個典型教案目錄

1、庫侖平方反比律的精確驗證庫侖平方反比律的精確驗證庫侖平方反比律庫侖平方反比律 高斯定理高斯定理 電荷只分布電荷只分布在導(dǎo)體表面。反過來，如果電荷間的作用力偏離在導(dǎo)體表面。反過來，如果電荷間的作用力偏離了平方反比了平方反比1120q qF4r則導(dǎo)體中電荷也不完全分布在導(dǎo)體表面。則導(dǎo)體中電荷也不完全分布在導(dǎo)體表面。 目前的實驗結(jié)果：目前的實驗結(jié)果：162.7 104 4 范德格拉夫起電機范德格拉夫起電機電電源源+D應(yīng)用：起電機P52+ (3) (3)導(dǎo)體表面曲率的影響，尖端放電。導(dǎo)體表面曲率的影響，尖端放電。在孤立導(dǎo)體表面電荷分布，曲率大處，面電荷密度大，在孤立導(dǎo)體表面電荷分布，曲率大處，面電荷密

2、度大，因而場強大。因而場強大。尖端放電尖端放電，應(yīng)用到避雷針，應(yīng)用到避雷針 Why?Why? 例題例題 兩個半徑分別為兩個半徑分別為R R和和r r 的球形導(dǎo)體的球形導(dǎo)體 ( ( R R r r ) )，用一根很長的細導(dǎo)線連接起來，用一根很長的細導(dǎo)線連接起來（如圖），使這個導(dǎo)體組帶電，電勢為（如圖），使這個導(dǎo)體組帶電，電勢為U U，求兩球表面電荷面密度與曲率的關(guān)系。求兩球表面電荷面密度與曲率的關(guān)系。Qr rR R 解解: :兩個導(dǎo)體所組成的整體可看成是一個孤立導(dǎo)兩個導(dǎo)體所組成的整體可看成是一個孤立導(dǎo)體系，在靜電平衡時有一定的電勢值。設(shè)這兩個球相體系，在靜電平衡時有一定的電勢值。設(shè)這兩個球相距很

3、遠，使每個球面上的電荷分布在另一球所激發(fā)的距很遠，使每個球面上的電荷分布在另一球所激發(fā)的電場可忽略不計。細線的作用是使兩球保持等電勢。電場可忽略不計。細線的作用是使兩球保持等電勢。因此，每個球又可近似的看作為孤立導(dǎo)體，在兩球表因此，每個球又可近似的看作為孤立導(dǎo)體，在兩球表面上的電荷分布各自都是均勻的。設(shè)大球所帶電荷量面上的電荷分布各自都是均勻的。設(shè)大球所帶電荷量為為Q Q，小球所帶電荷量為，小球所帶電荷量為q q，則兩球的電勢為，則兩球的電勢為001144QqURrrRqQ 可見大球所帶電量可見大球所帶電量Q Q 比小球所帶電量比小球所帶電量q q多。多。兩球的電荷密度分別為兩球的電荷密度分別

4、為24,24rqRQrR 可見可見電荷面密度和半徑成反比電荷面密度和半徑成反比，即曲率半徑，即曲率半徑愈?。ɑ蚯视螅?，電荷面密度愈大。愈?。ɑ蚯视螅?，電荷面密度愈大。RrrR“尖端放電尖端放電”的原因就是由于導(dǎo)體尖端處曲率大，的原因就是由于導(dǎo)體尖端處曲率大，電荷密度大，場強大而產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。因此電子電荷密度大，場強大而產(chǎn)生的放電現(xiàn)象。因此電子線路的焊點和高壓線路及零部件要避免毛刺，而避線路的焊點和高壓線路及零部件要避免毛刺，而避雷針和電視發(fā)射塔卻要作得很尖。雷針和電視發(fā)射塔卻要作得很尖。演示實驗：電風(fēng)應(yīng)用：避雷針nextnext1820年年7月月 奧斯特實驗奧斯特實驗 (實驗實驗1)

5、二、電流的磁效應(yīng)二、電流的磁效應(yīng)奧斯特實驗表明奧斯特實驗表明1）電流對指針施加了力的作）電流對指針施加了力的作用用 電流的磁效應(yīng)電流的磁效應(yīng)2）突破了非接觸的物體之間只）突破了非接觸的物體之間只存在有心力的觀念拓寬了作存在有心力的觀念拓寬了作用力類型用力類型奧斯特奧斯特 揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的聯(lián)系揭示了電現(xiàn)象與磁現(xiàn)象的聯(lián)系 宣告電磁學(xué)作為一個統(tǒng)一學(xué)科宣告電磁學(xué)作為一個統(tǒng)一學(xué)科誕生誕生 歷史性的突破歷史性的突破 此后迎來了電磁學(xué)蓬勃發(fā)展的此后迎來了電磁學(xué)蓬勃發(fā)展的高潮高潮Ampere寫道：寫道：“Oerster先生先生已經(jīng)永遠把他的名字和一個新紀已經(jīng)永遠把他的名字和一個新紀元聯(lián)系在一起了元聯(lián)系在

6、一起了”Faraday評論說：評論說：“它突然打開了它突然打開了科學(xué)中一個一直是黑暗的領(lǐng)域的科學(xué)中一個一直是黑暗的領(lǐng)域的大門，使其充滿光明大門，使其充滿光明”反過來，磁鐵對電流是否也有力的作用？反過來，磁鐵對電流是否也有力的作用？實驗實驗2 Ampere電流電流與電流之間有與電流之間有力的作用力的作用實驗實驗3實驗實驗4 法拉第法拉第（Michael Faraday, 1791-1867），偉大的英國物理學(xué)），偉大的英國物理學(xué)家和化學(xué)家。他創(chuàng)造性地提出場家和化學(xué)家。他創(chuàng)造性地提出場的思想，磁場這一名稱是法拉第的思想，磁場這一名稱是法拉第最早引入的。他是電磁理論的創(chuàng)最早引入的。他是電磁理論的創(chuàng)始

7、人之一，于始人之一，于1831年發(fā)現(xiàn)電磁感年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，應(yīng)現(xiàn)象，后又相繼發(fā)現(xiàn)電解定律，物質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光物質(zhì)的抗磁性和順磁性，以及光的偏振面在磁場中的旋轉(zhuǎn)的偏振面在磁場中的旋轉(zhuǎn). 一一. .電磁感應(yīng)現(xiàn)象電磁感應(yīng)現(xiàn)象實驗實驗1 1 當條形磁鐵向著閉合線圈或者遠離閉合線圈運當條形磁鐵向著閉合線圈或者遠離閉合線圈運動時，如圖動時，如圖3 31 1所示，則回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。所示，則回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。磁鐵與線圈相對運動，線圈處的磁感應(yīng)強度磁鐵與線圈相對運動，線圈處的磁感應(yīng)強度B變化變化實驗實驗2 2 用通電螺線管代替磁棒，重復(fù)實驗用通電螺線管代替磁棒，重

8、復(fù)實驗1 1，回路中也，回路中也會產(chǎn)生感應(yīng)電流（同實驗會產(chǎn)生感應(yīng)電流（同實驗1 1 ）。）。線圈與線圈有相對運動，通電線圈與磁棒等效，線圈處線圈與線圈有相對運動，通電線圈與磁棒等效，線圈處的磁感應(yīng)強度的磁感應(yīng)強度B變化變化實驗實驗3 3 當通電螺線管相對于閉合回路靜止但電流變化時，當通電螺線管相對于閉合回路靜止但電流變化時，如圖如圖3-33-3所示，則回路中也會產(chǎn)生感應(yīng)電流。所示，則回路中也會產(chǎn)生感應(yīng)電流。磁鐵與線圈無相對運動，線圈處的磁感應(yīng)強度磁鐵與線圈無相對運動，線圈處的磁感應(yīng)強度B變化變化 實驗實驗3 3 當閉合回路中部分導(dǎo)體作切割磁力線運動時，當閉合回路中部分導(dǎo)體作切割磁力線運動時，如

9、圖如圖3-43-4所示，則回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。所示，則回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流。XoabvBd磁鐵與線圈主體無相對運動，線圈處的磁感應(yīng)強度磁鐵與線圈主體無相對運動，線圈處的磁感應(yīng)強度B無變化，無變化，線圈的面積增加線圈的面積增加 實驗實驗4 4 當閉合回路在磁場中旋轉(zhuǎn)，如圖當閉合回路在磁場中旋轉(zhuǎn)，如圖3-53-5所示，回所示，回路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。路中會產(chǎn)生感應(yīng)電流。線圈切割磁場，線圈處的磁感應(yīng)強度線圈切割磁場，線圈處的磁感應(yīng)強度B無變化，線圈的面積無變化，線圈的面積變化變化Xo B帶電粒子在磁場中運動帶電粒子在磁場中運動一、洛侖茲力一、洛侖茲力電場力電場力EqFe磁場力磁場力（洛侖茲力洛侖

10、茲力）BqF vmBqEqFv 運動電荷在電運動電荷在電場和磁場中受的力場和磁場中受的力 方向：即以右手四指方向：即以右手四指 由經(jīng)小于由經(jīng)小于 的角彎向的角彎向 拇指的指向就是正電荷所受拇指的指向就是正電荷所受洛侖茲力的方向洛侖茲力的方向.Bv180 xyzoEB+qvmFT15. 0T101 . 3106 . 1104 . 761914vqFB 例例 一質(zhì)子沿著與磁場垂直的方向運動一質(zhì)子沿著與磁場垂直的方向運動, 在在某點它的速率為某點它的速率為 . 由實驗測得這時由實驗測得這時質(zhì)子所受的質(zhì)子所受的洛侖茲力為洛侖茲力為 . 求該點的磁求該點的磁感強度的感強度的 大小大小.16sm101 .

11、 3N104 . 714解解 由于由于 與垂直與垂直 ，可得，可得vB問問 1 1）洛侖茲力作不作功洛侖茲力作不作功？2 2）負電荷所受的）負電荷所受的洛侖茲力方向？洛侖茲力方向？3 3）安培力與）安培力與洛侖茲力的關(guān)系？洛侖茲力的關(guān)系？二、帶電粒子在均勻磁場中運動二、帶電粒子在均勻磁場中運動0/ FBv1.2.qVBFBvBFv/sin2 2 cosmvmvmRTqBqBqBmvLv TqB3. 成與BvqvvvRL磁聚焦qBmvTqBmvRRmvqvB 2R 22三、荷質(zhì)比的測定三、荷質(zhì)比的測定. . . . . . . .+-A AK+dL. . . . . . .1p2p. . . .

12、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .速度選擇器速度選擇器eEeB0vEB0v切斷縱向電源，電子束將作圓周運動，半徑為：0mReB電子的荷質(zhì)比：02eEmRBRB發(fā)射電子陽極準直2次電子1 湯姆遜法湯姆遜法20e212121vLmeEaty0evvLmeEaty20e0arctanarctanvvvmeELy20e2tanvLdmeEdy1p2pdL+-1y2yoyx0veEeB0vEB0v撤掉B有：1p2pdL+-1y2yoyx0v20e20e2121vvLdmeELmeEyyy2220eLLdEmeyv1220e2LLdyEmev上述計算上述計

13、算的條件的條件cv 122e2LLdyBEme電子比荷電子比荷切斷去掉磁場，電子束先將做拋物線運動，再做直線運動：2 磁聚焦法磁聚焦法2e12me U v在在KA間加電壓間加電壓 U，則，則從從A小孔的出射電子的小孔的出射電子的動能為：動能為：2 mvLv TqB222e8eUml B四、回旋加速器四、回旋加速器 1932 1932年勞倫斯研制第一臺回旋加年勞倫斯研制第一臺回旋加速器的速器的D D型室型室. .此加速器可將質(zhì)子和氘此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到核加速到 1MeV的能量，為此的能量，為此1939年年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎. 回旋加速器原理圖回旋加速器原理圖

14、NSB2D1DON12qBfTm頻率與半徑無關(guān)頻率與半徑無關(guān)D 形盒俯視圖：正離子 B核心部分為：核心部分為：D形盒，形盒，D形盒之間隙窄，兩盒形盒之間隙窄，兩盒之間接交變電源，其之間接交變電源，其間置粒子源；每盒內(nèi)間置粒子源；每盒內(nèi)部的電場很弱。功能部的電場很弱。功能為：為： D形盒隙間電場加速帶電粒子，形盒隙間電場加速帶電粒子， D形盒內(nèi)磁控粒子運動方向形盒內(nèi)磁控粒子運動方向-圓運動。圓運動。m vRq B運動速度與磁場垂直的帶電粒子將作圓周運動，半徑為：運動速度與磁場垂直的帶電粒子將作圓周運動，半徑為：霍耳電壓霍耳電壓dBIbHU+qdv+ + + + + - - - - -eFmF五、

15、霍爾效應(yīng)五、霍爾效應(yīng)BqqEdHvBEdHvBbUdHvbdqndvSqnIdv霍耳電壓：霍耳電壓：nqdIBUHH1Knqd霍耳靈敏度霍耳靈敏度HHUK IBHHUK IB六、等離子體的磁約束六、等離子體的磁約束mvRqB 等離子體（等離子體（Plasma）是由部分電子被剝奪后的原子及）是由部分電子被剝奪后的原子及原子被電離后產(chǎn)生的離子化氣體狀物質(zhì)，它廣泛存在于原子被電離后產(chǎn)生的離子化氣體狀物質(zhì)，它廣泛存在于宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第宇宙中，常被視為是除去固、液、氣外，物質(zhì)存在的第四態(tài)。臺灣叫電漿，占整個宇宙的四態(tài)。臺灣叫電漿，占整個宇宙的99% ，用人工方法，用人工方

16、法，如核聚變、核裂變、輝光放電及各種放電都可產(chǎn)生等離如核聚變、核裂變、輝光放電及各種放電都可產(chǎn)生等離子體。子體。等離子體物理等離子體物理的發(fā)展為材料、能源、信息、環(huán)境的發(fā)展為材料、能源、信息、環(huán)境空間，空間物理，地球物理等科學(xué)的進一步發(fā)展提新的空間，空間物理，地球物理等科學(xué)的進一步發(fā)展提新的技術(shù)和工藝。技術(shù)和工藝。 帶電粒子在磁場中沿螺旋線運動，且?guī)щ娏Ｗ釉诖艌鲋醒芈菪€運動，且B愈大，愈大，R愈小。愈小。磁場能夠橫向約束帶電粒子的運動，磁場能夠橫向約束帶電粒子的運動，能否縱向約束？能否縱向約束？ 我們知道帶電粒子做圓周運動，相當于一個小線圈，我們知道帶電粒子做圓周運動，相當于一個小線圈，電流電流I=qv，面積，面積S= RR，其磁矩：，其磁矩：可以證明在梯度不大的非均勻磁場中，可以證明在梯度不大的非均勻磁場中，M是常數(shù)。當帶電是常數(shù)。當帶電粒子從強磁場運動到弱磁場時，橫向動能將按比例增加，粒子從強磁場運動到弱磁場時，橫向動能將按比例增加，又由于洛倫茲力不做功，總動能不變：又由