电磁学第三章解析

高中物理选修3-1第三章磁感应强度知识点磁感应强度是高中物理电磁学重要并且抽象的概念，也是物理选修3-1第三章重要知识点，下面是店铺给大家带来的高中物理选修3-1第三章磁感应强度知识点，希望对你有帮助。

高中物理选修3-1第三章磁感应强度知识点定义：当通电导线与磁场方向垂直时，通电导线所受的安培力F 跟电流I和导线长度L的乘积IL的比值叫做磁感应强度。

对磁感应强度的理解1、公式B=F/IL是磁感应强度的定义式，是用比值定义的，磁感应强度B的大小只决定于磁场本身的性质，与F、I、L均无关。

2、定义式B=FIL成立的条件是：通电导线必须垂直于磁场方向放置。

因为磁场中某点通电导线受力的大小，除了与磁场强弱有关外，还与导线的方向有关。

导线放入磁场中的方向不同，所受磁场力也不相同.通电导线受力为零的地方，磁感应强度B的大小不一定为零，这可能是电流方向与B的方向在一条直线上的原因造成的。

3、磁感应强度的定义式也适用于非匀强磁场，这时L应很短，IL 称作“电流元”，相当于静电场中的试探电荷。

4、通电导线受力的方向不是磁场磁感应强度的方向。

5、磁感应强度与电场强度的区别：磁感应强度B是描述磁场的性质的物理量，电场强度E是描述电场的性质的物理量，它们都是矢量，现把它们的区别列表如下：(1)磁感应强度是矢量，遵循平行四边形定则。

如果空间同时存在两个或两个以上的磁场时，某点的磁感应强度B是各磁感应强度的矢量和。

高中物理选修3-1匀强磁场知识点匀强磁场：如果磁场的某一区域里，磁感应强度的大小和方向处处相同，这个区域的磁场叫做匀强磁场.在匀强磁场中，在通电直导线与磁场方向垂直的情况下，导线所受的安培力F= BIL。

(一)公式F=BIL中L指的是“有效长度”.当B与I垂直时，F最大，F=BIL;当B与I平行时，F=0。

(二)弯曲导线的有效长度L，等于连接两端点直线的长度，如下图相应的电流沿L由始端流向末端。

1、当电流与磁场方向垂直时，F = ILB2、当电流与磁场方向夹θ角时，F = ILBsinθ高中物理复习方法一、注重知识形成过程。

第三章 稳 恒 电 流§3.1 电流的稳恒条件和导电规律思考题：1、 电流是电荷的流动，在电流密度j ≠0的地方，电荷的体密度ρ是否可能等于0？ 答：可能。

在导体中，电流密度j ≠0的地方虽然有电荷流动，但只要能保证该处单位体积内的正、负电荷数值相等（即无净余电荷），就保证了电荷的体密度ρ＝０。

在稳恒电流情况下，可以做到这一点，条件是导体要均匀，即电导率为一恒量。

2、 关系式U=IR 是否适用于非线性电阻？答：对于非线性电阻，当加在它两端的电位差Ｕ改变时，它的电阻Ｒ要随着Ｕ的改变而变化，不是一个常量，其Ｕ－Ｉ曲线不是直线，欧姆定律不适用。

但是仍可以定义导体的电阻为Ｒ＝Ｕ／Ｉ。

由此，对非线性电阻来说，仍可得到Ｕ＝ＩＲ的关系，这里Ｒ不是常量，所以它不是欧姆定律表达式的形式的变换。

对于非线性电阻，Ｕ、Ｉ、Ｒ三个量是瞬时对应关系。

3、 焦耳定律可写成P=I 2R 和P=U 2/R 两种形式，从前者看热功率P 正比于R ，从后式看热功率反比于R ，究竟哪种说法对？答：两种说法都对，只是各自的条件不同。

前式是在Ｉ一定的条件下成立，如串联电路中各电阻上的热功率与阻值Ｒ成正比；后式是在电压Ｕ一定的条件下成立，如并联电路中各电阻上的热功率与Ｒ成反比。

因此两式并不矛盾。

4、 两个电炉，其标称功率分别为W 1、W 2，已知W 1>W 2，哪个电炉的电阻大？ 答：设电炉的额定电压相同，在Ｕ一定时，Ｗ与Ｒ成反比。

已知W 1>W 2，所以Ｒ1<R 2，5、 电流从铜球顶上一点流进去，从相对的一点流出来，铜球各部分产生的焦耳热的情况是否相同？答：沿电流方向，铜球的截面积不同，因此铜球内电流分布是不均匀的。

各点的热功率密度p=j 2/σ不相等。

6、 在电学实验室中为了避免通过某仪器的电流过大，常在电路中串接一个限流的保护电阻。

附图中保护电阻的接法是否正确？是否应把仪器和保护电阻的位置对调？ 答：可以用图示的方法联接。

前言：特别感谢质心教育的题库与解析，以及“程稼夫力学、电磁学习题答案详解”的作者前辈和血色の寂宁前辈的资料.非习题部分：P314 积分中运用了近似，这里给出非近似解答：3-2先计算圆环上的电流3-又垂直于磁场方向粒子做圆周运动得当运动了时，电子一定会回到轴上.即若，则聚焦到了屏上.解得.3-4考虑出射角度为θ为粒子，其运动在垂直于磁场平面内的投影为一个过原点的圆.设半径为r，1)2)对应的立体角为比值为——前辈大神云：当年我没事练习积分的时候发现，找一个球面，沿垂直于一固定方向的平面切两刀，则无论如何切，两刀间的面积总是仅与两刀间的距离呈正比。

（具体证明请在X3-5（1得（2）沿TM方向不受力，速度分量恒为；垂直于磁场方向的平面上，粒子的投影是匀速圆周运动.动力学方程：解得欲经过M点，须在时，圆周运动回到了圆周运动的起点，即周运动抵达原点.由此设计，并考虑方向，可得答案：3-8当摆角为θ时，设摆的速度v，（1解得.（2）若，便不能达到，这时只需考虑最低点，因为那里最接近二次函数的极值点：解得前面的条件要求，故，解得.即时，在最低点恰好T=0，而时不会出现情况2)综上所述（2）出发后时，粒子第一次经过x轴代入解得.（3），为整数个周期，即粒子回到x轴此时即粒子回到原点.粒子运动中占据的空间为一圆柱，轴线长即x坐标最大值：半径即粒子匀速圆周运动的半径：体积为.3-10因为E垂直于平面而质子轨迹在平面内，所以质子的动能守恒.. 3-11如图，速度方向、电场方向和磁场方向两两垂直，洛伦兹力与电场力平衡得取一小段时间，这期间冲到靶上的粒子的电量为.这些粒子的质量为.由动量定理其中F是质子束受到的力.作用在靶上的力是它的反作用力.3-12（1）在垂直于磁场方向粒子做匀速圆周运动，动力学方程时，3-取，记，有可见是以为角速度的匀速圆周运动的速度.，解得，故有积分得到（3）粒子速度为零，即，由此解得，相（4x投影3-14设粒子距离磁极r，轨道半径为R，回旋角速度为ω.粒子受力如图，其中动力学方程可由力三角表示，以为直角边的三角形，斜边为解得，故有.3-15设圆运动半径为R3-16法一：建立空间直角坐标系如图.取，记，有可见是以为角速度的匀速圆周运动的速度.知圆运动这部分的半径，且与y轴相切，由几何关系临界是当..（2）根据运动的独立性，首先只考虑匀速圆周运动由速度合成可得.3-18撤去重力场，以等效的电场代之.动力学方程：取，记，有，记，有可见是以为角速度的匀速圆周运动的速度.由初始条件，知线速度速度最大时圆运动的速度与漂移速度同向，第二阶段的速度最大值为综上，整个过程最大速度.3-20方法一：记这一段导管长为l，它受到安培力为，于是两壁压差为3-由于把3-竖直方向只有重力作用，是上抛运动水平方向，得，有所以由二次函数性质，在时有最小值3-23设横向电场E2，纵向电场E1.由横向电场力与洛伦兹力平衡：于是有.3-24（1）由动力学方程：得到，又回旋加速器中粒子作圆周运动的周期即为电场的周期解得（2）.3-25（2）能够射出的电子，其轨迹圆心都在S的右半边.由于电子顺时针回旋，电子总是轨迹圆与MN 从较为靠上的交点射出.对于圆心在右下时，射出点在相切时最靠下.由几何关系对于圆心在右上时，射出点与S对径时最靠上.由几何关系所以（3）轨迹圆心在S右边的电子初速度方向是向上和斜向上的所有方向.故占. 3-26数据不足无法得到答案，这里提供解法：（1）初速度设为，由，解得3-28题设A的量纲明显不对，强行忽略就好了.动力学方程取，记，有可见是以为角速度的匀速圆周运动的速度.因为z方向无外力，故粒子会留在平面内，因为，所以圆周运动那部，依分离实部虚部得：电子在z方向的运动，由一个沿z方向的匀速直线运动和另一个同样沿z方向的谐振动叠加；电子运动在平面内的投影是一条旋轮线.。

电磁学第四版赵凯华习题解析第一章电磁场的基本概念题1.1解析：该题主要考察对电磁场基本概念的理解。

根据定义，电场强度E是单位正电荷所受到的电力，磁场强度B是单位长度为1、电流为1的导线所受到的磁力。

因此，电场强度E与电势差V之间的关系为E=-dV/dx，磁场强度B与安培环路定律有关，即B=μ₀I/2πr。

答案：电场强度E与电势差V之间的关系为E=-dV/dx，磁场强度B与安培环路定律有关，即B=μ₀I/2πr。

题1.2解析：该题考查对电场线和磁场线的基本理解。

电场线从正电荷出发，指向负电荷；磁场线从磁南极指向磁北极。

在非均匀磁场中，电荷的运动轨迹会受到磁场的影响，当电荷的运动速度与磁场垂直时，洛伦兹力提供向心力，使电荷沿磁场线运动。

答案：电场线从正电荷出发，指向负电荷；磁场线从磁南极指向磁北极。

在非均匀磁场中，电荷的运动轨迹会受到磁场的影响，当电荷的运动速度与磁场垂直时，洛伦兹力提供向心力，使电荷沿磁场线运动。

第二章电磁场的基本方程题2.1解析：该题考查对高斯定律的理解。

根据高斯定律，闭合曲面所包围的电荷量与该曲面上的电通量成正比，即∮E·dA=Q/ε₀。

其中，E为电场强度，dA为曲面元素，Q为曲面内的电荷量，ε₀为真空电容率。

答案：根据高斯定律，闭合曲面所包围的电荷量与该曲面上的电通量成正比，即∮E·dA=Q/ε₀。

题2.2解析：该题考查对法拉第电磁感应定律的理解。

根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E与磁通量变化率ΔΦ/Δt成正比，即E=ΔΦ/Δt。

其中，E为感应电动势，ΔΦ为磁通量的变化量，Δt为时间变化量。

答案：根据法拉第电磁感应定律，感应电动势E与磁通量变化率ΔΦ/Δt成正比，即E=ΔΦ/Δt。

第三章电磁波的传播题3.1解析：该题考查对电磁波的基本理解。

电磁波是由振荡的电场和磁场组成的横波，其传播速度为光速c，波长λ与频率f之间的关系为c=λf。

电磁波在真空中的传播不受阻碍，但在介质中传播时，其速度会发生变化。

3．2．1 解答：（1）如图3.2.1所示，偶极子的电荷量q 和q -所受的电场力分别为qE 和qE -，大小相等，合力为0，但所受的力矩为M P E =⨯当且仅当0θ=和θπ=时，电偶极子受的力矩为0，达到平衡状态，但在0θ=的情况下稍受微扰，电偶极子将受到回复力矩回到平衡位置上，因此，0θ=时，是稳定平衡；但在θπ=的情况下稍受微扰，电偶极子受到的力矩将使电偶极子“倾覆”到达0θ=情况，因此，θπ=的情况是不稳定平衡。

（2）若E 不均匀，一般情况下，偶极子的电荷量q 和q -所受的电场力不为0，电场力将使偶极子转向至偶极矩P 与场强E 平行的情况，由于电场不均匀，偶极子所受的合力不为0.因此,电偶极子不能达到平衡状态。

3．2．2 解答：（1）如图3.2.2所示，偶极子1P 和2P 中的2q -处激发的电场为13222p E kl r -=⎛⎫- ⎪⎝⎭2q -所受的电场力为2123222q p F q E kl r ---=-=⎛⎫- ⎪⎝⎭偶极子1P 和2P 中的2q 处激发的电场为13222p E kl r +=⎛⎫+ ⎪⎝⎭2q 所受的电场力为2123222q p F q E kl r ++==⎛⎫+ ⎪⎝⎭偶极子2P 受到的合力为()332221222l l F F F k q p r r --+-⎡⎤⎛⎫⎛⎫=+=+--⎢⎥ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎢⎥⎣⎦令22l x ≡，()()3f x r x -≡+，()()3g x r x -≡-，则()()330,0f r g r --==，故()()()()()()4444'3,'3,'03,'03f x r x g x r x f r g r ----=-+=-=-=因22l r >>，对22l r ⎛⎫+ ⎪⎝⎭和22l r ⎛⎫- ⎪⎝⎭在0r =处展开后，略去高次项 ()()()()()()3434'003,0'03f x f x f r r x g x g g x r r x ----≈+=-=+=+()()46f x g x xr --=-所以()42121221440033(2)62q p l p p F k q p xr r rπεπε--=-=-= 其大小为124032p p F r πε=以上是1P 和2P 同向的情况，反向时大小不变，受力方向相反。

第三章3．3提示，由于静电场中0=×∇E K 放在计算0=×∇F G 若0=×∇F G 则F G可能是电场强度E G ，否则不可能是E G ，即：0=×∇E K 是F G为静电场的必要重要条件。

具体过程；略 3．4解1）P 点的ϕ：()()()()()Vb b b P 86.972ln 4320223,2,222−=−−−×+−××=−=ϕϕ 2）P 点的E G： 由于，k j y x y x i y x x xy kz j yi x E G G G G G G K 20828422222−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−+−⎟⎠⎞⎜⎝⎛−−−=∂∂−∂∂−−∂∂−=−∇=ϕϕϕϕ 所以P 点的E G为()k j i p E G GG G 205.715.49−−=3）P 点的D ：()()()()3120205.715.491085.8m ck j i p E p D G G G G G −−××==−ε自由电荷密度()⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−+−−=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂+∂∂+∂∂=•∇=•∇=22222000164y x y x y z E y E x E E D z y x εεερG GP 点的为：()()()()()()3112222010526.6262661624mc p −×=⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡−−−+××−−×−=ερ3．5解 提示，空气的击穿场强决定了在金属球表面与空气的交界面上的电场的最大值，另外注意金属导体表面的电场只有法向分量，金属导体球表面上有自由面电荷σ，其中最大值可由导体与介质界面的衔接条件决定()2502020210655.2m cE E E D Max n n Max −×=====εεεσ1）由于面电荷均匀分布特性，可求得金属球上最大的电量()c r ds q s62max max max 10507.74−×=⋅==∫πσσ2）只需要计算长圆柱的单位长度电荷总量()∫−×=⋅⋅==sc r ds q 5max max 110502.212πσσ3）考虑金属球的对称性，可以为金属球上的面电荷在空间产生的电场与同量的处于球心处的点电荷产生的电场等效，金属球表面处的电势最高为()V rq 50maxmax 1005.44×==πεϕ3．6解提示光分析同轴电缆里面的电场强度E G设同轴电缆内外导体沿轴向方向单位强度所带电荷量分到为ττ−+和由高斯定理，电缆中介质的电位移：02r rD G Gπτ=则电场02r rE G G πετ=于是内外导体间的电压120ln 2212121R R Edr r d E l d E U R R R R R R πετ∫∫∫==•=•=G G G G 12ln 2R R U πετ=120ln 2r R R r U r r E G G G ==πετ 显然E正比于1/r故由导体表面上的电场强度最大，即121max 121max lnlnR R R E U R R R U E =⇒=可U 是R1的函数现求U 的极大值 令l RR R R dR dU 211211ln 0=⇒==即可得于是l R E lR R lR E U 2max 222max max ln⋅=⋅=3.7解提示：可利用3。

4A的(图3-1a)。

这种电流叫做感应电流。

图3-151.1电磁感应现象当磁棒插在线圈内不动时,电流计的指针就不再偏转,这时线圈中没有感应电流。

再把磁棒从线圈内拔出,在拔出的过程中,电流计指针又发生偏转,偏转的方向与插入磁棒时相反,这表明感应电流与前面相反(图3-1b)。

在实验中，磁棒插入或拔出的速度越快，电流计指针偏转的角度就越大，就是说感应电流越大。

如果保持磁棒静止，使线圈相对磁棒运动，那么可以观察到同样的现象。

图3-1电磁感应现象在上一章中曾经说过，一个通电线圈和一根磁棒相当。

那么,使通电线圈和另一个线圈作相对运动，是否也会产生感应电流呢？这需要通图3-171.1电磁感应现象实验二如图3-2，另一个线圈A ’与直流电源相连。

用这个通电线圈A ’代替磁棒重复上面的实验，可以观察到同样的现象。

在通电线圈A ’和线圈A 相对运动的过程中，线圈A 中产生感应电流；相对运动的速度越快，感应电流越大；相对运动的方向不同(插入或拔出)感应电流的方向也不同。

图3-2电磁感应现象如图3-3，把线圈A ’跟开关K和直流电源插在线圈A 内。

图3-291.1电磁感应现象在这个实验里，线圈A ’和线圈A 之间并没有相对运动。

这个实验和前两个实验的共同点是，在实验中线圈所在处的磁场发生了变化。

A 图3-3如果用一个可变电阻代替开关K ，那么当调节可变电阻一改变线圈A ’中电流强度的时候，同样可以看到电流计的指针发生偏转,即线圈A 中产生感应电流。

调节可变电阻的动作越快,线圈中的感应电流就越大。

101.1电磁感应现象在前两个实验中，是通过相对运动使线圈A 处的磁场发生变化的；在这个实验中，是通过调节线圈A ’中的电流(即激发磁场的电流)使线圈A 处的磁场发生变化的。

因此,综合这三个实验就可以认识到：不管用什么方法,只要使线圈A处的磁场发生变化,线圈A 中就会产生感应电流。

这样的认识是否完全了呢？我们再观察一个实验。

A图3-3如图3-4，把接有电流计的导体图3-4边滑动时，线框所边的移动只是使线框的面积由此可见，把感应电流的起因从直接引起的效果看，磁场的变图3-4实验四的结论：把感应电流的起因只归结成磁场2内穿过回路的磁通量的变化是1.0m/s.求线框中感应电动势的大小。