《電磁學(xué)基本定律》課件

《電磁學(xué)基本定律》課件課程大綱11.電磁學(xué)的基本概念電磁學(xué)的基本概念，電荷，電場，磁場等22.靜電學(xué)庫侖定律，電場強(qiáng)度，電勢，電勢能，電容和電容器等33.電流和電阻電流和電阻，電路和歐姆定律，直流電路，交流電路等44.磁場磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度，安培環(huán)路定律，法拉第電磁感應(yīng)定律等電磁學(xué)的基本概念電荷物質(zhì)的基本性質(zhì)，存在正負(fù)兩種類型，同性相斥，異性相吸電場由靜止電荷產(chǎn)生的空間，具有力場性質(zhì)，能對其他電荷產(chǎn)生作用磁場由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的空間，具有力場性質(zhì)，能對其他運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生作用靜電學(xué)庫侖定律描述兩個(gè)點(diǎn)電荷之間相互作用力的定律，力的大小與電荷量成正比，與距離的平方成反比電場強(qiáng)度電場中某一點(diǎn)的電場力與放入該點(diǎn)的電荷量之比，反映了電場力的強(qiáng)弱電勢電場中某一點(diǎn)的電勢能與放入該點(diǎn)的電荷量之比，反映了電場能量的大小電勢能電荷在電場中由于電場力做功而具有的能量，與電荷量和電勢有關(guān)庫侖定律公式F=kq?q?/r2作用力兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的相互作用力，大小與電荷量成正比，與距離的平方成反比靜電力常數(shù)k=9×10?N·m2/C2電場強(qiáng)度1定義電場中某一點(diǎn)的電場力與放入該點(diǎn)的電荷量之比，反映了電場力的強(qiáng)弱2公式E=F/q3單位牛頓/庫侖(N/C)電勢定義電場中某一點(diǎn)的電勢能與放入該點(diǎn)的電荷量之比，反映了電場能量的大小公式φ=W/q單位伏特(V)電勢能1定義2公式3單位電荷在電場中由于電場力做功而具有的能量，與電荷量和電勢有關(guān)W=qΔφ焦耳(J)電容和電容器電容描述電容器儲(chǔ)存電荷能力的物理量，等于電容器兩極板上的電荷量與兩極板間電勢差之比電容器由兩個(gè)相互靠近的導(dǎo)體構(gòu)成，能儲(chǔ)存電荷的器件，常見類型包括平行板電容器，球形電容器等電流和電阻1電流電荷的有序運(yùn)動(dòng)，方向規(guī)定為正電荷移動(dòng)的方向，單位為安培(A)2電阻導(dǎo)體對電流阻礙作用的物理量，與導(dǎo)體的材料，長度，橫截面積等有關(guān)，單位為歐姆(Ω)電路和歐姆定律1電路由電源，導(dǎo)線，用電器等組成的閉合通路，用于傳輸電能2歐姆定律描述導(dǎo)體中的電流與電壓和電阻之間關(guān)系的定律，I=U/R磁場定義由運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生的空間，具有力場性質(zhì)，能對其他運(yùn)動(dòng)電荷產(chǎn)生作用磁力線用來形象地描述磁場的方向和強(qiáng)弱，磁力線是閉合曲線，從北極出發(fā)，指向南極磁感應(yīng)強(qiáng)度1定義描述磁場強(qiáng)弱和方向的物理量，用B表示，單位為特斯拉(T)2測量可以用磁針，霍爾效應(yīng)器等儀器來測量磁感應(yīng)強(qiáng)度3應(yīng)用磁感應(yīng)強(qiáng)度可以用來測量電流，研究磁場中的力學(xué)效應(yīng)等安培環(huán)路定律內(nèi)容描述電流產(chǎn)生的磁場的定律，磁場強(qiáng)度與電流大小成正比，與距離成反比公式∮B·dl=μ?I應(yīng)用用于計(jì)算電流產(chǎn)生的磁場，設(shè)計(jì)電磁設(shè)備等法拉第電磁感應(yīng)定律1內(nèi)容2公式3應(yīng)用描述變化的磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢的定律，感應(yīng)電動(dòng)勢的大小與磁通量變化率成正比，方向滿足楞次定律ε=-dΦ/dt用于發(fā)電機(jī)，變壓器，電動(dòng)機(jī)等電磁設(shè)備的設(shè)計(jì)自感和互感自感電流變化時(shí)自身線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，與電流變化率成正比，取決于線圈的形狀，尺寸和匝數(shù)等互感一個(gè)線圈的電流變化時(shí)，另一個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢，與電流變化率成正比，取決于兩個(gè)線圈的相對位置，形狀和匝數(shù)等變壓器原理利用電磁感應(yīng)原理，將交流電壓升高或降低的裝置，由鐵芯，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈組成應(yīng)用廣泛應(yīng)用于電力系統(tǒng)，電子設(shè)備，通信設(shè)備等領(lǐng)域電磁場的能量能量密度電磁場中每單位體積所具有的能量，與電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度平方成正比公式u=(1/2)ε?E2+(1/2μ?)B2傳播電磁場中的能量以電磁波的形式傳播，速度為光速麥克斯韋方程組1高斯定律描述電場與電荷之間的關(guān)系2高斯磁定律描述磁場與磁荷之間的關(guān)系3法拉第電磁感應(yīng)定律描述變化的磁場產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢4安培-麥克斯韋定律描述電流和變化的電場產(chǎn)生磁場電磁波和光的性質(zhì)電磁波由周期性變化的電場和磁場組成的橫波，以光速傳播，頻率和波長決定了電磁波的類型光可見光，是電磁波譜的一部分，具有波動(dòng)性和粒子性，可以產(chǎn)生干涉，衍射等現(xiàn)象電磁波的應(yīng)用無線通信手機(jī)，廣播，電視，衛(wèi)星通信等雷達(dá)探測飛機(jī)，船舶，天氣預(yù)報(bào)等醫(yī)療診斷X射線，核磁共振等工業(yè)生產(chǎn)微波爐，激光加工等量子態(tài)和粒子性量子化電磁輻射以量子化的形式存在，稱為光子，光子的能量與頻率成正比光電效應(yīng)光照射到金屬表面時(shí)，金屬中電子會(huì)吸收光子的能量而發(fā)射出來，驗(yàn)證了光的粒子性康普頓效應(yīng)光子與電子發(fā)生碰撞時(shí)，光子的能量會(huì)發(fā)生改變，頻率會(huì)降低，驗(yàn)證了光的粒子性半導(dǎo)體理論1能帶理論2導(dǎo)帶3價(jià)帶4禁帶描述半導(dǎo)體材料中電子能級(jí)分布的理論，根據(jù)能帶結(jié)構(gòu)，半導(dǎo)體材料可以分為導(dǎo)體，半導(dǎo)體和絕緣體二極管PN結(jié)由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成，具有單向?qū)щ娦詰?yīng)用整流，開關(guān)，調(diào)制，解調(diào)等晶體管三極管由三個(gè)PN結(jié)組成的半導(dǎo)體器件，具有放大電流和電壓的作用應(yīng)用放大電路，開關(guān)電路，數(shù)字電路等電子管真空管利用真空管內(nèi)電子運(yùn)動(dòng)的原理實(shí)現(xiàn)電流放大，控制，整流等功能應(yīng)用早期電子設(shè)備，比如收音機(jī)，電視機(jī)，計(jì)算機(jī)等電子線路1放大電路利用晶體管或電子管放大微弱信號(hào)的電路2開關(guān)電路利用晶體管或電子管控制電路通斷的電路3振蕩電路利用LC回路產(chǎn)生周期性變化的信號(hào)的電路4濾波電路濾除信號(hào)中的雜波或特定頻率成分的電路電子通信技術(shù)調(diào)制和解調(diào)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合傳輸?shù)男盘?hào)，以及將傳輸?shù)男盘?hào)還原成原始信號(hào)的技術(shù)無線通信利用電磁波進(jìn)行信息傳輸?shù)募夹g(shù)，包括手機(jī)通信，廣播電視，衛(wèi)星通信等電磁諧振定義在特定頻率下，電磁場能量發(fā)生共振的現(xiàn)象，此時(shí)電磁場能量最大應(yīng)用無線電通信，微波技術(shù)，醫(yī)療診斷等領(lǐng)域磁光效應(yīng)1法拉第效應(yīng)2克爾效應(yīng)3塞曼效應(yīng)磁場對光的偏振狀態(tài)或頻率的影響，用于光學(xué)器件，光學(xué)測量等霍爾效應(yīng)原理電流在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)受到洛倫茲力的作用，導(dǎo)致載流子偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生橫向電勢差應(yīng)用測量磁場強(qiáng)度，測量電流，制作霍爾傳感器等電磁干擾和電磁兼容電磁干擾由電磁輻射引起的干擾，會(huì)影響電子設(shè)備的正常工作，導(dǎo)致信號(hào)失真，數(shù)據(jù)錯(cuò)誤等問題電磁兼容指電子設(shè)備在電磁環(huán)境中正常工作，并且不產(chǎn)生過大的電磁干擾，保證電子設(shè)備之間的相互兼容電磁學(xué)在科技中的應(yīng)用無線通信手機(jī)，廣播，電視，衛(wèi)星通信，無線網(wǎng)絡(luò)等電子設(shè)備計(jì)算機(jī)，筆記本電腦，平板電腦，智能手機(jī)等醫(yī)療技術(shù)核磁共振，X射線，超聲波等工業(yè)生產(chǎn)電動(dòng)機(jī)，發(fā)電機(jī)，變壓器，激光加工等電磁學(xué)知識(shí)的發(fā)展歷程1古希臘發(fā)現(xiàn)磁石具有吸引鐵的性質(zhì)217世紀(jì)吉爾伯特提出地球是一個(gè)巨大的磁體318世紀(jì)庫侖發(fā)現(xiàn)庫侖定律，伏特發(fā)明電池419世紀(jì)法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，麥克斯韋提出電磁場理論520世紀(jì)愛因斯坦提出相對論，量子力學(xué)的發(fā)展實(shí)驗(yàn)演示和案例分析實(shí)驗(yàn)演示演示庫侖定律，安培環(huán)路定律，電磁感應(yīng)現(xiàn)象等案例