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静 电 学
基本内容
一、电场强度E
1． 定义：0/q F E
.
要测定电场中一点的场强,必须采用试验电荷, 在该点测定试验电荷受力并
按上式求得场强。试验电荷是带电量足够小体积也是足够小的点电荷。
2． 场强的叠加原理
带电体系在一点产生的场强E
是各个电荷(或电荷元)在该点产生的场强
i E (或元场强d E
)的矢量和(或积分)。
i i
E E
或E d E q
只有当各i E （或E d
）的方向都相同时, 略去上式中矢量号仍成立。
当电荷可以看作点电荷时, i i i i r r q E
3
04
.
二、高斯定理
1．电场的图示: 电场线
规定电场线上一点的切线方向是该点处电场强度的方向, 与电场线垂直的
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面元上单位面积的电场线条数与该处电场强度的大小相等。
2. 电场强度通量（许多书和习题集中也称电通量）
通过面元S d 的元电场强度通量S d E d e
等于通过该面元的电场线数。 通过曲面S 的电场强度通量S d E S
e
等于通过该面的电场线数。规定
封闭曲面面元的法线方向向外（背离封闭面包围的空间），积分号采用
?。
3. 高斯定理
)1
(/0
0V d q S d E V
i i
s
高斯定理中的封闭曲面又称高斯面，式中q i 表示被高斯面包围的电荷的代数和， 是空间一点处的电荷密度。
高斯定理说明电场线只起源于正电荷，终止于负电荷，不在没有电荷处中断。即静电场是有源场。
4. 电位移、电位移线、电位移通量
电位移D
的定义: E D 。
式中D 、、E
分别是电场中同一点处的电位移、电容率和电场强度。
规定电位移线上一点的切线方向是该点电位移矢量的方向，与电位移线垂直的面元上单位面积的电位移线数与该处电位移大小相等。
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通过面元S d 的元电位移通量S d D d e
，通过曲面S 的电位移通量
s
e S d D
等于通过该面的电位移线数。
5. 静电场的高斯定理（有电介质时的高斯定理）
dV q S d D i i
s
式中
表示对封闭曲面（也称高斯面）的面积分，q i 表示被高斯面包围的
自由电荷的代数值，该式对高斯面的形状、大小、位置，介质分布，电荷分布没有要求，因此是普遍适用的。 三、电势
1．电场力作功的计算及特点
点电荷在电场中作位移l d 时电场力作元功l d E q W d
，由a 点移动到b 点静
电场力作l d E q W b a
ab
，数值只与起终点位置有关与移动路经无关。故
0 l d E q l d E q l
l d E
称为静电场的环流（或环路）定理。
它表明静电场力是保守力，静电场是保守力场。 2. 电势能、电势差、电势
静电场力是保守力可以引入电势能E P ，静电场是保守力场可以引入电势V ，它们和静电场力的功的关系是
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)(b a b a
b P a P ab V V q l d E q E E W
电势差 l d E V V U a b b a ab
若规定O 点为电势零点，则P 点电势V P 有确定值，其值为V P = l d E P 0。
3． 电势的叠加
带电体系在P 点的电势V P =
i
P i
V 或V P = P q
dV
，式中i P V 是第i 个带
电体在P 点产生的电势，P V d 是电荷元dq 在P 点产生的电势。
4． 电势的图示，等势面
同一等势面上各点电势相等，相邻等势面间电势差为定值。
等势面与电场线的关系：静电场中过等势面上一点的电场线必垂直于等势面并指向电势减少的方向；电场线密度大处等势面也密。即某点场强方向为该
点电势减小最快的方向，场强的大小等于沿该方向上的电势减小率。 四、场强与电势的关系
1. 积分关系：l d E V V b a
b a
，l d E V P
P
0式中0为规定的电势零点。
2. 微分关系：k z
V j y V i x V V E l d E V d
,
。
五、电偶极子
1、电偶极子的电矩
相距很近的一对等量异号点电荷的带电体系构成电偶极子。设正电荷电量
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为q, 正负电荷相距r 0,从负电荷指向正电荷的矢量0r
为电偶极子的轴, 则电矩
0r q p 。
2. 电偶极子的电场
轴线延长线上一点的场强 3
042r
p E
中垂线上一点的场强 304r p E
3. 电场中电偶极子所受力矩E p M
。
4. 电场中电偶极子具有电势能E p E P
电偶极子在外电场中有向电势能最低的状态运动的趋势。
即在电场中电偶极子受力矩， 使电矩转向电场强度方向；在不均匀电场中，
除电矩要转向电场方向外，电偶极子有向电场较强处移动的趋势。 六、静电场中的导体
1.导体的特征：内部存在大量可以自由移动的电荷，当导体内存在电场时，这些电荷必发生宏观运动（定向移动）。
2.导体的静电平衡：导体处于内部和表面上电荷均无宏观运动的状态。
3.导体静电平衡条件：
(1) 场强分布：导体内部场强处处为0，表面场强与导体表面垂直。
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(2) 电势分布：导体上电势处处相同，表面为等势面。
(3)电荷分布：导体内部净电荷处处为0，电荷分布在表面上。 4.静电平衡时导体表面附近场强大小E ，电容率，导体表面电荷面密度三者的关系是E=/ 。
5.相互平行大导体平板中部附近（忽略边缘效应）相对两面电荷面密度有等值异号的关系。 七、电容
1. 电容的定义： 孤立导体的电容C=V
q
式中q 是导体带电量，V 是导体的电势。（取无限远处的电势为0）。
电容器的电容C=
2
1V V q
式中q 是电容器带电量（电容器所充电量），
V 1 – V 2 是两极板间的电势差（电容器的电压）。
2.电容器串、并联。组合电容器的带电量q ，电压U ，电容C 与各电容器带电量q i ，电压U i ，电容C i 的关系。
并联：i i
i
i
i C C q q U U
串联：i
i i
i
i
C C q q U U 1
1
八、电场能量
静电场小结 一、库仑定律 二、电场强度 三、场强迭加原理 点电荷场强点电荷系场强 连续带电体场强 四、静电场高斯定理 五、几种典型电荷分布的电场强度 均匀带电球面均匀带电球体 均匀带电长直圆柱面均匀带电长直圆柱体 无限大均匀带电平面
六、静电场的环流定理 七、电势 八、电势迭加原理 点电荷电势点电荷系电势 连续带电体电势 九、几种典型电场的电势 均匀带电球面均匀带电直线 十、导体静电平衡条件 (1) 导体内电场强度为零；导体表面附近场强与表面垂直。 (2) 导体是一个等势体，表面是一个等势面。 推论一电荷只分布于导体表面 推论二导体表面附近场强与表面电荷密度关系 十一、静电屏蔽 导体空腔能屏蔽空腔内、外电荷的相互影响。即空腔外（包括外表面）的电荷在空腔内的场强为零，空腔内（包括内表面）的电荷在空腔外的场强为零。
十二、电容器的电容 平行板电容器圆柱形电容器 球形电容器孤立导体球 十三、电容器的联接 并联电容器串联电容器 十四、电场的能量 电容器的能量电场的能量密度 电场的能量 稳恒电流磁场小结 一、磁场 运动电荷的磁场毕奥——萨伐尔定律 二、磁场高斯定理 三、安培环路定理 四、几种典型磁场 有限长载流直导线的磁场 无限长载流直导线的磁场 圆电流轴线上的磁场
圆电流中心的磁场 长直载流螺线管内的磁场 载流密绕螺绕环内的磁场 五、载流平面线圈的磁矩 m和S沿电流的右手螺旋方向 六、洛伦兹力 七、安培力公式 八、载流平面线圈在均匀磁场中受到的合磁力 载流平面线圈在均匀磁场中受到的磁力矩 电磁感应小结 一、电动势 非静电性场强电源电动 势 一段电路的电动势闭合电路的电动势 当时，电动势沿电路（或回路）l的正方向，时沿反方向。 二、电磁感应的实验定律 1、楞次定律：闭合回路中感生电流的方向是使它产生的磁通量反抗引起电磁感应的磁通量变化。楞次定律是能量守恒定律在电磁感应中的表现。 2、法拉第电磁感应定律：当闭合回路l中的磁通量变化时，在回路中的感应电动势为 若时，电动势沿回路l的正方向，时，沿反方向。对线图，为全磁通。
1.一个未带电的空腔导体球壳，内半径为R 。在腔内离球心的距离为d 处( d < R )，固定 一点电荷+q ，如图所示. 用导线把球壳接地后，再把地线撤去。选无穷远处为电势零点，则 球心O 处的电势为 (A) 0 (B) d q 04επ (C) R q 04επ- (D) )11(40R d q -πε ］ 2.三块互相平行的导体板，相互之间的距离d 1和d 2比板面积线度小得多，外面二板用 中间板上带电，设左右两面上电荷面密度分别为1和2，如图所示。则比值21/σσ为 (A) d 1 / d 2 (B) d 2 / d 1 (C) 1 (D) 2122/d d 如图所示，一带负电荷的金属球，外面同心地罩一不带电的金属球壳，则在球壳中一点P (设无穷远处为电势零点)分别为： (A) E = 0，U > 0 (B) E = 0，U < 0 (C) E = 0，U = 0 (D) E > 0，U < 0 4.在空气平行板电容器中，平行地插上一块各向同性均匀电介质板，如图所示。当电容 (A) E > E 0，两者方向相同 (B) E = E 0，两者方向相同 (C) E < E 0，两者方向相同 (D) E < E 0，两者方向相反． ［ ］ 5．设有一个带正电的导体球壳。当球壳内充满电介质、球壳外是真空时，球壳外一点 的场强大小和电势用E 1，U 1表示；而球壳内、外均为真空时，壳外一点的场强大小和电势 用E 2，U 2表示，则两种情况下壳外同一点处的场强大小和电势大小的关系为 (A) E 1 = E 2，U 1 = U 2 (B) E 1 = E 2，U 1 > U 2 (C) E 1 > E 2，U 1 > U 2 (D) E 1 < E 2，U 1 < U 2 ［ ］ 6．C 1和C 2两空气电容器串联起来接上电源充电。然后将电源断开，再把一电介质板插 入C 1中，如图所示。则 (A) C 1上电势差减小，C 2上电势差增大 (B) C 1上电势差减小，C 2上电势差不变 (C) C 1上电势差增大，C 2上电势差减小 (D) C 1上电势差增大，C 2上电势差不变 ［ B ］ 7 ．如果在空气平行板电容器的两极板间平行地插入一块与极板面积相同的金属板，则 由于金属板的插入及其相对极板所放位置的不同，对电容器电容的影响为： (A) 使电容减小，但与金属板相对极板的位置无关 (B) 使电容减小，且与金属板相对极板的位置有关 (C) 使电容增大，但与金属板相对极板的位置无关 (D) 使电容增大，且与金属板相对极板的位置有关 ［ ］ 8． 将一空气平行板电容器接到电源上充电到一定电压后，断开电源。再将一块与极板面积相同的金属板平行地插入两极板之间，如图所示， 同，对电容器储能的影响为： (A) 储能减少，但与金属板相对极板的位置无关 (B) 储能减少，且与金属板相对极板的位置有关 (C) 储能增加，但与金属板相对极板的位置无关 (D) 储能增加，且与金属板相对极板的位置有关 E
电学 一、选择题： 1．图中所示曲线表示某种球对称性静电场的场强大小E 随径向距离r 变化的关系，请指出该电场是由下列哪一种带电体产生的： A ．半径为R 的均匀带电球面； B ．半径为R 的均匀带电球体； C ．点电荷； D ．外半径为R ，内半径为R /2的均匀带电球壳体。 （ ） 2．如图所示，在坐标( a ，0 )处放置一点电荷＋q ，在坐标(a ，0)处放置另一点电荷－q 。P 点是x 轴上的一点，坐标为(x ，0)。当a x >>时，该点场强的大小为： A ． x q 04πε ； B ． 3 0x qa πε ； C ． 3 02x qa πε ； D ．2 04x q πε 。 （ ） 3．在静电场中，下列说法中哪一种是正确的？ A ．带正电的导体，其电势一定是正值； B ．等势面上各点的场强一定相等； C ．场强为零处，电势也一定为零； D ．场强相等处，电势梯度矢量一定相等。 （ ） 4．如图所示为一沿轴放置的无限长分段均匀带电直线，电荷线密度分别为()0<+x λ和 ()0>-x λ，则o — xy 坐标平面上P 点(o ，a ) A ．0； B ．a i 02πελ?； C ．a i 04πελ?； D ．a j i 02) (πελ??+。 （ ） -a x -Q +q P
5．如图，两无限大平行平板，其电荷面密度均为+σ，则图中三处的电场强度的大小分别为： A ． 0εσ，0，0εσ； B ．0，0 εσ，0； C ． 02εσ，0εσ，02εσ； D ． 0，0 2εσ ，0。 （ ） 6．如图示，直线MN 长为l 2，弧OCD 是以N 点为中心，l 为半径的半圆弧，N 点有点电荷+q ，M 点有点电荷－q 。今将一实验电荷＋q ，从O 点 出发沿路径OCDP 移到无穷远处，设无穷远处的电势为零， 则电场力作功： A ．A <0，且为有限常量； B ．A >0，且为有限常量； C ．A =∞； D ．A =0。 （ ） 7．关于静电场中某点电势值的正负，下列说法中正确的是： A ．电势值的正负取决于置于该点的实验电荷的正负； B ．电势值的正负取决于电场力对实验电荷作功的正负； C ．电势值的正负取决于电势零点的选取； D ．电势值的正负取决于产生电场的电荷的正负。 （ ） 8．一个未带电的空腔导体球壳,内半径为R ，在腔内离球心的距离为d 处（d 学习资料 大学物理试卷 （考试时间 120分钟 考试形式闭卷） 年级专业层次 姓名 学号 一．选择题：（共30分 每小题3分） 1．如图所示，两个“无限长”的共轴圆柱面，半径分别为R 1和R 2，其上均匀带电，沿轴线方向单位长度上的带电量分别为1λ和2λ，则在两圆柱面之间，距离轴线为r 的P 点处的场强大小E 为： （A ）r 012πελ． （B ）r 0212πελλ+． （C ）)(2202r R -πελ． （D ）) (2101R r -πελ． 2．如图所示，直线MN 长为l 2，弧OCD 是以N 点为中心，l 为半径的半圆弧，N 点有正电荷+q ，M 点有负电荷-q ．今将一试验电荷+q 0从O 点出发沿路径OCDP 移到无穷远处，设无穷远处电势为零，则电场力作功 （A ） A ＜ 0且为有限常量．（B ） A ＞ 0且为有限常量． （C ） A ＝∞．（D ） A ＝ 0． 3．一带电体可作为点电荷处理的条件是 （A ）电荷必须呈球形分布． （B ）带电体的线度很小． （C ）带电体的线度与其它有关长度相比可忽略不计． （D ）电量很小． 4．下列几个说法中哪一个是正确的？ （A ）电场中某点场强的方向，就是将点电荷放在该点所受电场力的方向． （B ）在以点电荷为中心的球面上，由该点电荷所产生的场强处处相同． 学习资料 （C ）场强方向可由q F E /ρρ=定出，其中q 为试探电荷的电量，q 可正、可负，F ρ 为试探 电荷所受的电场力． （D ）以上说法都不正确． 5．在图（a ）和（b ）中各有一半径相同的圆形回路1L 、2L ，圆周内有电流1I 、2I ，其分布相同，且均在真空中，但在（b ）图中2L 回路外有电流3I ，P 1、P 2为两圆形回路上的对应点，则： （A ）212 1 ,d d P P L L B B l B l B =?=???ρρρρ （B ）212 1 ,d d P P L L B B l B l B =?≠???ρ ρρρ （C ）212 1 ,d d P P L L B B l B l B ≠?=???ρρρρ （D ）212 1 ,d d P P L L B B l B l B ≠?≠???ρ ρρρ 6．电场强度为E ρ的均匀电场，E ρ 的方向与X 轴正向平行，如图所示．则通过图中一半径 为R 的半球面的电场强度通量为 （A ）E R 2π．（B ）E R 22 1 π． （C ）E R 22π． （D ）0 7．在静电场中，有关静电场的电场强度与电势之间的关系，下列说法中正确的是： （A ）场强大的地方电势一定高． （B ）场强相等的各点电势一定相等． （C ）场强为零的点电势不一定为零． （D ）场强为零的点电势必定是零． 8．正方形的两对角上，各置点电荷Q ，在其余两对角上各置电荷q ，若Q 所受合力为零，则Q 与q 的大小关系为 （A ）q Q 22-=． （B ）q Q 2-=． （C ）q Q 4-=． （D ）q Q 2-=． 9．在阴极射线管外，如图所示放置一个蹄形磁铁，则阴极射线将 （A ）向下偏． （B ）向上偏． （C ）向纸外偏． （D ）向纸内偏． 一、选择题：（每题3分） 1、均匀磁场的磁感强度B 垂直于半径为r 的圆面．今以该圆周为边线，作一半球面S ，则通过S 面的磁通量的大小为 (A) 2 r 2B ． (B) r 2B ． (C) 0． (D) 无法确定的量． ［ B ］ 2、在磁感强度为B 的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ，S 边线所在平面的法线方向单位矢量n 与B 的夹角为 ，则通过半球面S 的磁通量(取弯面向外为正)为 (A) r 2B ． (B) 2 r 2B ． (C) - r 2B sin ． (D) - r 2B cos ． ［ D ］ 3、有一个圆形回路1及一个正方形回路2，圆直径和正方形的边长相等，二者中通有大小相等的电流，它们在各自中心产生的磁感强度的大小之比B 1 / B 2为 (A) 0.90． (B) 1.00． (C) 1.11． (D) 1.22． ［ C ］ 4、如图所示，电流从a 点分两路通过对称的圆环形分路，汇合于b 点．若ca 、bd 都沿环的径向，则在环形分路的环心处的磁感强度 (A) 方向垂直环形分路所在平面且指向纸内． (B) 方向垂直环形分路所在平面且指向纸外． (C) 方向在环形分路所在平面，且指向b ． (D) 方向在环形分路所在平面内，且指向a ． (E) 为零． ［ E ］ 5、通有电流I 的无限长直导线有如图三种形状， 则P ，Q ，O 各点磁感强度的大小B P ，B Q ，B O 间的关系为： (A) B P > B Q > B O . (B) B Q > B P > B O ． (C) B Q > B O > B P ． (D) B O > B Q > B P ． ［ D ］ 6、边长为l 的正方形线圈，分别用图示两种方式通以电流I (其中ab 、cd 与正方 形共面)，在这两种情况下，线圈在其中心产生的磁感强度的大小分别为 (A) 01 B ，02 B ． (B) 01 B ，l I B 0222 ． (C) l I B 0122 ，02 B ． a 大学物理实验报告----------制流电路、分压电路和电学实验基础知识 姓名：_______柳天一__________ 学号：______2012011201 _______ 实验组号：____3______________ 班级：______计科1204_________ 日期：______2013.3.23__________ 实验报告 【实验名称】 制流电路、分压电路和电学实验基础知识 【实验目的】 1、了解电学实验的要求、操作规程和安全知识。 2、学习电学实验中常用仪器的使用方法。 3、学习连接电路的一般方法，学习用变阻器连成制流电路和分压电 路的方法。 【实验原理】 制流电路的特性： 制流电路如图3所示，图中E 为直流（或交流）电源；R 1为滑线变阻器，A 为电流表；R 2为负载（本实验采用电阻）；K 为电源开关。它是将滑线变阻器的滑动头C 和任一固定端（如A 端）串联在电路中，作为一个可变电阻，移动滑动头的位置可以连续改变AC 之间的电阻R AC ，从而改变整个电路的电流I 。 （a ） （b ） 1.分压电路的特性： 分压电路如图4所示，图中E 为直流（或交流）电源，滑线变阻器两个固定端A 、B 与电源E 相接，负载R 2接滑动端C 和固定端A （或B ）上，当滑动头C 由A 端滑至B 端，负载上电压由0变至E ，调节的范围与变阻器的阻值无关。 （a ） （b ） 2.制流电路与分压电路的选择： 图3 制流电路 图4 分压电路 (1) 调节范围 分压电路的电压调节范围大，可从E →0；而制流电路电压调节范围小，只能从 E E R R R →?+1 22。 (2) 细调程度 当2/21R R ≤时，在整个调节范围内调节基本均匀，但制流电路可调范围小；负载上的电压值小，能调得较精细，而电压值大时调节变得很粗。 (3) 功率损耗 使用同一变阻器，分压电路消耗电能比制流电路要大。基于两电路的差别，当负载电阻较大，调节范围较宽时选分压电路；反之，当负载电阻较小，功耗较大，调节范围不太大的情况下则选用制流电路。若一级电路不能达到细调要求，则可采用二级制流（或二段分压）的方法以满足细调要求。 【实验器材】 万用电表（指针式、数字式各一块），低压电源（直流型、交流型各一台），滑线变阻器，电阻箱，导线。 3.滑线变阻器： 滑动变阻器是根据接入电路的金属丝长短来改 变阻值大小，来达到控制电流的。 滑动片左右滑动即是在改变接入电路的金属丝 长短。 因为已知金属材料的电阻丝，其阻值跟电阻丝的 长度，横截面积，还有材质有关系。长度越长，阻值 越大；截面积越大，阻值越小，阻值与该种材料的阻 值系数成正比。 滑动电阻器结构图[1] 注意事项： 注意：要选择合适的滑动变阻器，每个变阻器都有规定的最大电阻和允许通过的最大电流，使用时要根据需要进行选择，不能使通过滑动变阻器的电流超过它允许通过电流的最大值，否则会烧坏变阻器。使用前应该将滑动变阻器连入电路的电阻值调到最大。接法：不管是有几个接线柱的滑动变阻器，在连入电路时，可采用“一上一下”的连接方法。“一上” 指上面金属棒两端的任一接线柱连入电路，“一下”指把下面线圈两端的任一接线柱连入电路中。 滑动变阻器连入电路中的电阻值大小的判断，可采用“近小远大”的判断方法。即如果滑动变阻器的滑片在移动过程中逐渐接“近”连入电路的下接线柱，则变阻器连入电路的阻值将逐渐减“小”，灯泡就越亮，反之，若滑片移动过程中逐渐“远”离连入电路的下接线柱，则连入电路的阻值将逐渐增“大”，灯泡就越暗。 滑动变阻器在电路中的作用是：（1）保护电路，即连接好电路，电键闭合前，应调节滑动变阻器的滑片P ，使滑动变阻器接入电路部分的电阻最大。（2）通过改变接入电路部分的电阻来改变电路中的电流，从而改变与之串联的导体（用电器）两端的电压。在连接滑动变阻器时，要求：一上一下，各用一个接线柱；实际连接应根据要求选择下面的接线柱。 4.电阻箱： 稳恒电流 1.电流形成的条件、电流定义、单位、电流密度矢量、电流场（注意我们 又涉及到了场的概念） 2.电流连续性方程（注意和电荷守恒联系起来）、电流稳恒条件。 3.欧姆定律的两种表述（积分型、微分型）、电导、电阻定律、电阻、电 导率、电阻率、电阻温度系数、理解超导现象 4.电阻的计算（这是重点）。 5.金属导电的经典微观解释（了解）。 6.焦耳定律两种形式（积分、微分）。（这里要明白一点：微分型方程是 精确的，是强解。而积分方程是近似的，是弱解。） 7.电动势、电源的作用、电源做功。、 8.含源电路欧姆定律。 9.基尔霍夫定律（节点电流定律、环路电压定律。明白两者的物理基础。）习题：13.19；13.20 真空中的稳恒磁场 电磁学里面极为重要的一章 1. 几个概念：磁性、磁极、磁单极子、磁力、分子电流 2. 磁感应强度（定义、大小、方向、单位）、洛仑磁力（磁场对电荷的作用） 3. 毕奥-萨伐尔定律（稳恒电流元的磁场分布——实验定律）、磁场叠加原理（这是磁场的两大基本定律——对比电场的两大基本定律） 4. 毕奥-萨伐尔定律的应用（重点）。 5. 磁矩、螺线管磁场、运动电荷的磁场（和毕奥-萨伐尔定律等价——更基本） 6. 稳恒磁场的基本定理（高斯定理、安培环路定理——与电场对比） 7. 安培环路定理的应用（重要——求磁场强度） 8. 磁场对电流的作用（安培力、安培定律积分、微分形式） 9. 安培定律的应用（例14.2；平直导线相互作用、磁场对载流线圈的作用、磁力矩做功） 10. 电场对带电粒子的作用（电场力）；磁场对带电粒子的作用（洛仑磁力）；重力场对带电粒子的作用（引力）。 11. 三场作用叠加（霍尔效应、质谱仪、例14.4） 习题：14.20，14.22，14.27，14.32，14.46，14.47 磁介质（与电解质对比） 1.几个重要概念：磁化、附加磁场、相对磁导率、顺磁质、抗磁质、铁磁 质、弱磁质、强磁质。（请自己阅读并绘制磁场和电场相关概念和公式 的对照表） 2.磁性的起源（分子电流）、轨道磁矩、自旋磁矩、分子矩、顺磁质、抗 磁质的形成原理。 3.磁化强度、磁化电流、磁化面电流密度、束缚电流。 4.磁化强度和磁化电流的关系（微分关系、积分关系） 5.有磁介质存在时的磁场基本定理、磁场强度矢量H、有磁介质存在时的 安培环路定律（有电解质存在的安培环路定律）、磁化规律。 6.请比较B、H、M和E、D、P的关系。磁化率、相对磁导率、绝对磁导 率。 7.有磁介质存在的安培环路定理的应用（例15.1、例15.2）、有磁介质存 在的高斯定理。 8.铁磁质（起始磁化曲线、磁滞回线、饱和磁感应强度、起始磁导率、磁 滞效应、磁滞、剩磁、矫顽力、磁滞损耗、磁畴、居里点、软磁材料、 硬磁材料、矩磁材料）（了解） 习题： 15.11 第二部分电学 万用表及电路 ⑴为什么不宜用欧姆计测量表头的内阻？ ⑵万用表使用完毕后，为什么不能让功能旋钮停在欧姆挡？ ⑶选择两个电位器，组成一个可以进行粗调和细调的分压电路（画出电路图，标明电位器的阻值）。检流计的特性 ⑴灵敏电流计之所以有较高的灵敏度是由于结构上做了哪些改进？ 双臂电桥测低电阻 ⑴如果将标准电阻和待测铜棒的电压接头与电流接头互相颠倒，等效电路是怎样的？这样做好不好？ 电压的精确测量－直流电位差计 ⑴能否用伏特计测量电池的电动势？如果认为能，那么它和电位差计相比怎样？如果认为不能，指的是原则上行不通呢？还是测量误差大？ ⑵如果实验中发现检流计总往一边偏，无法调到平衡，试分析可能有哪些原因？ ⑶实验中如何实现电压的连续可调？粗调和细调？ 示波器的使用 ⑴ 1V峰峰值的正弦波，它的有效值是多少？ ⑵示波器作为测量电压的仪器，比通常的电压表有什么优点？又有什么缺点？ ⑶假定在示波器的输入端输入一个正弦电压，所用水平扫描频率为120Hz，在屏上出现了三个完整的正弦波周期，那么输入电压的频率为多少？这是不是一个测量频率的好方法？请说明理由。 稳恒电流场模拟静电场 实验中如果用一般的伏特表代替场效应管伏特表进行测量，会出现什么问题？为什么？ 霍耳效应 ⑴若磁场的法线不恰好与霍耳元件的法线一致，对测量结果会有何影响？如何用实验的方法判断B 与元件法线是否一致？ ⑵若霍耳元件的几何尺寸为4mm×6mm，即控制电流两端距离为6mm，而电压两端的距离为4mm，问此霍耳片能否测量截面积为5mm×5mm气隙的磁场？ ⑶能否用霍耳元件片测量交变磁场？ 直流电表和直流测量电路 大学电磁学习题1 一．选择题（每题3分） 1.如图所示，半径为R 的均匀带电球面，总电荷为Q ，设无穷远处的电势为零，则球内距离球心为r 的P 点处的电场强度的大小和电势为： (A) E =0，R Q U 04επ= ． (B) E =0，r Q U 04επ= ． (C) 204r Q E επ= ，r Q U 04επ= ． (D) 204r Q E επ= ，R Q U 04επ=． ［ ］ 2.一个静止的氢离子(H +)在电场中被加速而获得的速率为一静止的氧离子(O +2)在同一电场中且通过相同的路径被加速所获速率的： (A) 2倍． (B) 22倍． (C) 4倍． (D) 42倍． ［ ］ 3.在磁感强度为B ?的均匀磁场中作一半径为r 的半球面S ，S 边线所在 平面的法线方向单位矢量n ?与B ? 的夹角为? ，则通过半球面S 的磁通量(取弯面向外为正)为 (A) ?r 2B ． . (B) 2??r 2B ． (C) -?r 2B sin ?． (D) -?r 2B cos ?． ［ ］ 4.一个通有电流I 的导体，厚度为D ，横截面积为S ，放置在磁感强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导体的侧表面，如图所示．现测得导体上下两面电势差为V ，则此导体的霍尔系数等于 (A) IB VDS ． (B) DS IBV ． (C) IBD VS ． (D) BD IVS ． (E) IB VD ． ［ ］ 5.两根无限长载流直导线相互正交放置，如图所示．I 1沿y 轴的正方向，I 2沿z 轴负方向．若载流I 1的导线不能动，载流I 2的导线可以自由运动，则载流I 2的导线开始运动的趋势 ? y z x I 1 I 2 电磁学部分总结 静电场部分 第一部分：静电场的基本性质和规律 电场是物质的一种存在形态，它同实物一样也具有能量、动量、质量等属性。静电场的物质特性的外在表现是： (1)电场对位于其中的任何带电体都有电场力的作用 (2)带电体在电场中运动,电场力要作功——电场具有能量 1、描述静电场性质的基本物理量是场强和电势，掌握定义及二者间的关系。 电场强度 电势 2、反映静电场基本性质的两条定理是高斯定理和环路定理 要掌握各个定理的内容，所揭示的静电场的性质，明确定理中各个物理量的含义及影响各个量的因素。重点是高斯定理的理解和应用。 3、应用 (1)、电场强度的计算 a)、由点电荷场强公式 及场强叠加原理 计算场强 q F E a a a r d E q W U 0 i S e q S d E 0 1 r d E L 020 41r r q E i i E E 一、离散分布的点电荷系的场强 二、连续分布带电体的场强 其中，重点掌握电荷呈线分布的带电体问题 b)、由静电场中的高斯 定理计算场源分布具有高度对称性的带电体的场强分布 一般诸如球对称分布、轴对称分布和面对称分布，步骤及例 题详见课堂笔记。还有可能结合电势的计算一起进行。 c)、由场强和电势梯度之间的关系来计算场强（适用于电势容易计算 或电势分布已知的情形），掌握作业及课堂练习的类型即可。 （2）、电通量的计算 2041i i i i i i r r q E E 0 204d r r q E d E U gradU E ) (k z U j y U i x U a)、均匀电场中S 与电场强度方向垂直 b)、均匀电场，S 法线方向与电场强度方向成q 角 c)、由高斯定理求某些电通量 （3）、电势的计算 a)、场强积分法（定义法）——根据已知的场强分布，按定义 计算 b)、电势叠加法——已知电荷分布，由点电荷电势公式，利用 电势叠加原理计算 第二部分：静电场中的导体和电介质 一、导体的静电平衡状态和条件 导体内部和表面都没有电荷作宏观定向运动的状态称为静电平衡状 态。 静电平衡下导体的特性： （1）整个导体是等势体，导体表面是个等势面； （2）导体内部场强处处为零，导体表面附近场强的大小与该 表面的电荷面密度成正比，方向与表面垂直； （3）导体内部没有净电荷，净电荷只分布在外表面。 P P r d E U r dq dU r q U U i i i 0044 得分教师签名批改日期深圳大学实验报告 课程名称：大学物理实验（一） 实验名称：实验1 基本测量 学院： 专业：课程编号： 组号：16 指导教师： 报告人：学号： 实验地点科技楼906 实验时间：年月日星期 实验报告提交时间： 一、实验目的 二、实验原理 三、实验仪器 仪器名称组号型号量程△仪 四、实验内容和步骤 五、数据记录 1、用游标卡尺R测量圆筒的外径D、内径d、和高H 表1 单位：________ 卡尺零点：_________卡尺基本误差：___________ k D d H 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 2、 用螺旋测微计测量粗铜丝、细铜丝的直径 表2 单位：________千分尺零点：____________千分尺基本误差：___________ k 1D 2D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 平均 六、数据处理： 1、计算圆筒的外径D ,并计算D ?（5分） 2、计算圆筒的内径d ,并计算d ?（5分） 3、计算圆筒的高H ,并计算H ?（5分） 4、计算粗铜丝直径1D 及1D ?（6分） 5、计算细铜丝直径2D 及2D ?（6分） 6、间接量2 12 1D D D D B += ，计算B 的平均值、相对误差和绝对误差。（5分） 提示： ()() 2112 22112212 [][]B D D D D B D D D D D D ???=+++ 七、实验结果与讨论 实验结果1：圆筒的外径： D = ± （ ） P = D D ?= 实验结果2：圆筒的内径： d = ± （ ） P = d d ?= 实验结果3：圆筒的高： H = ± （ ） P = H H ?= 实验结果4：粗铜丝的直径：1D = ± （ ） P = 1 1 D D ?= 实验结果5：粗铜丝的直径：2D = ± （ ） P = 2 2 D D ?= 实验结果6： B = ± （ ） P = B B ?= 讨论： 电学练习题 一、选择题 1、关于高斯定理的理解有下面几种说法，其中正确的是： （A）如果高斯面上E 处处为零，则该面内必无电荷。 （B）如果高斯面内无电荷，则高斯面上E 处处为零。 （C）如果高斯面上E 处处不为零，则高斯面内必有电荷。 （D）如果高斯面内有净电荷，则通过高斯面的电通量必不为零。 （E）高斯定理仅适用于具有高度对称性的电场。[ ] 2、在点电荷q的电场中，选取以q为中心、R为半径的球面上一点P处作电势零点，则 与点电荷q距离为r的P’点的电势为[ ] ) 1 1 ( 4 ) ( ) ( 4 ) ( ) 1 1 ( 4 ) ( ; 4 ) ( r R q D R r q C R r q B r q A- - - πε πε πε πε 3、真空中有一电量为Q的点电荷，在与它相距为r的a点处有一试验电荷q，现使试验 电荷q从a点沿半圆弧轨道运动到b点，如图所示。则电场力做功为[ ] ) ( 4 ) ( 2 4 ) ( 2 4 ) ( 2 2 2 2 D r r Qq C r r Qq B r r Qq Aπ πε πε π πε 4、一空气平行板电容器，充电后把电源断开，这时电容器中储存的能量为 W。然后在 两极板之间充满相对电容率为 r ε的各向同性均匀电介质，则该电容器中储存的能量为： ) ( ) 1( ) ( ) ( ) (W W D W W C W W B W W A r r r = - = = =ε ε ε[ ] 5、有四个等量点电荷在OXY平面上的四种不同组态，所有点电荷均与原点等距。设无 限远处电势为零，则原点O处电场强度和电势均为零的组态是[ ] F o r p e s o n a u s e o n y s t u d y a n d r e s a r c h;n o t f r c o m me r c a u s e F o r p e s o n a u s e o n y s t u d y a n d r e s a r c h;n o t f r c o m me r c a u s e 中国石油大学（华东）现代远程教育 实验报告 课程名称：大学物理(二) 实验名称：电学元件伏安特性研究 实验形式：在线模拟+现场实践 提交形式：提交书面实验报告 学生姓名：学号： 年级专业层次：网络17春网络春高起专学习中心：山东日照函授站 提交时间： 2017年 12月 16 日 一、实验目的 1.掌握电压表、电流表、直流稳压电源等仪器的使用方法 2.学习电阻元件伏安特性曲线的测量方法 3.加深理解欧姆定律，熟悉伏安特性曲线的绘制方法 二、实验原理 一、电学元件的伏安特性 在某一电学元件两端加上直流电压，在元件内就会有电流通过，通过元件的电流与端电压之间的关系称为电学元件的伏安特性。一般以电压为横坐标和电流为纵坐标作 出元件的电压电流关系曲线，称为 该元件的伏安特性曲线。 二、实验线路的比较与选择 1、电流表内接 当电流表内接时，电压表读数比电阻端电压值大，应有： 四、实验内容 1．测定线性电阻的伏安特性本实验在实验板上进行。分立元件R=200Ω和R=2000Ω普通电阻作为被测元件，并按图1-5接好线路。经检查无误后，先将直流稳压电源的输出电压旋钮逆时针旋转，确保打开直流稳压电源后的输出电压在0V左右，然后再打开电源的开关。依次调节直流稳压电源的输出电压为表1-1中所列数值。并将相对应的电流值记录在表中。 2.．测量半导体二极管的伏安特性 正向特性 将稳压电源的输出电压调到2V后，关闭电源开关，按图1-6接好线路。经检查无误后，开启稳压电源。调节电位器W，使电压表读数分别为表1-2中数值，并将相对应的电流表读数记于表1-2中。为了便于作图，在曲线弯曲部分可适当多取几个测量点。 电学部分 交流电及整流滤波电路实验与示波器测量时间实验 (1) 凯特摆测重力加速度实验及超声波的传播速度实验 (4) 交流谐振电路实验和交流电桥实验 (6) CSY10A型传感器系统实验 (8) 螺线管测磁场 (11) 霍尔效应 (11) 直流电测量 (12) 用直流电位差计精确测量电压 (12) 双臂电桥测低电阻 (14) 电磁测量是物理实验中最重要的基础内容，它在当今生活、生产和科学研究中有着最广泛的应用。实验过程中所使用的仪器种类繁多，所以我们在验证实验原理的同时，也要让同学们学会对各种电磁测量仪器仪表的正确使用。只有在对实验仪器能正确使用的前提下，我们才能保证实验过程中的数据的准确性和精确性。尤其近年来，电磁学实验室更新了大部分的仪器，而且也增添了许多新的实验内容和仪器，这样就有必要对这些新的仪器设备的使用测量方法以及维修维护等知识加以了解，以便在实验过程中教会学生仪器的正确使用方法以及仪器出现故障或其他异常情况我们如何来加以排除。 交流电及整流滤波电路实验与示波器测量时间实验 由于这两个实验实验仪器基本都是电子仪器（示波器、信号发生器、数字电压表），所以在使用过程中请同学们注意使用安全，不要擅自接触仪器的电源插头，以免发生意外，如果感觉仪器不太好用请及时联系实验室老师加以解决。同时由于实验对象是大一的本科生，相当一部分同学以前很少接触到电子仪器，所以在实验过程中可能会出现各种问题，现根据经验将部分常出现的故障现象及排除方法写出来，供大家参考。 一、示波器测量时间实验： 1．现象：示波器屏幕上没有任何信号。 可能的原因有： （1）示波器的电源开关没有打开； （2）亮度设置太低，请调节亮度旋扭，增加亮度； 随意编辑 静 电 学 基本内容 一、电场强度E 1． 定义：0/q F E . 要测定电场中一点的场强,必须采用试验电荷, 在该点测定试验电荷受力并 按上式求得场强。试验电荷是带电量足够小体积也是足够小的点电荷。 2． 场强的叠加原理 带电体系在一点产生的场强E 是各个电荷(或电荷元)在该点产生的场强 i E (或元场强d E )的矢量和(或积分)。 i i E E 或E d E q 只有当各i E （或E d ）的方向都相同时, 略去上式中矢量号仍成立。 当电荷可以看作点电荷时, i i i i r r q E 3 04 . 二、高斯定理 1．电场的图示: 电场线 规定电场线上一点的切线方向是该点处电场强度的方向, 与电场线垂直的 随意编辑 面元上单位面积的电场线条数与该处电场强度的大小相等。 2. 电场强度通量（许多书和习题集中也称电通量） 通过面元S d 的元电场强度通量S d E d e 等于通过该面元的电场线数。 通过曲面S 的电场强度通量S d E S e 等于通过该面的电场线数。规定 封闭曲面面元的法线方向向外（背离封闭面包围的空间），积分号采用 ?。 3. 高斯定理 )1 (/0 0V d q S d E V i i s 高斯定理中的封闭曲面又称高斯面，式中q i 表示被高斯面包围的电荷的代数和， 是空间一点处的电荷密度。 高斯定理说明电场线只起源于正电荷，终止于负电荷，不在没有电荷处中断。即静电场是有源场。 4. 电位移、电位移线、电位移通量 电位移D 的定义: E D 。 式中D 、、E 分别是电场中同一点处的电位移、电容率和电场强度。 规定电位移线上一点的切线方向是该点电位移矢量的方向，与电位移线垂直的面元上单位面积的电位移线数与该处电位移大小相等。 ----------------------- 布為--------------- ----- ---- --- 我的实验心得体会 本学期我们开设了3门实验课，在实验课中，我学到了很多在平时的学习中学习不到的东西，尤其是物理光学实验。它教会我更多的应该是一种态度，对待科学，对待学习。 为期七周的的大学物理实验就要画上一个圆满的句号了，回顾这七周的学习，感觉十分的充实，通过亲自动手，使我进一步了解了物理实验的基本过程和基本方法，为我今后的学习和工作奠定了良好的实验基础。 我很感谢能够有机会学习物理实验，因为每一位老师都 教会了我很多。每次上实验课，老师都给我们认真的讲解实验原理，轮到我们自己动手的时候，老师还常常给予我们帮助，不厌其烦地为我们讲解，直到我们做出来。有的同学在实验过程中出现了问题，就耽误了时间，老师也总是陪着我们直到最后一名同学做完实验。 在大学物理实验课即将结束之时，我对在这一年来的学习 进行了总结，总结这一年来的收获与不足。取之长、补之短，在今后的学习和工作中有所受用。下面我就对我这一年所学到的东西做一个概述： 1、实验课的基本程序 1.1、课前预习： -------------- 时器忖呎---------- ----- --- 对于每一次将要进行的实验，我们都要做好预习， 通过阅读实验教材，上网搜索资料，自己翻阅其他辅导书，弄清本次实验的目的、原理和所要使用的仪器，明确测量方法，了解实验要求及实验中特别要注意的问题等。这一步至关重要，它是实验成败的关键。我觉得我对于这一点还是做的不错的，因此每一次实验都能够很顺利地完成。而且我发现我准备地越充分，实验就会越顺利。因为前期的准备可以使我在实验的时候避免手忙脚乱，充分的预习也使我充满了信心。因为我做了充分的预习，在实验中就不会遇到突发状况就不知该如何是好。就这样一步一个脚印，就不必“从头再来”，节省了时间。 1.2、实验操作 我们做实验是在每周周二的下午，先由实验辅导老师对实验进行讲解，老师的讲解很重要，一定要认真地听。因为老师会讲一些实验中可能会出现的问题及注意事项，这会帮我们解决很多麻烦，可以避免很多错误。老实讲解完实验有关的事情后，还会给我们再详细的对实验仪器的使用进行讲解，在对基本实验的装置了解之后，我们对自己动手实验就不会有一种很陌生的感觉了，这一点对我们来说很有利，我们可以很投入和很成功的完成实验。因为我们已经知道什么地方是操作的要点，什么可能导致失败。并且物理实验本就在很大程度上调动我们学习的积极性。 时磊忖呎…------------ ................ .. .... .... 实验完毕，实验数据须经教师审阅、签字，再将仪器整理好。 1.3、实验数据记录 避雷针 常规防雷电可分为防直击雷电、防感应雷电和综合性防雷电。防直击雷电的避雷装置一般由三部分组成，即接闪器、引下线和接地体；接闪器又分为避雷针、避雷线、避雷带、避雷网。以避雷针作为接闪器的防雷电原理是：避雷针通过导线接入地下，与地面形成等电位差，利用自身的高度，使电场强度增加到极限值的雷电云电场发生畸变，开始电离并下行先导放电；避雷针在强电场作用下产生尖端放电，形成向上先导放电；两者会合形成雷电通路，随之泻入大地，达到避雷效果。实际上，避雷针是引雷针，可将周围的雷电引来并提前放电，将雷电电流通过自身的接地导体传向地面，避免保护对象直接遭雷击。通俗的解释就是：避雷针的作用像雨伞为人们遮雨一样，覆盖着它一定范围内的建筑设施，一旦有雷电进入到了这个伞状的范围，雷电就会被避雷针吸引过来，再通过本体泄人大地，从而使伞状以下的建筑不被雷击。避雷针之外还有避雷线，它是通过防护对象的制高点向另外制高点或地面接引金属线的防雷电，它的防护作用等同于在弧垂上每一点都是一根等高的避雷针。后来发展了避雷带，就是在屋顶四周的女儿墙或屋脊、屋檐上安装金属带做接闪器来防雷电，即如你所说的那种。避雷带的防护原理与避雷线一样，由于它的接闪面积大，接闪设备附近空间电场强度相对比较强，更容易吸引雷电先导，使附近尤其比它低的物体受雷击的几率大大减少。再后来又发展了避雷网，分明网和暗网。明网是在避雷带的中间加敷金属线制成的网，然后通过截面积足够大的金属物与大地连接的防雷电，用以保护建筑物的中间部位。暗网则是利用建筑物钢筋混凝土结构中的钢筋网进行雷电防护，只要每层楼的楼板内的钢筋与梁、柱、墙内的钢筋有可靠的电气连接，并与层台和地桩有良好的电气连接，形成可靠的暗网，则这种方法要比其他防护设施更为有效。 法国易敌雷拥有超过40年丰富防雷器生产和防雷工程经验和一支强大的由法国最著名大学和研究机构组成的工程师队伍，使INDELEC（"易敌雷"）防雷器成为雷电保护装置的专家。不论在法国以至世界各地，PREVECTRON防雷器经过数十年势不可挡的成功，INDELEC（易敌雷）目前正全力推出其最新研究成果：PREVECTRON（第二代）避雷针。 大学物理电磁学练习题 球壳，内半径为R 。在腔内离球心的距离为d 处（d R <），固定一点电荷q +，如图所示。用导线把球壳接地后，再把地线撤 去。选无穷远处为电势零点，则球心O 处的电势为[ ] (A) 0 (B) 04πq d ε (C) 04πq R ε- (D) 011()4πq d R ε- 2. 一个平行板电容器, 充电后与电源断开, 当用绝缘手柄将电容器两极板的距离拉大, 则两极板间的电势差12U 、电场强度的大小E 、电场能量W 将发生如下变化：[ ] (A) 12U 减小，E 减小，W 减小； (B) 12U 增大，E 增大，W 增大； (C) 12U 增大，E 不变，W 增大； (D) 12U 减小，E 不变，W 不变. 3．如图，在一圆形电流I 所在的平面内，选一个同心圆形闭合回路L (A) ?=?L l B 0 d ，且环路上 任意一点0B = (B) ?=?L l B 0 d ，且环路上 任意一点0B ≠ (C) ?≠?L l B 0 d ，且环路上任意一点0B ≠ (D) ?≠?L l B 0d ，且环路上任意一点B = 常量. [ ] 4．一个通有电流I 的导体，厚度为D ，横截面积为S ，放置在磁感应强度为B 的匀强磁场中，磁场方向垂直于导体的侧表面，如图所示。现测得导体上下两面电势差为V ，则此导体的霍尔系数等于[ ] (A) IBV DS (B) BVS ID (C) VD IB (D) IVS BD 5．如图所示，直角三角形金属框架abc 放在均匀磁场中，磁场B 平行于ab 边，bc 的长度为 l 。当金属框架绕ab 边以匀角速 度ω转动时，abc 回路中的感应 电动势ε和a 、 c 两点间的电势差a c U U -为 [ ] (A)20,a c U U B l εω=-= (B) 2 0,/2a c U U B l εω=-=- (C) 22 ,/2a c B l U U B l εωω=-= (D)22 ,a c B l U U B l εωω=-= 6. 对位移电流，有下述四种说法，请指出哪一种说法正确 [ ] (A) 位移电流是由变化的电场产生的； (B) 位移电流是由线性变化的磁场产生的； (C) 位移电流的热效应服从焦耳——楞次定律； (D) 位移电流的磁效应不服从安培环路定理.大学物理-电磁学部分-试卷及答案word版本
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