大学物理磁学第四节
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大学物理电磁学引言电磁学是物理学的一个重要分支,研究电荷之间相互作用的原理和电磁波的特性。
在大学物理学中,电磁学是必学的一门课程,它涵盖了电荷、电场、电势、电流、电磁感应、电磁波等基本概念和原理。
本文将介绍大学物理电磁学的基本原理和相关内容。
一、电荷和电场电荷是电磁学的基本物理量之一,分为正电荷和负电荷。
正电荷和负电荷相互吸引,相同电荷相互排斥。
电场是电荷在周围产生的一种力场,用于描述电荷对其他电荷的作用力。
电场强度是衡量电场强弱的物理量,它的定义是单位正电荷所受的力。
二、电场的产生和性质电荷在空间中形成的电场是由电荷成对产生的。
当有多个电荷时,它们各自产生的电场可以叠加。
电场的性质包括电场的线性性质、电场的无旋性和电场的势能。
三、电势和电势能电势是描述电场对单位正电荷做的功的物理量。
电势是标量,它对应于电场的能量分布。
电势能是电荷在电场中具有的能量,它是由电势引起的。
四、电容和电容器电容是描述电场在电荷分布上的储存能力的物理量。
电容器是用来储存电荷和能量的装置,由两个导体之间的介质隔开,形成电场。
常见的电容器包括电容器、平行板电容器和球形电容器。
五、电流和电阻电流是电荷随时间变化的物理量,是单位时间内流过某个横截面的电荷量。
电阻是导体对电流流动的阻碍,它符合欧姆定律。
电流在电路中的运动受到欧姆定律和基尔霍夫定律的约束。
六、磁场和磁感应磁场是由带电粒子的运动产生的物理现象,描述了磁力的作用。
磁感应是描述磁场强度的物理量。
电流在导线中产生磁场,被称为安培环路定律。
七、电磁感应和法拉第定律电磁感应是通过磁场的变化产生电场的现象。
法拉第定律描述了导体中感应电动势与磁通量变化的关系。
法拉第定律是电磁感应定律的基础,它是电磁感应现象的定量描述。
八、电磁波和光学电磁波是由电场和磁场相互作用而产生的一种波动现象。
电磁波具有电磁场的传播性质,包括光学、无线电波等各种波动现象。
结论大学物理电磁学是电磁学的基本课程,涵盖了电荷、电场、电势、电流、电磁感应、电磁波等内容。
大学物理电磁学《大学物理》是一门综合学科,其中电磁学是其中重要的一部分。
从宏观上讲,电磁学研究了电磁场和电磁力,以及它们作用于电荷的现象。
从微观上来看,电磁学通过研究电磁场和电磁力的构成,以及电磁场和电磁力交互作用的机理,以及它们对电荷的作用,来对它们进行研究。
电磁学的历史电磁学是一门极具挑战性的科学,自古以来,人们一直在探索这门科学的奥秘,从中研究探索有关电磁现象的机理。
19世纪末,美国物理学家迈克尔福特(Michael Faraday)发现了电磁感应,标志着电磁学研究迈出了重大的一步,自此,伽利略、穆勒、萨维尔等物理学家为电磁学的研究作出了重要的贡献。
定义和概念电磁学是物理学的一门分支,它用来研究电磁场、电磁力和电磁场的构成以及交互作用,以及它们对电荷的作用。
电磁场是一种独立于物体的抽象物理量,在空间中以向量的形式表示;电磁力是由电磁场产生的作用在电荷上的力;电荷是保存电磁力的物理现象。
定律电磁学研究中最重要的定律是磁电现象定律,有三种形式,分别是:(1)伽利略定律;(2)穆勒-安培定律;(3)萨维尔定律。
伽利略定律伽利略定律(Gauss Law)(也称有关电荷分布的伽利略定律)又称为“电荷守恒定律”,即“物体的外壳表面上的电荷总量不变”,这是自然界中电荷守恒的定律。
伽利略定律用来计算外壳上的电荷总量,也可以用来计算电位场、流动电流和电容量。
穆勒-安培定律穆勒-安培定律是德国物理学家穆勒(Heinrich Hertz)和英国物理学家安培(James Clerk Maxwell)在研究电磁学的基础上推出的一种定律。
该定律于1873年提出,主要描述了电磁场中电荷运动和磁场产生之间的相互关系。
具体而言,它认为电磁场是由交叉的电流和磁场相互作用而产生的,也就是说,电荷的运动会产生磁场,磁场的变化也会产生电场。
萨维尔定律萨维尔定律(Maxwell Equations)是英国物理学家詹姆斯克拉克麦克斯韦所提出的电磁场的最基本方程式。
大学物理《电磁学》PPT课件•电磁学基本概念与原理•静电场中的导体和电介质•恒定电流及其应用•磁场性质与描述方法•电磁感应原理及技术应用•电磁波传播特性及技术应用目录CONTENTS01电磁学基本概念与原理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。
静电场由静止电荷产生的电场,其电场线不随时间变化。
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。
欧姆定律描述导体中电流、电压和电阻之间关系的定律。
恒定电流电流大小和方向均不随时间变化的电流。
静电场与恒定电流磁场磁感应强度磁性材料磁路与磁路定律磁场与磁性材料由运动电荷或电流产生的场,其对放入其中的磁体或电流有力的作用。
能够被磁场磁化并保留磁性的材料,分为永磁材料和软磁材料。
描述磁场强弱的物理量,其大小与试探电流所受磁场力成正比,与试探电流的电流强度和长度成反比。
磁路是磁性材料构成的磁通路径,磁路定律描述了磁路中磁通、磁阻和磁动势之间的关系。
描述变化的磁场产生感应电动势的定律。
法拉第电磁感应定律描述感应电流方向与原磁场变化关系的定律。
楞次定律描述磁场与变化电场之间关系的定律。
麦克斯韦-安培环路定律由变化的电场和磁场相互激发而产生的在空间中传播的电磁振荡。
电磁波电磁感应与电磁波麦克斯韦方程组及物理意义麦克斯韦方程组由四个基本方程构成的描述电磁场基本规律的方程组,包括高斯定理、高斯磁定理、法拉第电磁感应定律和麦克斯韦-安培环路定律。
物理意义麦克斯韦方程组揭示了电磁现象的统一性,预测了电磁波的存在,为电磁学的发展奠定了基础。
同时,该方程组在物理学、工程学等领域具有广泛的应用价值。
02静电场中的导体和电介质导体在静电场中的性质静电感应当导体置于外电场中时,导体内的自由电子受到电场力的作用,将重新分布,使得导体内部电场为零。
静电平衡当导体内部和表面的电荷分布不再随时间变化时,称导体达到了静电平衡状态。
大学物理:电磁学电磁学是物理学的一个分支,主要研究电磁现象、电磁辐射、电磁场以及它们与物质之间的相互作用。
在本文中,我们将探讨电磁学的基本概念、历史背景、研究领域以及在现实生活中的应用。
一、基本概念1、电荷与电荷密度电荷是物质的一种属性,它可以产生电场。
电荷分为正电荷和负电荷。
电荷的分布可以用电荷密度来描述,它表示单位体积内所包含的电荷数量。
2、电场与电场强度电场是空间中由电荷产生的力线所形成的场。
电场强度是描述电场强弱的物理量,它与电荷密度有关。
3、磁场与磁感应强度磁场是由电流或磁体产生的场。
磁感应强度是描述磁场强弱的物理量,它与电流密度和磁场中的电荷有关。
4、电磁波电磁波是由电磁场产生的波动现象,它包括无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线和伽马射线等。
二、历史背景电磁学的研究可以追溯到17世纪和18世纪,当时科学家们开始研究静电和静磁现象。
19世纪初,英国物理学家迈克尔·法拉第发现了电磁感应定律,即变化的磁场可以产生电流。
1864年,英国物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦将法拉第的发现与自己的研究结合起来,提出了著名的麦克斯韦方程组,预言了电磁波的存在。
三、研究领域1、静电学:研究静止电荷所产生的电场、电势、电容、电导等性质。
2、静磁学:研究静止磁场以及磁体和电流所产生的磁场和磁场分布。
3、电磁感应:研究变化的磁场和电场以及它们之间的相互作用和变化规律。
4、电磁波:研究电磁波的产生、传播、散射、反射和吸收等性质以及在各种介质中的行为。
四、应用电磁学在现实生活中有着广泛的应用,如:1、电力工业:利用电磁感应原理发电、输电和用电。
2、通信工程:利用电磁波传递信息,包括无线电通信、微波通信、光纤通信等。
3、电子技术:利用电磁学原理制造电子设备,如电视机、计算机、雷达等。
4、磁悬浮技术:利用磁力使物体悬浮,减少摩擦和能耗。
5、医学成像:利用电磁波和磁场进行医学诊断和治疗。
2015级大学物理I 计算题-04磁学【重点考核知识点】1.毕奥--萨伐尔定律和磁场叠加原理的应用。
⑴ 公式① 无限长载流直导线的磁感强度分布:02IB rμπ=,方向与I 成右手螺旋关系,具有柱对称性。
② 半无限长载流直导线,距有限端垂直距离为r 的点的磁感强度分布:04IB rμπ=,方向与I 成右手螺旋关系。
③ 载流直导线延长线上的点的磁感强度分布: 0=B④ 载流圆弧导线在圆心处的磁感强度分布:0(,4IB R Rμααπ=为圆弧半径为圆弧的圆心角),方向与I 成右手螺旋关系。
⑵ 相关例题和作业题【例12.2.1】一无限长载流直导线被弯成如图12.2.5所示的形状,试计算O 点的磁感强度。
解:点O 的磁感强度是图12.2.5中的4根载流导线在该点产生的磁感强度的矢量和,即4321B B B B B+++= 由于点O 在导线1、3的延长线上,因此 031==B B导线2为四分之一圆弧,导线4为半无限长载流直导线,由式(12.2.7)可知图12.2.5 用场强叠加原理求磁感应强度RIB 802μ=方向垂直纸面向外RIa I B πμπμ84004==方向垂直纸面向外 所以O 点的磁感强度大小为 ⎪⎭⎫⎝⎛+=+=πμπμμ11888000R I R I RIB O 方向垂直纸面向外。
【12.1】一长直导线被弯成如题图12.1所示的形状,通过的电流为I ,半径为R 。
求圆心O 处的磁感强度的大小和方向。
解:点O 处的磁感强度由无限长直线电流和圆电流共同产生。
直线电流在点O 处的磁感强度大小为RIB πμ201=,方向垂直于纸面向外 圆电流在点O 处的磁感强度大小为RIB 202μ=,方向垂直于纸面向里⊗所以,点O 处的磁感强度大小为)1(20120-=-=ππμRIB B B , 方向垂直于纸面向里。
【12.4】将一导线弯成如题图12.4所示的形状,求点O 处的磁感强度的大小和方向。
题图 12.1题图12.4IR 2 R 1 O I解:设半径为1R 的弧线电流在点O 处产生的磁感强度为大小1B ,半径为2R 的弧线电流在点O 处产生的磁感强度大小为2B ,有⊗==方向 8324310101R IR I B μμ ⊗==方向 824120202R IR I B μμ 两段直线电流在O 点处的磁感强度大小均为0。