考试顺利!