中學物理教材分析電磁學.

1、教 材 分 析,福建師范大學 物光學院林欽 linqin126@126.com,,靜電場電勢能與電勢差恒定電流、歐姆定律磁場及對電流和移動電荷的作用電磁感應交變電流遠距離輸電,庫侖定律,點電荷的概念理想模型——帶電體的形狀、大小及電荷分布情況對相互作用力的影響能夠忽略庫侖定律的適用范圍——兩個點電荷（現(xiàn)有的研究表明在10-15m到107m是可靠的）,,摩擦起電實質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移造成的：摩擦時，接觸的表面出現(xiàn)熱

2、點，熱點附近電子可能獲得能量而躍遷；同時伴隨有接觸電位差出現(xiàn)，使電子有逸出功小的一方向逸出功大的一方躍遷的結(jié)果。摩擦起電的影響因素有哪些？,,物體表面有無雜質(zhì)（金屬表面的氧化物等雜質(zhì)經(jīng)長時間摩擦后，可能被磨去，而產(chǎn)生新的金屬，電荷的性質(zhì)將改變）物體溫度的高低（不同溫度下，兩種物體摩擦的電荷性質(zhì)可能會相反：常溫下，絲綢和玻璃棒摩擦，玻璃棒帶正電，用紅外線烘烤相當長時間后再摩擦，玻璃棒帶負電。）物體表面的粗糙程度（室溫下，當u>

3、0.18時，絲綢摩擦后帶負電，u<0.18時帶正電。通常實驗時，摩擦后u回很快變小，所以帶正電）兩種物體的相對性質(zhì)（室溫下，玻璃棒摩擦羊皮帶負電，摩擦絲綢帶正電）,,基本電荷電量值為e=1.602×10-19C帶電量可以比基本電荷小嗎？有分數(shù)電荷存在嗎？,同種電荷的帶電體可以相互吸引嗎？,如圖所示，半徑為R，帶電量為Q的金屬球外放一點電荷q，q與Q同號。求他們之間的作用力。,,利用鏡像法，可求的,,靜電場是靜止電荷

4、周圍的一種物質(zhì)其基本性質(zhì)是對處于其中的其他電荷有作用力。靜電場是個有源場，從正電荷出發(fā)，終止于負電荷。電場強度：是從力的角度描述靜電場的物理量。E=F/q0,,半徑為R的空心導體球，在其內(nèi)部A處有一帶電量為+Q的電荷（與圓心o距離為a），求導體球外表面帶電量為 ？球外L處的電場強度為 ？,,,電容擴大平板電容量的方法：充介質(zhì)，改變面積，改變距離,,靜電平衡動態(tài)平衡、無論是在內(nèi)部還是表面都不存在電

5、荷宏觀運動。思考作業(yè)：在無限大接地導體平面外，放置一個點電荷Q，導體平面的感應電荷如何分布？,,電源電動勢、電勢差和電壓電源是能量轉(zhuǎn)換的工具，但不同電源轉(zhuǎn)換能量的性能不同。為了描述電源的這種性能，引入電源電動勢，電動勢是描述電源能量轉(zhuǎn)換性能的物理量。電場中兩點間的電勢的差值叫電勢差（電壓）。電勢、電勢差只有在靜電場中才有意義。,,電動勢和電勢差（電壓）的區(qū)別電動勢：決定于非靜電場強E，其他能量轉(zhuǎn)換為電能。電勢差：決定于靜電場強

6、E靜，做功使電能轉(zhuǎn)換為其他能量。,,電源電動勢測量方法：電壓表法伏安法：內(nèi)接法和外接法,,電流時由電荷的定向移動形成的。全體電荷移動的宏觀表現(xiàn)電流的速度是3*108m/s嗎？電阻式導體對電流的阻礙作用,,電阻用伏安法測量導體的電阻,,內(nèi)接法外接法,,,,,,O,,,電阻的串并聯(lián)測量電表的使用,,當轉(zhuǎn)換開關(guān)接1或2時，此多用電表為_____表，當轉(zhuǎn)換開關(guān)接3或4時，此多用電表為_____表，當轉(zhuǎn)換開關(guān)接5時，此

7、多用電表為_______表，,直流電路中的能量問題,“電流通過電器作功的過程，實際上是電能轉(zhuǎn)化為其它形式能的過程。”“電流作功消耗的電能是電源供給的”“能量輸運者”是電子嗎？,恒定電流電路中的能量傳輸,電磁場是一種物質(zhì)，電磁場具有能量。(能量密度、能流密度) 。恒定電流電路的能量，是通過電磁場，從電源輸送到負載的。電源將能量送至電磁場，能量在電磁場中傳播，再從電磁場輸送入負載。如圖：電源將其它形式的能量轉(zhuǎn)變成電能，送入

8、周圍空間，導線起引導電流和引導電磁場能流的作用。,焦耳定律與能流轉(zhuǎn)化和守恒定律,電能輸送的整個過程中，都遵守著能流轉(zhuǎn)化和守恒定律，焦耳定律是能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的具體表現(xiàn)。直流電路中，長度l的導體，通過電流為I時，電場力作功為在勻強電場中，E與dl方向相同，得,,若通電過程中，電流作的功全部轉(zhuǎn)化為熱能，則導線通電時放出的熱量仍可用焦耳定律計算。若電流作的功與放出的熱量不等，則可用焦耳定律計算導體放出的熱量。直流電動機作功問題，

9、電流通過電動機作的功為IUt，電動機放出的熱量為I2Rt。,電源的輸出功率,電源提供的非靜電力，把其他形式的能轉(zhuǎn)換為電能。功率電源輸出的功率何時最大？,電源輸出的功率何時最大,當外電路為電阻電路時，輸出功率為當R=r時，輸出功率最大。電源輸出功率最大，效率最高嗎？,磁感線和電場線,都可以體現(xiàn)所描述的場的性質(zhì)。靜電場是有源場（勢場、保守力場），電場線始于正電荷，止于負電荷，在無電荷處不中斷，電場線不能構(gòu)成閉合曲線。

10、恒定電流的磁場是有旋場和無源場，所以磁感線是電流相互套鏈的，無頭無尾的閉合曲線。,,洛侖磁力,左手定則洛侖磁力不作功！中學教材和習題中經(jīng)常出現(xiàn)：“電荷q以速度v打入磁場”，這個“速度v”是相對于磁場的嗎？,霍爾效應,什么是霍爾效應。將一個導電板放在垂直于它的磁場中，當有電流通過電板時，板的兩側(cè)會產(chǎn)生一個電勢差。如何用洛侖磁力說明霍爾效應。,,當平衡時，有由電流與載流子電量q，數(shù)密度n，定向運動速率v和橫截面積S

11、之間的關(guān)系得：,帶電粒子在電場和磁場中的運動,一個帶電粒子在電場、磁場、重力場中，受到場力qE，qvB、mg。實例1：求密立根油滴實驗中的油滴的電量。,,油滴受到的電場力和重力大小相等，方向相反,,實例2，單擺在重力場中作簡諧振動，周期為T，將一個單擺置于勻強電場中，如圖。如果擺球帶電，這個裝置仍是單擺，但是振動周期和平衡位置都發(fā)生了變化。設單擺質(zhì)量為m，擺球帶電量為q。求振動周期T’。,,由正弦定理可知可將合力F視為一

12、個等效的力場，可求擺的周期為,,實例3：帶電粒子質(zhì)量為m，電量為q，以速度v打入場源靜止的磁場，v與磁感應強度B的夾角為a。求轉(zhuǎn)動半徑回旋一周的周期回旋一周前進的距離。,,,,,,,B,,v,α,,安培力,電流元Idl，受到的安培力為,兩個同軸通電圓線圈的相互作用,如圖所示為兩個彼此平等且共軸的半徑分別為R1和R2的圓環(huán)，兩圓環(huán)上的電荷量均為q (q＞0)，而且電荷均勻分布。兩圓環(huán)的圓心O1和O2相距為2a，聯(lián)線的中點為O，軸線上

13、的A點在O點右側(cè)與O點相距為r(r＜a)。試分析A點處電場強度大小的表達式.,,2010年福建物理高考試題（18）。,電磁感應,電磁感應中，“感應出”的是電流還是電場？電磁感應不依賴于電流，但電流的宏觀效應便于觀察，人們對電磁感應的認識是從感應電流開始的。感應電流產(chǎn)生的條件：法拉第探索了10年：1.磁場不變，閉合回路相對磁場運動。2.閉合回路不動，磁場發(fā)生變化。磁通量變化時閉合回路中產(chǎn)生感應電流的唯一條件,變壓器,理想變壓器

14、正副線圈的匝數(shù)比為n1:n2,則電壓比為？電流比？功率比？鎮(zhèn)流器是不是變壓器？,,鎮(zhèn)流器的三大任務：1.燈絲預熱階段，防止電流過大；2.啟輝器斷開瞬間，產(chǎn)生800-900伏高壓，使日關(guān)燈管內(nèi)的氣體被擊穿；3.工作時，穩(wěn)定電流，使燈管工作電流和工作電壓為額定值。,,因此，它不是變壓器，而是自感系數(shù)很大的感性元件！變壓器室互感元件，為增強互感耦合，采用閉合鐵心。鎮(zhèn)流器鐵心不是閉合的。通過調(diào)節(jié)空隙制片的厚度，調(diào)節(jié)鎮(zhèn)流器的自