(完整版)电磁学(梁灿彬)第六章电磁感应与暂态过程

《电磁学》教学大纲一、课程基本信息1．课程中文名称：电磁学2．类别：必修3．专业：物理学教育4．学时：108学时5．学分：6学分（含实践学分2学分）二、课程的地位、作用和任务电磁学是师范专科学校物理教育专业的一门重要的主干课程。

通过本课程的学习，使学生全面了解电磁运动的基本现象，系统地掌握电磁运动的基本概念及基本规律，初步具备分析解决电磁学问题的能力；了解经典电磁学的运用范围和电磁学发展史上某些重大发现和发明过程的物理思想和方法；了解电磁学研究的发展前沿以及它与其他学科的联系，注意理论联系实际，让学生初步学会用电磁学知识解决一些生产及生活中的实际问题。

三、理论教学内容与任务基本要求第一章真空中的静电场（ 10 学时）（一）要求l、掌握静电场的基本概念，基本规律；掌握描述“场”和解决“场”问题的方法和途径2、明确电荷是物质的一种属性，阐明电荷的量子性和守恒定律：掌握电荷之间的相互作用规律3、掌握电场强度、电位这两个重要概念以及它们所遵循的叠加原理4、能熟练地计算有关静电学的有关问题5、演示实验：（1）摩擦起电，电荷之间的相互作用，电荷的检验；（2）电力线的分布（二）要点：l、电荷2、库仑定律3、电场电场强度4、静电场的高斯定理5、电位电位差静电场的环路定理*6、电场强度与电位的微分关系（三）难点1、电场、电位和电能量等概念；2、求解电场、电位分布的方法第二章导体周围的静电场（6学时）（一）要求1、正确理解并掌握导体静电平衡的条件2、掌握导体静电平衡的性质：初步掌握求解导体静电平衡问题的方法3、理解电容及电容器的概念：掌握平衡板电容器、球形电容器、圆柱形电容器计算公式以及电容器串、并联的计算方法4、理解电场能的概念并会计算真空中的静电场能5、演示实验：（1）导体表面上电荷的分布；（2）静电感应起电；（3）静电屏蔽（二）要点：1、导体的静电平衡条件2、导体静电平衡的性质3、封闭导体腔内外的电场4、电容及电容器*5、静电计静电感应起电机6、带电体的能量（三）难点：根据导体静电平衡条件和导体的静电平衡性质求解导体静电平第三章静电场中的电介质（ 6 学时）（一）要求1、了解电介质极化的微观机制，掌握极化强度矢量的物理意义2、理解极化电荷的含义，掌握极化电荷、极化电荷面密度与极化强度矢量P 之间的关系3、掌握有介质时电场的讨论方法，会用介质中的高斯定理来计算静电场；明确E 、P 、D 的联系和区别4、了解静电场的能量及能量密度5、演示实验：介质对电容器电容的影响（二）要点：1、电介质的极化2、极化强度矢量3、有介质时的静电场方程*4、静电场的边值关系5、静电场的能量和能量密度（三）难点：求解介质中静电场的具体问题，如极化电荷的分布，介质中电场的分布等第四章稳恒电流和电路（8 学时）（一）要求1、理解稳恒电流的概念以及与其相对应的稳恒电场：了解稳恒电路的特点及串、并联电阻的计算2、透彻分析并掌握电流密度矢量及电场这两个概念的物理意义3、掌握欧姆定律（不含源电路、一段含源电路和全电路的欧姆定律）和焦耳定律；会计算电功及电功率4、掌握用基尔霍夫定律计算一些典型的复杂电路的方法5、演示实验：（1）电源电动势的测量；（2）影响导体电阻的因素；（3）惠斯登电桥（二）要点：1、电流稳恒电流电流密度矢量2、欧姆定律及其微分形式3、焦耳定律电功率*4、电阻的串联和并联*5、气体导电、液体导电6、电源和电动势7、闭合回路及含源支路的欧姆定律8、基尔霍夫定律*9、温差电现象（三）难点：l、电动势的概念2、用基尔霍夫定律求解复杂的电路第五章稳恒电流的磁场（ 10 学时）（一）要求l、理解掌握磁感应强度B 的物理意义2、在理解毕奥—萨伐尔定理物理意义的基础上能熟练地用它来计算载流导体的磁感应强度的分布3、掌握磁场中的高斯定理和安培环路定理；并会用安培环路定理计算具有轴对称的电流所产生的磁场4、掌握洛仑兹力公式及安培公式，并会用它们进行有关的计算5、演示实验：（1）磁感应线的演示（2）载流导线之间的相互作用（二）要点：l、基本磁现象2、磁感应强度、磁感应线3、毕奥—萨伐尔定律4、磁通量、磁场的高斯定理5、安培环路定理6、磁场对平行载流导线及带电粒子的作用7、平行载流导线的相互作用安培的定义（三）难点：1、磁感应强度的定义2、求解磁感应强度分布的具体问题第六章磁场对运动电荷和电流的作用（6学时）（一）要求1、掌握洛仑兹力公式，并会用右手螺旋法则判断洛仑兹力的方向2、掌握带电粒子在磁场中的运动情况3、了解回旋加速器的工作原理4、掌握安培力公式，并会用它们进行有关计算5、掌握磁场对载流导线的作用6、演示实验：（1）汤姆逊实验；（2）霍尔效应（二）要点：1、洛仑兹力2、汤姆逊实验*3、霍耳效应4、安培定律磁场对载流导线的作用（三）难点：洛仑兹力和安培力的概念及有关计算第七章磁介质（ 6 学时）（一）要求1、理解磁化的概念和描述磁化的宏观量M 的定义式；掌握磁化电流与磁化强度矢量M 之间的关系2、了解磁介质呈现顺磁性和抗磁性的原因；掌握铁磁质的三大特点：①高值，②非线性，③磁滞现象3、掌握介质中的安培环路定理及其应用；了解H 、M 、B 三者之间的联系和区别4、了解磁路概念及相应的计算5、演示实验：介质对磁场的影响（二）要点：1、磁介质的磁化磁化强度矢量磁化电流2、磁介质存在时的安培环路定理3、顺磁性与抗磁性4、铁磁质* 5、磁路及其计算（三）难点：磁化强度矢量的物理意义以及求解磁化电流的第八章电磁感应和暂态过程（ 12学时）（一）要求1、理解电磁感应现象的物理意义；掌握电磁感应的法拉第—楞次定律2、解感生电场的物理意义3、熟练地掌握计算动生电动势和感生电动势的方法，并能正确判断它们的方向4、了解自感现象和互感现象以及它们的应用，掌握自感系数L和互感系数M的物理意义和计算方法5、了解涡流，趋肤效应以及磁场的能量6、能正确写出RL、RC 串并联电路暂态过程的微分方程，掌握其解的形式和物理意义。

第六章 电磁感应与暂态过程一、选择题61001有两个长螺线管 A 和B ，它们的直径和长度都相同，并且只含有一层绕组。

相邻各匝互相接触并保持绝缘，绝缘层厚度可以忽略不计，螺线管A 是由许多匝细导线组成，而螺线管B 是由几匝粗导线组成。

则： A.螺线管B 的自感系数较大，螺线管A 的时间常数较大； B.螺线管A 的自感系数较大，螺线管B 的时间常数较大； C.螺管A 的自感系数和时间常数均较大；D.螺管B 的自感系数和时间常数均较大。

61002 有一很长同轴电缆，由半径为R 1和R 2的两个同轴的圆柱面导体组成，电缆单位长度的自感系数为：A.122102R R R R -μ； B.()1202R R -μ； C.120ln 2R R πμ；D.πμ20。

61003 面积为S 和2S 的两个圆线圈A ，B 共轴，通以相同的电流I ，线圈A 的电流所产生的磁场通过线圈B 的磁通量用φ21表示，线圈B 的电流所产生的磁场通过线圈A 的磁通量用φ12表示，则两者关系为：A.φ21=2φ12；B.φ21=21φ12； C.φ21=φ12； D.φ21＞φ12。

61004 细长螺线管的截面积为2cm 2，其线圈总匝数N=200，通以4A 电流时，测得螺线管内的磁感应强度B=2T ，忽略漏磁和线圈两端的不均匀性，则该螺 线管的自感系数为：A.10mH ；B.20mH ；C.40mH ；D.0.1mH 。

61005 若用条形磁铁竖直插入木质圆环，则环中： A.产生感应电动势，也产生感应电流； B.产生感应电动势，不产生感应电流； C.不产生感应电动势，也不产生感应电流；D.不产生感应电动势，产生感应电流。

61006 两根平行导线载有大小相等方面相反的电流。

已知两根导线截面半径都为a ，中心轴相距为d(d>>a)。

如果两导线内部的磁通量略去不计，那么这一对导线的单位长度的自感系数为：A.ad πμ20 B.a d πμ0 C.a b ln 0πμ D.a ad -ln 0πμ61007 外观完全相同的两个线圈，一为铜导线，一为铁导线。

第六章电磁感应与暂态过程静电场和恒定磁场的基本规律，在表达公式中电场和磁场是各自独立、互不相关的。

然而，激发电场和磁场的源——电荷和电流却是相关的，电场和磁场之间也必然存在着相互联系、制约的关系。

1820年奥斯特发现了电流的磁效应，1831年法拉第经过系统研究，发现了电磁感应现象，并总结出电磁感应定律。

电磁感应现象的发现，不仅阐明了变化磁场能够激发电场这一关系，还进一步揭示了电与磁之间的内在联系，促进了电磁理论的发展，从而奠定了现在电工技术的基础。

从实用的角度看，这一发现使电工技术有可能长足发展，为后来的人类生活电气化打下了基础。

从理论上说，这一发现更全面地揭示了电和磁的关系，使在这一年初生的麦克斯韦后来有可能建立一套完整的电磁场理论，这一理论在近代科学重得到了广泛的应用。

因此，怎样评价法拉第的发现的重要性都是不为过的。

本章主要讨论电磁感应现象及其基本规律——法拉第电磁感应定律，介绍产生电动势的两种情况——动生和感生电动势，分别对电磁感应的几种类型，包括自感和互感进行讨论，最后介绍RL、RC电路的暂态过程和磁场的能量等内容。

§1 法拉第电磁感应定律一、电磁感应现象这里有三个具有代表性的实验。

1、把线圈L和电流计G连接成一闭合回路，用磁棒插入线圈L，发现在磁棒插入过程中电流计G的指针有偏转。

这表明在磁棒插入过程中回路中出现了电流。

若磁棒插入线圈后不动，电流计指针降回到零点。

这表明在磁棒相对线圈静止时，线圈回路中没有电流。

在磁棒从线圈L中抽出的过程中，电流计指针有发生偏转，但偏转的方向与插入过程的偏转方向相反。

这表明在磁棒抽出的过程中，回路中的电流方向与磁棒插入过程中回路的电流方向相反。

如果加快磁棒插入或抽出的速度，则指针偏转加大，说明回路中电流加大。

固定磁棒不动使线圈相对磁棒运动，同样可观察到上述现象。

2、用一个通有恒定电流的线圈L1代替磁棒，反复上面的实验，可观察到同样的现象。

3、把线圈L1放在线圈L中不动，线圈L1通过开关K和一电池相连。

05 《电磁学》考试大纲课程编号：02110103 开课院系：物理与电子信息学院课程性质：专业必修课考核方式：闭卷考试适用专业：物理教育（师范类专科）执笔人：许磊开设学期：第三学期审核人：柳仕飞一、课程的目的与任务本课程的教学目的是使学生掌握电磁学的基本概念、基本定律和基本定理，并具有熟练掌握和应用基本定律和定理解决电磁学问题的能力和技能。

本课程的任务是使学生全面地、系统地掌握电磁运动的基本现象、基本概念和基本规律，具有一定的分析和解决电磁学问题的能力，具有分析和处理与讲授高中课程中电磁学部分的能力，了解电磁学发展史上某些重大发现和发明过程中的物理思想和实验方法，了解电磁学的发展与其他学科及工农业生产的联系等。

二、教材及教学参考书1．教材：梁灿彬、秦光戎、梁竹健著，《电磁学》（第三版），北京：高等教育出版社，2012年12月。

2．参考书：（1）赵凯华、陈熙谋编，《电磁学》（第三版），北京：高等教育出版社，2011年7月。

（2）贾起民、郑永令、陈暨耀著，《电磁学》（第三版），北京：高等教育出版社，2010年5月。

三、考核内容与考核要求第一章静电场的基本规律（一）知识点1.电荷守恒定律；2.点电荷，库仑定律；3.电场强度矢量；4.电力线；5.点电荷的场强公式，电场的迭加原理；6.电通量，高斯定理；7.静电场的环路定理；8.电势，电势差，电势能；9.电势与场强的关系。

1.理解电荷守恒定律；2.熟练掌握库仑定律；3.熟练掌握电场强度矢量的计算；4.理解电力线的二条性质；5.熟练掌握点电荷的场强公式和电场的迭加原理；6.理解电通量和高斯定理并能熟练运用高斯定理求场强；7.了解静电场的环路定理；8.理解电势、电势差、电势能等概念并熟练掌握电势的计算；9.掌握电势与场强的微分关系。

第二章有导体时的静电场（一）知识点1．导体的静电平衡条件及静电平衡时导体的性质；2．孤立导体的形状对电荷分布的影响；3．静电平衡时导体问题的唯象处理。