大學(xué)物理-電磁學(xué)部分

1、真空中的靜電場(chǎng),第 七 章,2,一 電荷的量子化,1 種類(lèi):,4 電荷的量子化:,2 性質(zhì):,正電荷，負(fù)電荷,庫(kù)侖（C）,同種相斥，異種相吸,3 單位:,,3,二 電荷守恒定律,不管系統(tǒng)中的電荷如何遷移，系統(tǒng)的電荷的代數(shù)和保持不變.,（自然界的基本守恒定律之一）,4,庫(kù)侖 (C.A.Coulomb 1736 ?1806）,法國(guó)物理學(xué)家，1785年通過(guò)扭秤實(shí)驗(yàn)創(chuàng)立庫(kù)侖定律, 使電磁學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段. 電荷的單位庫(kù)侖以他

2、的姓氏命名.,5,三 庫(kù)侖定律,為真空電容率,,點(diǎn)電荷：抽象模型,,受 的力,6,大小：,方向：,和 同號(hào)相斥，異號(hào)相吸.,7,一 靜電場(chǎng),靜電場(chǎng): 靜止電荷周?chē)嬖诘碾妶?chǎng),8,二 電場(chǎng)強(qiáng)度,1 試驗(yàn)電荷,點(diǎn)電荷 電荷足夠小,2 電場(chǎng)強(qiáng)度,9,單位:,和試驗(yàn)電荷無(wú)關(guān),電荷q受電場(chǎng)力:,定義: 單位正試驗(yàn)電荷所受的電場(chǎng)力,10,三 點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度,,,11,四 電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理,點(diǎn)電荷系的電場(chǎng),,,,12,電

3、荷連續(xù)分布的電場(chǎng),電荷體密度 ?,13,電荷面密度 ?,電荷連續(xù)分布的電場(chǎng),,,+,,,14,電荷線密度 ?,,,電荷連續(xù)分布的電場(chǎng),,15,電偶極矩(電矩),五 電偶極子的電場(chǎng)強(qiáng)度,電偶極子的軸,,+,-,,16,（1）軸線延長(zhǎng)線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,,,,,,,,,,.,,,.,+,-,17,18,（2）軸線中垂線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度,,,,,,.,,,,,,+,-,,.,,19,例1 正電荷q均勻分布在半徑為R的圓環(huán)上. 計(jì)算通過(guò)環(huán)

4、心點(diǎn)O并垂直圓環(huán)平面的軸線上任一點(diǎn)P處的電場(chǎng)強(qiáng)度.,,,,,,,,,20,解,,,,,,,故,由于,,21,（1）,（2）,（3）,討 論,,,,,,,,22,例2 有一半徑為R，電荷均勻分布的薄圓盤(pán)，其電荷面密度為? . 求通過(guò)盤(pán)心且垂直盤(pán)面的軸線上任意一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度.,,,,,,23,解,,,,,,24,,,,,討 論,,25,一 電場(chǎng)線,(1) 切線方向?yàn)殡妶?chǎng)強(qiáng)度方向,1 規(guī)定,2 特點(diǎn),(1) 始于正電荷，止于負(fù)電荷，非

5、閉合線.,典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布圖形,(2) 疏密表示電場(chǎng)強(qiáng)度的大小,(2) 任何兩條電場(chǎng)線不相交.,26,二 電場(chǎng)強(qiáng)度通量,通過(guò)電場(chǎng)中某個(gè)面的電場(chǎng)線數(shù),1 定義,2 表述,27,二 電場(chǎng)強(qiáng)度通量,通過(guò)電場(chǎng)中某個(gè)面的電場(chǎng)線數(shù),1 定義,2 表述,勻強(qiáng)電場(chǎng) ， 與平面夾角 .,,,,,,,,,,,,,,,,,28,非勻強(qiáng)電場(chǎng)，曲面S .,,,,,,,,,,,,,29,非均勻電場(chǎng)，閉合曲面S .,30,在點(diǎn)

6、電荷q的電場(chǎng)中，通過(guò)求電場(chǎng)強(qiáng)度通量導(dǎo)出.,三 高斯定理,1 高斯定理的導(dǎo)出,高斯,,,高斯 (C.F.Gauss 1777?1855）,德國(guó)數(shù)學(xué)家、天文學(xué)家和物理學(xué)家，有“數(shù)學(xué)王子”美稱(chēng)，他與韋伯制成了第一臺(tái)有線電報(bào)機(jī)和建立了地磁觀測(cè)臺(tái)，高斯還創(chuàng)立了電磁量的絕對(duì)單位制.,32,,,點(diǎn)電荷位于球面中心,,+,,33,,點(diǎn)電荷在閉合曲面內(nèi),,,+,,,,,34,,,,,,,,,,,,,,+,,,,,,點(diǎn)電荷在閉合曲面外,35,,,,,

7、,,,,,,,,,,點(diǎn)電荷系的電場(chǎng),36,在真空中靜電場(chǎng)，穿過(guò)任一閉合曲面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量，等于該曲面所包圍的所有電荷的代數(shù)和除以 .,2 高斯定理,高斯面,37,3 高斯定理的討論,(1) 高斯面：閉合曲面.,(2) 電場(chǎng)強(qiáng)度為所有電荷在高斯面上的總電場(chǎng)強(qiáng)度.,(3) 電場(chǎng)強(qiáng)度通量：穿出為正，穿進(jìn)為負(fù).,(4) 僅高斯面內(nèi)電荷對(duì)電場(chǎng)強(qiáng)度通量有貢獻(xiàn).,38,四 高斯定理應(yīng)用舉例,用高斯定理求電場(chǎng)強(qiáng)度的一般步驟為：,對(duì)稱(chēng)性分析；

8、 根據(jù)對(duì)稱(chēng)性選擇合適的高斯面； 應(yīng)用高斯定理計(jì)算.,39,,,,Q,例1 設(shè)有一半徑為R , 均勻帶電Q 的球面. 求球面內(nèi)外任意點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.,對(duì)稱(chēng)性分析：球?qū)ΨQ(chēng),解,高斯面：閉合球面,R,40,(2),,,Q,41,例2 設(shè)有一無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電直線，單位長(zhǎng)度上的電荷，即電荷線密度為?，求距直線為r 處的電場(chǎng)強(qiáng)度.,解,,,+++++,,,,,對(duì)稱(chēng)性分析與高斯面的選取,,42,例3 設(shè)有一無(wú)限大均勻帶電平面，電荷

9、面密度為? ，求距平面為r處某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.,解,,,?,對(duì)稱(chēng)性分析與高斯面的選取,43,44,無(wú)限大帶電平面的電場(chǎng)疊加問(wèn)題,,,,45,,? 正點(diǎn)電荷與負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,? 一對(duì)等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,? 一對(duì)不等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,? 帶電平行板電容器的電場(chǎng)線,? 一對(duì)等量正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,典型電場(chǎng)的電場(chǎng)線分布圖形,,46,正點(diǎn)電荷與負(fù)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,,,47,,一對(duì)等量正點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,,48,一對(duì)等量異號(hào)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,,,4

10、9,,50,帶電平行板電容器的電場(chǎng)線,,,51,一 靜電場(chǎng)力所做的功,點(diǎn)電荷的電場(chǎng),,52,結(jié)論: W僅與q0的始末位置有關(guān)，與路徑無(wú)關(guān).,53,任意帶電體的電場(chǎng),結(jié)論：靜電場(chǎng)力做功，與路徑無(wú)關(guān).,（點(diǎn)電荷的組合）,54,二 靜電場(chǎng)的環(huán)路定理,靜電場(chǎng)是保守場(chǎng),結(jié)論：沿閉合路徑一周，電場(chǎng)力作功為零.,55,三 電勢(shì)能,靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)，靜電場(chǎng)力是保守力. 靜電場(chǎng)力所做的功就等于電荷電勢(shì)能增量的負(fù)值.,電場(chǎng)力做正功，電勢(shì)能減少.,56,

11、令,試驗(yàn)電荷q0在電場(chǎng)中某點(diǎn)的電勢(shì)能，在數(shù)值上等于把它從該點(diǎn)移到零勢(shì)能處?kù)o電場(chǎng)力所作的功.,57,四 電勢(shì),令,58,電勢(shì)零點(diǎn)的選取：,物理意義： 把單位正試驗(yàn)電荷從點(diǎn)A移到無(wú)限遠(yuǎn)處時(shí)靜電場(chǎng)力作的功.,有限帶電體以無(wú)窮遠(yuǎn)為電勢(shì)零點(diǎn)，實(shí)際問(wèn)題中常選擇地球電勢(shì)為零.,59,將單位正電荷從A移到B時(shí)電場(chǎng)力作的功,電勢(shì)差,60,靜電場(chǎng)力的功,原子物理中能量單位: 電子伏特eV,61,五 點(diǎn)電荷電場(chǎng)的電勢(shì),令,62,六 電勢(shì)的疊加原理

12、,點(diǎn)電荷系,63,電荷連續(xù)分布時(shí),,,,64,計(jì)算電勢(shì)的方法,（1）利用,已知在積分路徑上 的函數(shù)表達(dá)式,有限大帶電體，選無(wú)限遠(yuǎn)處電勢(shì)為零.,（2）利用點(diǎn)電荷電勢(shì)的疊加原理,65,例1 正電荷q均勻分布在半徑為R的細(xì)圓環(huán)上. 求環(huán)軸線上距環(huán)心為x處的點(diǎn)P的電勢(shì).,解,,,,,,,,66,討 論,67,通過(guò)一均勻帶電圓平面中心且垂直平面的軸線上任意點(diǎn)的電勢(shì).,,,,,,,,,68,例2 真空中有一電荷為Q，半徑為R的均勻帶電球面.

13、 試求（1）球面外兩點(diǎn)間的電勢(shì)差；（2）球面內(nèi)兩點(diǎn)間的電勢(shì)差；（3）球面外任意點(diǎn) 的電勢(shì)；（4）球面內(nèi)任意點(diǎn) 的電勢(shì).,69,解,（1）,,,,,,,,,,,,,70,,,,,,,,,,,,,（4）,71,一 等勢(shì)面,電荷沿等勢(shì)面移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力做功為零.,電場(chǎng)中電勢(shì)相等的點(diǎn)所構(gòu)成的面.,某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與通過(guò)該點(diǎn)的等勢(shì)面垂直.,72,任意兩相鄰等勢(shì)面間的電勢(shì)差相等.,用等勢(shì)面的疏密表示

14、電場(chǎng)的強(qiáng)弱.,等勢(shì)面越密的地方，電場(chǎng)強(qiáng)度越大.,73,74,二 電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度,,,,,,,75,電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度沿任一方向的分量，等于這一點(diǎn)的電勢(shì)沿該方向單位長(zhǎng)度上電勢(shì)變化率的負(fù)值.,76,,,,,,低電勢(shì),高電勢(shì),,77,,電場(chǎng)強(qiáng)度等于電勢(shì)梯度的負(fù)值,78,例1 用電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)的關(guān)系，求均勻帶電細(xì)圓環(huán)軸線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.,解,,,,,,,,靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體與電介質(zhì),第 八 章,80,,一 靜電平衡條件,1 靜

15、電感應(yīng),,,,+,81,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2 靜電平衡,82,靜電平衡條件：,（1）導(dǎo)體內(nèi)部任何一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度為零；,（2）導(dǎo)體表面處電場(chǎng)強(qiáng)度的方向，都與導(dǎo)體表面垂直.,83,,,導(dǎo)體表面為等勢(shì)面,推論：導(dǎo)體為等勢(shì)體,84,,二 靜電平衡時(shí)導(dǎo)體上電荷的分布,結(jié)論：導(dǎo)體內(nèi)部無(wú)凈電荷，　　　電荷只分布在導(dǎo)體表面.,1　實(shí)心導(dǎo)體,,實(shí)心帶電導(dǎo)體,85,2　空腔導(dǎo)體,空腔內(nèi)無(wú)電荷時(shí),電荷分布在表面,86,若內(nèi)表面

16、帶電，必等量異號(hào),結(jié)論：空腔內(nèi)無(wú)電荷時(shí)，電荷分布在外表面,　　　 內(nèi)表面無(wú)電荷.,與導(dǎo)體是等勢(shì)體矛盾,空腔帶電導(dǎo)體,87,空腔內(nèi)有電荷時(shí),結(jié)論: 空腔內(nèi)有電荷+q時(shí)，空腔內(nèi)表面有感 應(yīng)電荷-q，外表面有感應(yīng)電荷+q．,+,q,空腔導(dǎo)體,88,作扁圓柱形高斯面,3 導(dǎo)體表面附近場(chǎng)強(qiáng)與電荷面密度的關(guān)系,,89,4　導(dǎo)體表面電荷分布規(guī)律,90,帶電導(dǎo)體尖端附近的電場(chǎng)特別大，可使尖端附近的空氣發(fā)生電離而成為導(dǎo)體產(chǎn)生放

17、電現(xiàn)象．,尖端放電現(xiàn)象,91,三 靜電屏蔽,1　屏蔽外電場(chǎng),,92,一 孤立導(dǎo)體的電容,,單位：,孤立導(dǎo)體的電容為孤立導(dǎo)體所帶電荷Q與其電勢(shì)V的比值 .,93,例 球形孤立導(dǎo)體的電容,,,,地球,94,二 電容器,按形狀：柱型、球型、平行板電容器按型式：固定、可變、半可變電容器按介質(zhì)：空氣、塑料、云母、陶瓷等 特點(diǎn)：非孤立導(dǎo)體，由兩極板組成,1 電容器的分類(lèi),95,2 電容器的電容,電容器的電容為電容

18、器一塊極板所帶電荷Q與兩極板電勢(shì)差 的比值 .,96,電容的大小僅與導(dǎo)體的形狀、相對(duì)位置、其間的電介質(zhì)有關(guān)，與所帶電荷量無(wú)關(guān).,注意,97,3 電容器電容的計(jì)算,（1）設(shè)兩極板分別帶電?Q,（3）求兩極板間的電勢(shì)差U,步驟,（4）由C=Q/U求C,（2）求兩極板間的電場(chǎng)強(qiáng)度,98,例1 平行平板電容器,解,99,一 電介質(zhì)對(duì)電場(chǎng)的影響 相對(duì)電容率,100,二 電介質(zhì)的極化,無(wú)極分子：（氫、甲烷、石蠟等

19、）,有極分子：（水、有機(jī)玻璃等）,電介質(zhì),?,101,102,,,,,+ + + + + + + + + + +,- - - - - - - - - - -,三 有電介質(zhì)時(shí)的高斯定理 電位移矢量,103,有介質(zhì)時(shí)的高斯定理,電位移通量,電位移矢量,104,一　 電容器的電能,,,,,+ + + + + + + + +,- - - - - - - - -,105,二 靜電場(chǎng)的能量 　能量密度,電場(chǎng)空間所存儲(chǔ)的能量,電場(chǎng)能量密度,106

20、,107,一 電流 電流密度,電流(強(qiáng)度)：通過(guò)截面S 的電荷隨時(shí)間的 變化率,:電子漂移速度的大小,108,電流密度：細(xì)致描述導(dǎo)體內(nèi)各點(diǎn)電流分布的情況.,大?。?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)過(guò)該點(diǎn)且垂直于正電荷運(yùn)動(dòng)方向的單位面積的電荷,109,二 電流的連續(xù)性方程 恒定電流條件,單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)閉合曲面向外流出的電荷，等于此時(shí)間內(nèi)閉合曲面內(nèi)電荷的減少量 .,110,恒定

21、電流,由 ，若閉合曲面 S 內(nèi)的電荷不隨時(shí)間而變化，則,111,（1）在恒定電流情況下，導(dǎo)體中電荷分布不隨時(shí)間變化形成恒定電場(chǎng)；,恒定電流,（2）恒定電場(chǎng)與靜電場(chǎng)具有相似性質(zhì)（高斯定理和環(huán)路定理），恒定電場(chǎng)可引入電勢(shì)的概念；,（3）恒定電場(chǎng)的存在伴隨能量的轉(zhuǎn)換.,112,三 電源電動(dòng)勢(shì),113,非靜電力: 能不斷分離正負(fù)電荷使正電荷逆靜電場(chǎng)力方向運(yùn)動(dòng).,電源：提供非靜電力的裝置.,

22、非靜電電場(chǎng)強(qiáng)度 : 為單位正電荷所受的非靜電力.,,114,電動(dòng)勢(shì)的定義：?jiǎn)挝徽姾衫@閉合回路運(yùn)動(dòng)一周，非靜電力所做的功.,電動(dòng)勢(shì)：,,115,電源電動(dòng)勢(shì)的大小，等于將單位正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移至正極時(shí)非靜電力所作的功.,電源電動(dòng)勢(shì),116,一 磁 場(chǎng),1 磁鐵的磁場(chǎng),磁 鐵,磁 鐵,117,2 電流的磁場(chǎng),奧斯特實(shí)驗(yàn),電 流,3 磁現(xiàn)象的起源,運(yùn)動(dòng)電荷,118,二 磁 感 強(qiáng) 度

23、 的 定 義,帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)所受的力與運(yùn)動(dòng)方向有關(guān).,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，帶電粒子在磁場(chǎng)中沿某一特定方向運(yùn)動(dòng)時(shí)不受力，此方向與電荷無(wú)關(guān).,119,帶電粒子在磁場(chǎng)中沿其他方向運(yùn)動(dòng)時(shí)， 垂直于 與特定直線所組成的平面.,當(dāng)帶電粒子在磁場(chǎng)中垂直于此特定直線運(yùn)動(dòng)時(shí)受力最大.,120,大小與 無(wú)關(guān),121,磁感強(qiáng)度 的定義,的方向:,的大小:,正電荷垂直于特定直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，受力與電荷速度 的叉積方向：,122,單

24、位：特斯拉,運(yùn)動(dòng)電荷在磁場(chǎng)中受力,123,一 畢奧－薩伐爾定律,(電流元在空間產(chǎn)生的磁場(chǎng)),真空磁導(dǎo)率,124,任意載流導(dǎo)線在點(diǎn) P 處的磁感強(qiáng)度,磁感強(qiáng)度疊加原理,125,例 判斷下列各點(diǎn)磁感強(qiáng)度的方向和大小.,1、5點(diǎn) ：,3、7點(diǎn) ：,2、4、6、8 點(diǎn) ：,畢奧－薩伐爾定律,,,,,,,1,2,3,4,5,6,7,8,,,,,,,,,,×,×,×,,,,126,例1 載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng).

25、,解,二 畢奧－薩伐爾定律應(yīng)用舉例,方向均沿 x 軸的負(fù)方向,127,的方向沿 x 軸負(fù)方向,128,無(wú)限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直導(dǎo)線,半無(wú)限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直導(dǎo)線,129,無(wú)限長(zhǎng)載流長(zhǎng)直導(dǎo)線的磁場(chǎng),電流與磁感強(qiáng)度成右手螺旋關(guān)系,130,例2 圓形載流導(dǎo)線軸線上的磁場(chǎng).,,,,,,p,*,,,,,解,,I,分析點(diǎn)P處磁場(chǎng)方向得：,131,132,,,,,,p,*,,,,,,I,,,討論,（1）若線圈有 匝,,（2）,（3）,133,x,,

26、推廣,,×,,134,135,適用條件,三 運(yùn)動(dòng)電荷的磁場(chǎng),136,一 磁感線,切線方向—— 的方向； 疏密程度—— 的大小.,137,,,,,I,138,二 磁通量 磁場(chǎng)的高斯定理,139,磁通量：通過(guò)某曲面的磁感線數(shù),,,,,,勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，通過(guò)面曲面S的磁通量：,一般情況,140,物理意義：通過(guò)任意閉合曲面的磁通量必等于零（故磁場(chǎng)是無(wú)源的）.,磁場(chǎng)高斯定理,141,一

27、安培環(huán)路定理,142,,,,,,o,,,,,,,,,,,,若回路繞向?yàn)槟鏁r(shí)針,對(duì)任意形狀的回路,143,電流在回路之外,144,多電流情況,推廣：,安培環(huán)路定理,145,安培環(huán)路定理,在真空的恒定磁場(chǎng)中，磁感強(qiáng)度 沿任一閉合路徑的積分的值，等于 乘以該閉合路徑所穿過(guò)的各電流的代數(shù)和.,146,,（1） 是否與回路 外電流有關(guān)？,（2）若 ，是否回路 上各處

28、 ？是否回路 內(nèi)無(wú)電流穿過(guò)？,討論：,147,例1 求載流螺繞環(huán)內(nèi)的磁場(chǎng),解 （1） 對(duì)稱(chēng)性分析：環(huán)內(nèi) 線為同心圓，環(huán)外 為零.,二 安培環(huán)路定理的應(yīng)用舉例,148,令,（2）選回路,當(dāng) 時(shí)，螺繞環(huán)內(nèi)可視為均勻場(chǎng) .,149,例2 無(wú)限長(zhǎng)載流圓柱體的 磁場(chǎng),解 （1）對(duì)稱(chēng)性分析,（2）,150,,的方向與 成右螺旋,151,一 帶電粒子在電

29、場(chǎng)和磁場(chǎng)中所受的力,電場(chǎng)力,磁場(chǎng)力（洛倫茲力）,運(yùn)動(dòng)電荷在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中受的力,152,二 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)舉例,1 回旋半徑和回旋頻率,153,2 磁聚焦,（洛倫茲力不做功）,洛倫茲力,與 不垂直,螺距,154,一 安培力,,,,安培力,155,有限長(zhǎng)載流導(dǎo)線所受的安培力,156,例 1 如圖一通有電流 的閉合回路放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的均勻磁場(chǎng)中，回路平面與磁感強(qiáng)度 垂直

30、 . 回路由直導(dǎo)線 AB 和半徑為 的圓弧導(dǎo)線 BCA 組成 ，電流為順時(shí)針?lè)较颍蟠艌?chǎng)作用于閉合導(dǎo)線的力.,157,根據(jù)對(duì)稱(chēng)性分析,解,,158,由于,因,故,,159,解 取一段電流元,例 2 求如圖不規(guī)則的平面載流導(dǎo)線在均勻磁場(chǎng)中所受的力，已知 和 .,,160,結(jié)論 任意平面載流導(dǎo)線在均勻磁場(chǎng)中所受的力，與其始點(diǎn)和終點(diǎn)相同的載流直導(dǎo)線所受的磁場(chǎng)力相同.,,,161,二 磁場(chǎng)作

31、用于載流線圈的磁力矩,如圖 均勻磁場(chǎng)中有一矩形載流線圈MNOP,,,,,162,線圈有N匝時(shí),,,163,穩(wěn)定平衡,不穩(wěn)定平衡,討 論,（1） 與 同向,（2）方向相反,（3）方向垂直,力矩最大,164,結(jié)論: 均勻磁場(chǎng)中，任意形狀剛性閉合平面通電線圈所受的力和力矩為,165,一 磁介質(zhì),,1 磁介質(zhì),166,磁場(chǎng)強(qiáng)度,二 磁介質(zhì)中的安培環(huán)路定理,,167,各向同性磁介質(zhì),相對(duì)磁導(dǎo)率,磁 導(dǎo)

32、率,電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng),第 十 章,169,英國(guó)物理學(xué)家和化學(xué)家，電磁理論的創(chuàng)始人之一.他創(chuàng)造性地提出場(chǎng)的思想，最早引入磁場(chǎng)這一名稱(chēng). 1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁性，及光的偏振面在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn).,法拉第（Michael Faraday, 1791－1867）,170,一 電磁感應(yīng)現(xiàn)象,171,當(dāng)穿過(guò)閉合回路所圍面積的磁通量發(fā)生變化時(shí)，回路中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，且感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)正比于磁通量對(duì)

33、時(shí)間變化率的負(fù)值.,二 電磁感應(yīng)定律,172,（1）閉合回路由 N 匝密繞線圈組成,磁通匝數(shù)（磁鏈）,（2）若閉合回路的電阻為 R ，感應(yīng)電流為,173,,感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向,,與回路取向相反,與回路成右螺旋,174,三 楞次定律,閉合的導(dǎo)線回路中所出現(xiàn)的感應(yīng)電流，總是使它自己所激發(fā)的磁場(chǎng)反抗任何引發(fā)電磁感應(yīng)的原因（反抗相對(duì)運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)變化或線圈變形等）.,,175,,用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向,,,176,楞次定律是能量

34、守恒定律的一種表現(xiàn),維持滑桿運(yùn)動(dòng)必須外加一力，此過(guò)程為外力克服安培力做功轉(zhuǎn)化為焦耳熱.,177,引起磁通量變化的原因,,178,電動(dòng)勢(shì),閉合電路的總電動(dòng)勢(shì),: 非靜電的電場(chǎng)強(qiáng)度.,179,一 動(dòng)生電動(dòng)勢(shì),,,平衡時(shí),180,設(shè)桿長(zhǎng)為,181,解 根據(jù)楞次定律，判斷感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向,例1 一長(zhǎng)為 的銅棒在磁感強(qiáng)度為 的均勻磁場(chǎng)中，以角速度 在與磁場(chǎng)方向垂直的平面上繞棒的一端轉(zhuǎn)動(dòng)，求銅棒兩端的感應(yīng)

35、電動(dòng)勢(shì).,182,183,二 感生電動(dòng)勢(shì),麥克斯韋假設(shè) 變化的磁場(chǎng)在其周?chē)臻g激發(fā)一種電場(chǎng)——感生電場(chǎng) .,184,閉合回路中的感生電動(dòng)勢(shì),185,186,磁場(chǎng)能量密度,磁場(chǎng)能量,187,經(jīng)典電磁理論的奠基人，氣體動(dòng)理論創(chuàng)始人之一. 提出了有旋電場(chǎng)和位移電流的概念，建立了經(jīng)典電磁理論，預(yù)言了以光速傳播的電磁波的存在. 在氣體動(dòng)理論方面，提出了氣體分子按速率分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.,麥克斯韋（1831－1879）英國(guó)物理學(xué)家,1

36、88,1865 年麥克斯韋在總結(jié)前人工作的基礎(chǔ)上，提出完整的電磁場(chǎng)理論，他的主要貢獻(xiàn)是提出了“有旋電場(chǎng)”和“位移電流”兩個(gè)假設(shè)，從而預(yù)言了電磁波的存在，并計(jì)算出電磁波的速度（即光速）.,( 真空中 ),189,1888 年赫茲的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了他的預(yù)言，麥克斯韋理論奠定了經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)的基礎(chǔ)，為無(wú)線電技術(shù)和現(xiàn)代電子通訊技術(shù)發(fā)展開(kāi)辟了廣闊前景.,( 真空中 ),190,一 位移電流 全電流安培環(huán)路定理,（以 L 為邊做任意曲面 S ）,穩(wěn)

37、恒磁場(chǎng)中，安培環(huán)路定理,191,麥克斯韋假設(shè) 電場(chǎng)中某一點(diǎn)位移電流密度等于該點(diǎn)電位移矢量對(duì)時(shí)間的變化率.,192,位移電流,位移電流密度,通過(guò)電場(chǎng)中某一截面的位移電流等于通過(guò)該截面電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率.,193,（1）全電流是連續(xù)的；（2）位移電流和傳導(dǎo)電流一樣激發(fā)磁場(chǎng)；（3）傳導(dǎo)電流產(chǎn)生焦耳熱，位移電流不產(chǎn)生焦耳熱.,全電流,194,例1 有一圓形平行平板電容器，

38、 現(xiàn)對(duì)其充電，使電路上的傳導(dǎo)電流 ，若略去邊緣效應(yīng)， 求（1）兩極板間的位移電流； （2）兩極板間離開(kāi)軸線的距離為 的點(diǎn) 處的磁感強(qiáng)度 .,195,解 如圖作一半徑為 平行于極板的圓形回路，通過(guò)此圓面積的電位移通量為,196,計(jì)算得,代入數(shù)據(jù)計(jì)算得,197,電磁場(chǎng) 麥克斯韋