《高中物理上教学课件》电场与磁场课件

电场与磁场电场的基本概念电荷电场12电荷是物质的一种基本属性，电场是由静止或运动的电荷产是构成物质的基本粒子所带的生的，它是一种特殊的物质，一种物理量电荷分为正电荷充斥在空间中，可以传递电荷和负电荷两种，同种电荷相互之间的相互作用排斥，异种电荷相互吸引电场力3电场对处于其中的电荷会产生力的作用，这种力叫做电场力电场力的方向与电场强度方向相同，大小与电荷量和电场强度成正比电场强度的定义定义在电场中，某点电场强度的大小等于单位正电荷在该点所受的电场力的大小，方向与正电荷在该点所受的电场力的方向相同公式E=F/q单位牛顿每库仑N/C电场强度的性质方向性强度电场强度是一个矢量，它既有大小又电场强度的强度表示电场力的大小，有方向电场强度的方向定义为正电它与电荷量成正比，与距离的平方成荷在该点所受电场力的方向反比叠加性多个电荷产生的电场强度可以叠加，即多个电场强度矢量的矢量和电场线的概念电场线是用来描述电场的一种形象化工具，它是一种假想曲线在电场中，如果将一小段带正电的试探电荷放在电场中，它会受到电场力的作用而运动，试探电荷运动的轨迹就称为电场线电场线具有以下特点电场线从正电荷出发，终止于负电荷，或者终止于无穷远处•电场线在任何一点上的切线方向都代表该点的电场方向•电场线越密的地方，电场强度越大•电场线之间不交叉•电场线的性质方向密度电场线的方向代表了该点电场的电场线越密，表示该区域的电场方向，即正电荷在该点所受电场强度越大，反之则越小这是因力的方向为电场强度与单位面积上的电场线数目成正比不相交始于正电荷，止于负电荷两条电场线在空间中不会相交，电场线从正电荷出发，指向负电因为如果相交，则该交点处的电荷对于孤立的正电荷，电场线场方向就不唯一，这与电场强度从正电荷出发，延伸到无穷远；是一个矢量的性质矛盾对于孤立的负电荷，电场线从无穷远处指向负电荷电通量的定义电通量是指穿过一个曲面的电场线的数量它反映了电场对该曲面的穿透程度形象地说，就像阳光透过云层的缝隙照射到地面，阳光的照射强度可以用来描述阳光对地面的穿透程度电通量可以用数学公式来表示Φ=∫E·dS其中，表示电通量，表示电场强度，表示曲面的面积元，积分号表示对曲ΦE dS面的所有面积元进行积分高斯定理定义高斯定理指出，穿过任意闭合曲面的电通量等于该闭合曲面所包围的电荷量的代数和除以ε0应用高斯定理可以用于计算电场强度，尤其是对具有对称性的电荷分布，例如点电荷、均匀带电球体、均匀带电无限长直线等重要性高斯定理是静电学中的重要定理，它为计算电场提供了一种简便方法，并揭示了电场与电荷之间深刻的联系静电场中的能量电势能电场力做功电势能是带电体在电场中具有的能量，它的大小与带电体的电荷电场力做功等于电势能的减少量，即电W=-ΔWp量和电势差有关电场力做功与路径无关，只与始末位置的电势差有关电势能公式，其中表示电势能，表示电荷量，表Wp=qU Wpq U示电势差电势的定义电势是描述电场中某一点能量特性的物理量，它是指将单位正电荷从电场中某一点移到参考点（通常取无穷远处）所做的功1—伏特单位电势的单位是伏特（），简称伏伏特是指将V1库仑的正电荷从电场中某一点移到参考点所做1的功为焦耳1定义电势能电势是电势能与电荷量的比值，即电势能除以电荷量，表示电场中某一点的能量水平参考点无穷远在实际应用中，我们通常将无穷远处作为电势的参考点，即无穷远处的电势为零这意味着将一个电荷从电场中某一点移到无穷远处所做的功就是该点的电势电势与电场的关系电场力做功1电场力做功与电势能变化的关系电势能2电势能的定义电势3电势的定义与单位电势和电场强度是描述电场性质的两个重要物理量，它们之间存在着密切的联系电势是描述电场能量性质的物理量，电场强度则是描述电场力的物理量电势和电场强度可以通过电场力做功来建立联系电势能的定义定义电势能是指电场中某一点的电荷由于电场力做功而具有的能量公式，其中为电势能，为EP=qU EPq电荷量，为电势U单位焦耳J特点电势能是一个标量，具有相对性电势能的大小与电荷量和电势有关，电荷量越大，电势能越大；电势越高，电势能越大电势能的正负取决于电荷的极性和电势的正负正电荷在高电势点具有正的电势能，在低电势点具有负的电势能；负电荷在高电势点具有负的电势能，在低电势点具有正的电势能带电粒子在电场中的运动匀强电场1在匀强电场中，带电粒子受到的电场力大小恒定，方向与电场方向相同或相反粒子运动轨迹为直线，并作匀加速直线运动非匀强电场2在非匀强电场中，带电粒子受到的电场力大小和方向都发生变化粒子运动轨迹为曲线，并作非匀加速运动电势能变化3带电粒子在电场中运动时，电势能会发生变化电势能的改变量等于电场力做功的负值能量守恒4带电粒子在电场中运动时，机械能守恒即动能与电势能之和保持不变电流的定义电流是表示电荷流动强弱的物理量，它描述了在一定时间内通过导体横截面的电荷量12方向大小电流的方向定义为正电荷移动的方向电流的大小等于单位时间内通过导体横截面的电荷量3单位电流的单位是安培A电流的性质方向大小种类电流方向定义为正电荷运动方向，实际负电电流大小由单位时间内通过导体横截面的电直流电方向恒定不变的电流•荷运动方向与电流方向相反荷量决定，单位为安培A交流电方向周期性变化的电流•电阻定律电阻1材料对电流的阻碍作用电阻定律2R=ρL/S影响因素3材料、长度、横截面积电阻定律是描述导体电阻与其材料、长度和横截面积之间关系的物理定律导体电阻的大小由其材料的电阻率、长度和横截面积决定电阻率是材料固有的性质，反映了材料对电流阻碍的程度长度越长，电阻越大；横截面积越大，电阻越小电功和电功率电功是指电流做功的多少，其大小等电功率是指电流在单位时间内所做的于电流在一段時間内所做的功，常用功，即电流做功的快慢，常用单位为单位为焦耳（）瓦特（）J W电功的计算公式为，其中电功率的计算公式为，其中W=UIt UP=UI U为电压，为电流，为时间为电压，为电流I tI电源的特性电动势内阻电源将其他形式的能量转化为电能的本领，用电动势来衡量电动电源本身也存在一定的电阻，称为内阻内阻会消耗一部分能量，势是电源将单位正电荷从电源的负极移送到正极时所做的功导致电源输出的电压低于电动势电路的基本定律基尔霍夫定律1欧姆定律2焦耳定律3电路的基本定律是理解和分析电路的基础串并联电路的特点串联电路并联电路电流相同电压相同••电压分配电流分配••总电阻等于各电阻之和总电阻的倒数等于各电阻的倒数之和••磁场的基本概念磁场磁场的方向磁场是由运动的电荷或电流产生磁场的方向用磁感线来表示，磁的，是一种看不见、摸不着但客感线是假想的曲线，其方向表示观存在的物理场该点磁场的方向磁场对运动电荷的作用磁场对运动电荷有力的作用，该力称为磁场力，其方向垂直于电荷运动方向和磁场方向，符合左手定则磁场强度的定义定义公式磁场强度是用来描述磁场强弱和方向的物理量，其定义是在磁，其中为磁场强度，为电荷受到的磁力，为电荷量，B=F/qv BF q场中某一点放置一个单位正电荷，该电荷受到的磁力的大小就等为电荷的速度v于该点的磁场强度磁通量和磁通量密度磁通量磁通量密度磁通量是指穿过某一曲面的磁力磁通量密度是指单位面积上的磁线的条数，它反映了穿过该曲面通量，它反映了磁场的强弱磁的磁场强弱和方向磁通量可以通量密度可以用公式来计B=Φ/S用公式来计算，其中算，其中是穿过该曲面的磁通Φ=BScosθΦ是磁感应强度，是曲面的面积，量，是曲面的面积B SS是磁感应强度方向与曲面法线方θ向的夹角磁感应定律法拉第电磁感应定律1法拉第电磁感应定律揭示了变化的磁场产生电场，从而产生感应电流的现象楞次定律2楞次定律指出，感应电流的方向总是阻碍引起它产生的磁通量变化应用3磁感应定律在许多领域都有重要的应用，例如发电机、电动机、变压器、感应加热等电磁感应现象磁场变化感应电流当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，感应电流的方向由楞次定律决定，即闭合电路中就会产生感应电流感应电流的方向总是阻碍引起它的磁通量变化应用电磁感应现象是许多电磁器件工作的基础，例如发电机、变压器和电磁炉自感与互感自感互感当线圈中的电流发生变化时，线圈本身会产生一个感应电动势，这个现当一个线圈中的电流发生变化时，另一个线圈也会产生感应电动势，这象称为自感自感电动势的方向总是阻碍电流的变化，即电流增大时，个现象称为互感互感电动势的方向与第一个线圈电流的变化方向有关，自感电动势方向与电流方向相反；电流减小时，自感电动势方向与电流电流增大时，互感电动势方向与第一个线圈电流方向相反；电流减小时，方向相同互感电动势方向与第一个线圈电流方向相同电磁振荡和电磁波振荡电路LC1电容器和电感器组成的电路电磁振荡2电场能和磁场能相互转化电磁波3电磁振荡向空间传播电磁振荡是电磁场的一种周期性变化现象，当电容器和电感器连接成闭合回路后，电场能和磁场能会相互转化，形成电磁振荡电磁波则是电磁振荡向空间传播的形式，它具有波的特性，并能够以光速在真空中传播电磁波的种类及性质无线电波微波红外线123波长最长，频率最低，主要用于广播、波长较短，频率较高，主要用于微波波长更短，频率更高，主要用于夜视通信、雷达等方面炉、卫星通信、雷达等方面仪、遥控器、热成像等方面可见光紫外线射线X456波长最短，频率最高，是我们肉眼可波长更短，频率更高，对人体有杀菌波长更短，频率更高，可穿透人体，见的光，主要用于照明、摄影、光学作用，但过量的紫外线会对皮肤造成主要用于医疗诊断、工业探伤等方面仪器等方面伤害射线γ7波长最短，频率最高，具有很强的穿透能力，可用于治疗癌症、工业消毒等方面电磁波在通信中的应用无线电广播电视广播电磁波可以用来传输音频信号，例如电视广播是利用电磁波传递图像和声广播电台和手机信号无线电广播是音信号电视信号经过调制后，通过利用电磁波在空气中传播的特性，将天线发射出去，接收机将接收到的信声音信号转换成电信号，再通过天线号还原成图像和声音，显示在电视屏发射出去，接收机再将电磁波接收并幕上还原成声音信号移动通信卫星通信移动通信是利用电磁波传输语音、数卫星通信是利用人造地球卫星作为中据、图像等信息手机通过发射和接继站，将电磁波信号传递到地球上的收电磁波，与基站进行通信，实现远不同地点卫星通信可以覆盖范围广，距离通信信号稳定，是跨国通信的重要手段电磁波在医疗中的应用诊断治疗射线是医疗诊断中不可或缺的工具，可以用于检查骨骼、牙齿和电磁波在治疗疾病方面发挥着重要作用例如，紫外线照射可用X内脏器官磁共振成像使用强磁场和无线电波生成人体内部于治疗皮肤病和骨骼疾病微波治疗可用于治疗关节炎和肌肉疼MRI的详细图像，有助于诊断各种疾病，例如肿瘤、中风和脑损伤痛激光治疗可用于治疗眼科疾病、皮肤病和癌症此外，射频超声波成像利用超声波的反射来生成器官和组织的图像，常用于消融治疗利用高频电磁波破坏异常组织，可用于治疗心脏病、肿孕妇产检和心脏检查瘤和血管疾病电磁波对人体的影响电磁辐射电磁干扰安全防护电磁波会被人体吸收，并可能导致人体组织电磁波可能会干扰人体内部的电磁场，影响为了减少电磁波对人体的负面影响，应尽量的加热效应，特别是对于高频电磁波长期神经系统、心血管系统和内分泌系统的正常减少使用电磁辐射较强的设备，例如手机、暴露在高强度电磁辐射下，可能会增加患癌运作例如，长时间使用电磁炉可能会导致微波炉等使用时应保持一定距离，并注意症的风险，影响生殖功能，并造成其他健康心律失常，影响睡眠质量，以及出现头痛等使用时间，同时可以采取一些防护措施，例问题症状如使用防辐射服等。