《高中物理教学课件：电场与磁场》

高中物理教学课件电场与磁场课程导言课程目标课程内容学习方法帮助学生深入理解电场和磁场的概念，本课程涵盖电场和磁场的基本概念，建议学生认真预习课本，积极参与课掌握相关的物理规律，并能运用这些包括电场强度、电势、电容，以及磁堂讨论，并完成课后习题，以巩固所知识解决实际问题场强度、磁通量、电磁感应等内容学知识电场的性质无形的力场力场的方向力场的大小电场是一种无形的力场，它是由带电物电场力的方向由电场强度决定，它始终电场力的大小与电荷量和电场强度成正体产生的，并作用于其他带电物体指向正电荷在该点所受力的方向比，即，其中为电场力，为电荷F=qE Fq量，为电场强度E电场的种类静电场电磁场由静止电荷产生的电场，特点是电场强度不随时间变化由运动电荷或变化的磁场产生的电场，特点是电场强度随时间变化静电力定义库仑定律方向静电力是指静止电荷之间相互作用库仑定律是描述静电力大小的定律，同种电荷之间相互排斥，异种电荷的力，其本质是电场力的表现静它指出两个点电荷之间的静电力大之间相互吸引静电力的方向沿着电力的大小与电荷的大小和距离的小与它们电荷量的乘积成正比，与连接两个电荷的直线，同种电荷力平方成反比它们距离的平方成反比方向相反，异种电荷力方向相同电场强度及其计算定义1电场中某一点的电场强度等于该点单位正电荷所受到的电场力公式2E=F/q单位3牛顿库仑/N/C计算4利用库仑定律或电场叠加原理电场强度是描述电场强弱和方向的物理量它是电场力的一个重要指标，可以用来计算电场对带电粒子的作用力电场线电场线是用来形象地描述电场的一种方式它是一条假想的曲线，其方向在每一点都与该点的电场强度方向一致电场线从正电荷出发，终止于负电荷，或者延伸至无穷远电场线越密集的地方，电场强度越强；电场线越稀疏的地方，电场强度越弱电场线具有以下性质电场线不相交因为电场强度在一点只有一个方向•电场线总是从正电荷出发，终止于负电荷，或者延伸至无•穷远电场线越密集的地方，电场强度越强；电场线越稀疏的地•方，电场强度越弱电场线是假想的曲线，实际并不存在•电位及其计算电位定义1在电场中，将单位正电荷从参考点移到该点所做的功，叫做该点的电势电位计算2电位差=W/q电位与电场强度3电场强度是电位的空间变化率电位是一个标量，它反映了电场中某一点的能量状态电位差是两点之间的电位差，它是做功的物理量，反映了电场中两点之间电能的变化电位和电场强度的关系是密切的，它们互为导数关系等电位面等电位面是指电场中电势相等的点的集合在等电位面上，任何电荷从一点移动到另一点，电势能都不会发生变化等电位面的形状取决于电场的分布例如，点电荷产生的电场是球形对称的，因此等电位面是同心球面均匀电场中的等电位面是互相平行的平面等电位面在电学中具有重要的应用，例如等电位面可以用来描绘电场的分布•等电位面可以用来确定电荷的运动轨迹•等电位面可以用来设计电场仪器，例如示波器•电容及其计算电容的概念1电容是描述电容器储存电荷能力的物理量它表示当电容器两极板间的电势差为1伏特时，电容器所储存的电荷量电容的单位2电容的单位是法拉（F）1法拉等于1库仑的电荷量在1伏特的电势差下所储存的电荷量电容的计算公式3电容的计算公式为C=Q/U，其中C为电容，Q为电荷量，U为电势差影响电容的因素4电容的大小与电容器的结构有关，主要受以下因素影响极板面积、极板间距离和介质的介电常数电容器定义原理电容器是一种能够存储电荷的器件，由两个相互靠近但绝缘的当电容器连接到电源时，电源的电场使电容器的两极分别积累导体构成它能够在两极之间积累电荷，从而储存电能电容正负电荷电荷之间的静电力阻止电荷继续积累，最终达到平器的存储能力由其电容决定衡状态电容器储存的电能与电容和电压的平方成正比电容器的种类固定电容器可变电容器电解电容器电容量固定，通常用于滤波、耦合和旁电容量可调，常用于电路的调谐和补偿具有较大的电容量，适合于直流电路的路等电路中等方面滤波、耦合和旁路等电容器的应用电子设备汽车工业电力系统电容器在电子设备中无处不在，例如手电容器也广泛应用于汽车工业，例如，在电力系统中，电容器用于提高功率因机、电脑、电视等，它们用于存储能量、汽车启动系统中的电容器用于为启动马数，减少能量损耗，以及稳定电压波动滤波、耦合等例如，手机中的电容器达提供额外的能量，提高启动效率例如，风力发电机中的电容器用于平滑用于存储电池的能量，并为屏幕、处理输出功率，提高发电效率器等提供稳定的电源磁场的性质无形的力量方向性相互作用磁场是看不见摸不着的，但它却有着磁场具有方向性，可以用磁力线来表磁场可以相互作用，同极相斥，异极强大的力量，可以影响带电粒子的运示磁力线是用来描述磁场方向和强相吸磁铁之间的相互作用力是通过动，产生各种奇妙的现象弱的曲线，磁力线的切线方向代表该磁场产生的，这种力被称为磁力点的磁场方向，磁力线越密的地方，磁场越强磁场的种类匀强磁场非匀强磁场在空间中，磁场强度大小和方向处处相同的磁场称为匀强磁场在空间中，磁场强度大小和方向不均匀的磁场称为非匀强磁场例如，两块平行放置的磁铁之间的区域，或者在一个闭合的磁例如，条形磁铁周围的磁场，或者一根通电直导线周围的磁场，环内部的区域，都可以近似地看作匀强磁场都是非匀强磁场安培环路定律定义安培环路定律指出，闭合回路中磁场的线积分等于该回路所包围的电流的代数和乘以磁场常数公式∮B·dl=μ0I应用安培环路定律广泛应用于计算磁场，尤其是对具有对称性的电流分布，例如长直导线、无限长螺线管和环形电流等安培定律磁场强度与电流1磁场强度与电流的大小成正比磁场强度与距离2磁场强度与电流到观察点的距离成反比磁场方向3根据右手螺旋定则确定电流对磁场的影响电流产生磁场磁场强度与电流大小成正比磁场方向与电流方向有关123当电流通过导线时，会在导线周电流越大，产生的磁场越强电流方向改变，磁场方向也会改围产生磁场磁场的方向可以用变安培右手定则来确定电磁诱导定义1当穿过闭合电路的磁通量发生变化时，闭合电路中就会产生感应电流，这种现象称为电磁感应原理2法拉第电磁感应定律感应电动势的大小等于穿过闭合电路的磁通量变化率应用3电磁感应现象是发电机的基本原理，广泛应用于电力生产、电动机驱动等领域法拉第电磁感应定律发现1831年，英国科学家迈克尔·法拉第通过实验发现，闭合电路中，当穿过电路的磁通量发生变化时，电路中就会产生感应电流定律内容法拉第电磁感应定律指出，闭合电路中感应电动势的大小等于穿过该电路的磁通量变化率公式E=-dΦ/dt应用法拉第电磁感应定律是电磁学中的基本定律之一，它解释了发电机、变压器等许多电磁装置的工作原理，在现代科技中有着广泛的应用自感现象定义自感系数自感现象的应用当线圈中的电流发生变化时，线圈本身自感系数是衡量线圈自感能力的物理量，自感现象在生活中有很多应用，例如电会产生一个反抗电流变化的感应电动势，用符号表示，单位是亨利（）线磁铁、继电器、扼流圈等L H这个现象称为自感现象圈的自感系数取决于线圈的形状、大小、匝数、线圈芯材料等因素互感现象概念互感系数当两个线圈相互靠近，其中一个线互感系数反映了两个线圈之间相互圈中电流发生变化时，会在线圈中感应的强弱程度，用符号表示2M产生感应电动势，这种现象称为互的值与两个线圈的形状、大小、M感现象距离、相对位置等因素有关应用互感现象在电气设备中得到广泛应用，例如变压器、传感器、电磁继电器等电磁小涡流定义产生条件当导体在变化的磁场中运动或导体在变化的磁场中运动•处于变化的磁场中时，导体内导体处于变化的磁场中•部会产生感应电流，这些电流形成闭合的环路，称为涡流方向应用涡流的方向符合楞次定律，即涡流现象在生活中有着广泛的涡流产生的磁场总是阻碍引起应用，例如电磁制动、电磁涡流的磁通量变化炉、金属探测器等磁性材料的分类软磁材料硬磁材料12软磁材料是指容易被磁化，磁硬磁材料是指不容易被磁化，化后也容易退磁的材料这类磁化后不易退磁的材料这类材料通常具有较高的磁导率和材料通常具有较低的磁导率和较低的矫顽力，例如铁、镍、较高的矫顽力，例如钕铁硼、钴等软磁材料主要用于制造钐钴等硬磁材料主要用于制电磁铁、变压器、磁头等需要造永磁体、磁性记录材料等需快速磁化和退磁的器件要保持稳定磁性的器件亚铁磁材料3亚铁磁材料是指在一定的温度范围内具有亚铁磁性的材料这类材料通常由两种或多种不同磁矩的金属原子组成，例如铁氧体、磁石等亚铁磁材料具有较高的磁阻，常用于制造磁芯、高频磁性材料等器件磁性材料在电器中的应用电子产品电机交通运输磁性材料广泛应用于各种电子产品，如磁性材料是电机的重要组成部分，它可磁性材料也被广泛应用于交通运输领域，电脑、手机、电视等例如，硬盘驱动以用来产生磁场，从而驱动电机转动如磁悬浮列车、磁悬浮轴承等磁悬浮器利用磁性材料存储信息，扬声器利用各种电器，如冰箱、洗衣机、空调等，列车利用磁场来悬浮列车，从而实现高磁性材料将电信号转换为声音都使用电机进行工作速运行电动机的工作原理磁场1电动机利用磁场来产生旋转运动当电流通过线圈时，线圈会产生磁场，与周围的磁场相互作用，从而产生旋转力矩线圈2线圈是电动机的重要组成部分当电流通过线圈时，线圈会产生磁场线圈的形状和位置决定了电动机的旋转方向和力矩大小磁铁3电动机通常使用永久磁铁或电磁铁来产生磁场磁铁的磁场与线圈产生的磁场相互作用，产生旋转力矩电动机的分类直流电动机交流电动机直流电动机是利用直流电来产生旋转磁场交流电动机是利用交流电来产生旋转磁场的电动机，它结构简单，易于控制，广泛的电动机，它效率高，运行稳定，应用范应用于各种工业设备、家用电器和交通工围更广，常见于工业生产、电力传输和家具中用电器中步进电动机步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线性位移的执行元件，它具有定位精度高、响应速度快、控制方便等优点，广泛应用于自动化控制系统、机器人和精密仪器中电动机的应用工业交通电动机广泛应用于各种工业设电动机是电动汽车、火车、电备中，例如生产线、起重机、车、地铁等交通工具的核心动泵、风机等它们为这些设备力来源它们提供清洁、高效提供动力，提高生产效率和自的动力，推动交通运输的现代动化程度化发展家用电器从洗衣机、冰箱、空调到吸尘器、电动工具等，电动机在各种家用电器中发挥着重要作用，为我们提供便利的生活发电机的工作原理磁场电磁感应发电机利用磁场来产生电流磁场通常由一个或多个磁铁产生，当线圈在磁场中旋转时，线圈中的导线会切割磁力线，这会导这些磁铁会产生一个磁场，该磁场穿过发电机中的线圈致线圈中产生感应电流1234旋转电流线圈在磁场中旋转线圈可以由机械动力驱动，例如风力涡轮感应电流在闭合回路中流动，形成电流电流可以用来驱动电机或水力发电机，也可以由其他旋转设备驱动，例如汽轮机或器设备或提供电力燃气轮机发电机的分类水力发电机火力发电机风力发电机核能发电机利用水流的动能发电，主要通过燃烧燃料产生热能，驱利用风能带动风力涡轮发电，利用核裂变反应产生的热能用于水力资源丰富的地区，动汽轮机带动发电机发电，主要用于风力资源丰富的地发电，主要用于能源需求大、例如河流、瀑布、水库等是目前世界上应用最广泛的区，例如沿海地区、高山地环境污染要求严格的地区发电方式区等发电机的应用发电站汽车12发电机是发电站的核心设备，汽车上的发电机为车辆的电将机械能转化为电能，为城子设备供电，包括灯光、空市、工业和日常生活提供电调、音响等力风力发电水力发电34风力发电利用风能驱动风力水力发电利用水流冲击水轮涡轮机，带动发电机发电，机，带动发电机发电，是一是一种可再生能源种清洁高效的能源电磁波的产生振荡电场1电场发生变化振荡磁场2磁场发生变化电磁波3电磁场以波的形式传播电磁波是由变化的电场和磁场相互耦合产生的当电场发生变化时，会产生变化的磁场，而变化的磁场又会产生变化的电场，这样电场和磁场相互交替变化，并以波的形式向外传播，形成电磁波电磁波的种类无线电波微波红外线可见光无线电波是频率最低的电磁微波频率较高，应用于微波红外线频率更高，应用于红可见光是人类肉眼可以感知波，应用于无线电广播、电炉、卫星通信、雷达等领域外遥控器、红外热成像仪等的电磁波，应用于照明、光视广播、卫星通信、雷达等领域学仪器等领域领域电磁波在生活中的应用通信医疗遥控微波炉电磁波被广泛应用于无线通电磁波在医学诊断和治疗中红外线被广泛用于遥控器，微波炉利用微波加热食物，信，例如手机、广播、电视发挥着重要作用例如，射它通过发射红外线信号控制其原理是微波的电场使食物X等各种频段的电磁波被用线用于拍摄骨骼图像，核磁电视、空调等家电设备红中的水分子高速振动，从而于不同的通信方式，例如微共振成像用于观察软外线也被应用于热成像技术，产生热量微波技术也被应MRI波用于卫星通信，无线电波组织，紫外线用于消毒和治用于夜视和工业检测用于食品加工、材料处理等用于广播和电视疗皮肤病领域结论与思考电场与磁场的重要性学习电场与磁场的意义电场和磁场是物理学中重要的概念，它们不仅解释了电磁现象，深入学习电场和磁场，能够帮助我们更好地理解自然界，并在还为现代科技提供了基础从手机到电脑，从飞机到汽车，电科学技术领域有所突破掌握相关知识能够为未来进一步研究磁场无处不在，深刻影响着我们的生活和应用电磁现象打下坚实的基础。