物理電與磁課件i

物理電與磁課件I歡迎來(lái)到物理電與磁課程。本課程將深入探討電磁學(xué)的基本概念和應(yīng)用。我們將從靜電學(xué)開(kāi)始，逐步過(guò)渡到電動(dòng)力學(xué)和電磁波。讓我們一起揭開(kāi)電磁世界的神秘面紗。課程目標(biāo)理解基本概念掌握靜電學(xué)、電動(dòng)力學(xué)和電磁學(xué)的核心理論。應(yīng)用數(shù)學(xué)工具學(xué)習(xí)使用數(shù)學(xué)方法分析電磁現(xiàn)象。實(shí)踐應(yīng)用能力培養(yǎng)解決實(shí)際電磁問(wèn)題的能力?？萍记把卣J(rèn)知了解電磁學(xué)在現(xiàn)代科技中的最新應(yīng)用。靜電分類及基本概念摩擦靜電通過(guò)摩擦產(chǎn)生的電荷分離現(xiàn)象。例如，用毛皮摩擦塑料尺。接觸靜電物體接觸后分離時(shí)產(chǎn)生的電荷轉(zhuǎn)移。如走路時(shí)產(chǎn)生的靜電。感應(yīng)靜電帶電體靠近導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部電荷重新分布的現(xiàn)象。靜電平衡與靜電定律靜電平衡條件導(dǎo)體表面電場(chǎng)強(qiáng)度為零，電勢(shì)處處相等。電荷守恒定律孤立系統(tǒng)中，正負(fù)電荷的代數(shù)和保持不變。靜電力疊加原理多個(gè)點(diǎn)電荷的合力等于各個(gè)電荷力的矢量和。庫(kù)侖定律力的大小F=k(q1q2)/r2，其中k為庫(kù)侖常數(shù)。作用距離力的大小與距離的平方成反比。力的方向同性電荷相斥，異性電荷相吸。電場(chǎng)強(qiáng)度1定義單位正電荷所受到的靜電力。2計(jì)算公式E=F/q=kQ/r2，Q為源電荷。3矢量性質(zhì)電場(chǎng)強(qiáng)度是矢量，有大小和方向。4電場(chǎng)線用于可視化電場(chǎng)分布的假想線。電通量與高斯定理電通量定義穿過(guò)某個(gè)面積的電場(chǎng)線數(shù)量。計(jì)算公式Φ=E·S·cosθ，θ為電場(chǎng)線與面法線夾角。高斯定理閉合曲面電通量等于內(nèi)部電荷量除以ε?。應(yīng)用簡(jiǎn)化復(fù)雜電場(chǎng)計(jì)算，如球形、圓柱形電場(chǎng)。電勢(shì)與電勢(shì)能1電勢(shì)能電荷在電場(chǎng)中的位置能。2電勢(shì)單位正電荷的電勢(shì)能。3電勢(shì)差兩點(diǎn)間的電勢(shì)之差。4等勢(shì)面電勢(shì)相等的點(diǎn)組成的面。電勢(shì)能與電場(chǎng)關(guān)系1梯度關(guān)系電場(chǎng)強(qiáng)度是電勢(shì)的負(fù)梯度。2保守場(chǎng)靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)，做功與路徑無(wú)關(guān)。3能量轉(zhuǎn)換電勢(shì)能可轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。4功能關(guān)系電場(chǎng)力做功等于電勢(shì)能減少量。電容與電容器1F法拉電容的國(guó)際單位，1F=1庫(kù)侖/1伏特。Q=CV電容公式電荷量等于電容乘以電壓。ε?真空介電常數(shù)8.85×10?12F/m，影響電容大小。電容器組成電極板通常為金屬材料，用于儲(chǔ)存電荷。介質(zhì)兩極板間的絕緣材料，增加電容量。外殼保護(hù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提供絕緣。電容器的等效電路串聯(lián)1/C等效=1/C1+1/C2+...并聯(lián)C等效=C1+C2+...混合連接先計(jì)算簡(jiǎn)單部分，再逐步簡(jiǎn)化。電容分類陶瓷電容高頻性能好，適用于濾波。電解電容大容量，用于電源濾波。薄膜電容溫度穩(wěn)定性好，用于精密電路。電流的基本概念1定義單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量。2方向規(guī)定為正電荷流動(dòng)方向。3單位安培（A），1A=1庫(kù)侖/秒。4測(cè)量使用電流表，串聯(lián)在電路中。歐姆定律1公式表述I=U/R，電流等于電壓除以電阻。2適用條件導(dǎo)體溫度恒定，電流密度均勻。3線性關(guān)系電流與電壓成正比，與電阻成反比。4實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)、電器功率計(jì)算等。導(dǎo)體的電阻電阻定義導(dǎo)體對(duì)電流通過(guò)的阻礙作用。影響因素材料、長(zhǎng)度、截面積、溫度。計(jì)算公式R=ρL/A，ρ為電阻率。溫度效應(yīng)大多數(shù)金屬電阻隨溫度升高而增大。電路元件的串并聯(lián)電阻串聯(lián)R總=R1+R2+...電流相同，電壓分配。電阻并聯(lián)1/R總=1/R1+1/R2+...電壓相同，電流分配?；旌线B接先計(jì)算簡(jiǎn)單部分，再逐步簡(jiǎn)化。電功與電功率電功W=UIt，單位為焦耳（J）。電功率P=UI=I2R=U2/R，單位為瓦特（W）。焦耳定律Q=I2Rt，電流產(chǎn)生的熱量。電源的種類化學(xué)電源電池、蓄電池，利用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能。光電源太陽(yáng)能電池，將光能轉(zhuǎn)換為電能。發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。開(kāi)關(guān)對(duì)電路的影響1閉合狀態(tài)電流通過(guò)，電路正常工作。2斷開(kāi)狀態(tài)電流中斷，電路停止工作。3瞬態(tài)過(guò)程開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，電路可能出現(xiàn)瞬態(tài)電流。4安全考慮開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)需考慮電流承載能力和絕緣性能。電路模型與分析1基爾霍夫定律電流定律和電壓定律。2戴維南定理復(fù)雜電路等效簡(jiǎn)化。3疊加原理多源電路分析方法。4節(jié)點(diǎn)分析法利用節(jié)點(diǎn)電壓求解電路。電磁感應(yīng)基本概念磁通量變化閉合回路中磁通量變化會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。感應(yīng)電流感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)在閉合回路中產(chǎn)生電流。感應(yīng)方向感應(yīng)電流的方向總是阻礙磁通量的變化。應(yīng)用廣泛發(fā)電機(jī)、變壓器等設(shè)備的工作原理。法拉第電磁感應(yīng)定律ε=-dΦ/dt數(shù)學(xué)表達(dá)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁通量變化率的負(fù)值。N線圈匝數(shù)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與線圈匝數(shù)成正比。1831發(fā)現(xiàn)年份法拉第于1831年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象。自感與互感自感線圈中電流變化產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象。L=Φ/I，單位為亨利（H）?；ジ幸粋€(gè)線圈電流變化引起另一線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。M=Φ21/I1，單位也為亨利（H）。變壓器原理利用電磁感應(yīng)實(shí)現(xiàn)電壓變換。變壓比N1:N2=U1:U2=I2:I1效率輸出功率與輸入功率之比。電磁波的基本概念定義電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間周期性變化傳播的波。產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)的電荷或變化的電流產(chǎn)生。傳播速度在真空中等于光速。橫波性質(zhì)電場(chǎng)、磁場(chǎng)、傳播方向互相垂直。電磁波的分類電磁波的性質(zhì)及應(yīng)用反射雷達(dá)技術(shù)、無(wú)線通信。折射光纖通信、透鏡設(shè)計(jì)。干涉全息技術(shù)、光學(xué)薄膜。衍射天線設(shè)計(jì)、X射線衍射。微波技術(shù)概述1定義波長(zhǎng)在1mm到1m之間的電磁波。2產(chǎn)生磁控管、行波管等特殊電子管。3傳輸波導(dǎo)管、同軸電纜。4應(yīng)用通信、雷達(dá)、加熱。雷達(dá)技術(shù)概述工作原理發(fā)射電磁波并接收回波，測(cè)定目標(biāo)位置和速度。主要組成發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線、