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第九章:静电场

  1、电场强度的计算:这一块的考察知识就是积分知识了,关键在于微元的选取,这里有几个比较经典的题目。

 

第一个是带电直导线对于某一点处电场强度。这个我曾经自己试着积分了一下,最后没有积分出来,题目中很机智的选取了角度作为积分变量,而我则根据自己的习惯把x当成了积分变量最后光荣阵亡,看来微元的选取以及变量的确定都很重要。直导线的最后结果是 入/4πa&(cosΘ1 – cosΘ2) 而且可以通过这个式子算出无限长直导线的电场分部。 其实就是对于微元的理解,比如要对x去微元,我曾经的取法是把他直接当成一个点,没有其他的表达式,直接进行积分,后来发现好像有问题,这个应该把x的表达式写出来,再对x积分,当然积分变量肯定就变了。(当然对微元近似的看成点是没有错的,就是难以积分)

 

第二个是带电圆环的计算,单纯的圆环没有什么难算的,最后的积分难度也比较简单,但是两个引申就没有那么容易了,第一个是带电圆盘的计算,这个可以取半径为r的圆环做为微元,(圆环的面积是两个圆相减,最后省略高阶无穷小,为2*pi*r*dr,正好是圆的面积积分,也可以把这个圆环看成一个丝带,周长乘以宽度就是环的面积)。第二个引申是无限大带电平面的电场计算,当带电圆盘的半径趋向于无穷大的时候,就是对应的情形。这个只要把圆盘的积分写出来就可以了,但是我当时错误的认为它比较难积,所以使用了各种变限也没算出来,看了看网上,网上人使用了极坐标去计算,但是其实更复杂了,单纯的积分就可以,没有那么难积,要敢于尝试。

 

第三个就是使用高斯面去计算电场强度。这也是比较重点的一些东西。高斯面的公式。E·ds的积分 = 高斯面内电荷量Σqi; 如果要用它计算场强需注意:高斯面选取时各个面上的场强应该相等(当然,没有电场线穿过的是0),保证穿过的电场线与这个面垂直。

需要注意电荷的计算,计算电荷量不要出错。

我给出一个经典的应用:

求一个无限大带点平板的场强分布(与我所说的第二个的引申一样),使用高斯面可以很方面的计算出来(我们选取垂直于平板的圆柱形的高斯面),而且这种计算还可以求出非理想带点平面内部的场强大小。

(关于这一块,有些比较坑的地方,他给你的模型是一个面还是一个体要看清楚,他给的是面密度还是线密度还是体密度也要看清楚,一般情况下是相对应的,看清楚就好了)

 

2电势的计算。(这一块没什么好说的,高中学过了,大学就是积分用上就可以了)

 

3静电场中的导体(比较容易混淆的东西)

{

         三部分 1----静电平衡(导体处在静电场中,内部场强为0,表面场强垂直于表面)(应用于帮助我们确定导体的电荷分布)

2------  静电屏蔽(初中知识)

3------- 有导体存在的静电场电厂强的计算(确定电荷分布,使用电荷守恒定律和导体内部场强为0的条件一般可以计算出来)

比较经典的一个题就是两个带电平板两侧以及之间的场强分布,还有接地以后的场强分布。这个我也是自己算了一下,我觉得值得提的地方,近似计算为无限大带电平面的原因,理解假设正负号和正负方向,接地后电荷分布的变化(电荷不再守恒)。

还有就是一个接地球在感应电场下球表面电荷量的大小。注意选取合适的点(球心)去算,不然电势累加无法计算。

};

(电场的内容就到此为止了……)

 

 

 

第十章 稳恒磁场。

1-----   磁场中的高斯定理

2-----   磁感应强度的计算公式  B = k*(I*dl*sinΘ)/(r*r), k = μ/(4*pi);

3-----   三种常见的磁场分布

(1) 无限长直导线的磁场分布:

                            在导线延长线上为0,其他地方为μ0*I / (2πa)  (a为该点到导线的距离)

                   (2)环形电流中轴线上的磁场分布

这个东西我自己算了一次,但是算错了,因为我忘记了方向,我错误的认为方向是一致的,但是它是有分量的,所以少乘了个sin,导致分母出错。

从积分结果可以得到,在圆心上磁场为0,x >>R时,可以做近似计算。

                   (3)载流直螺线管的磁场分布:

                            首先,从初中就知道管内磁场强,管外磁场很弱,而且可以使用右手螺旋定则

                            判断磁感线的方向。

                            其次,这个分布可以看成是由很多环形电流组合而成的,通过积分可以得到答

                            案,但是这个积分比较难积,最后得到的积分式无法直接求解,需要用到换元

                            才能求解。所以这种方法就是比较麻烦的,安培环流定理可以很好的解决这个

                            题目。

补充:课本上有一道例题给出了面电流的概念,就是转动一个带电的物体产生电流,电流的计算公式其实很简单,I = q / T;q为电荷量,T为转动周期。

4----   磁矩的概念;  计算公式 Pm = I * △S,这是大小的计算公式,方向与磁场方向相同,其中I为载流线圈的电流大小,△S为载流线圈的面积。(但不要错误的认为我们只能计算线圈的磁矩,圆盘作为线圈的积分,也是可以计算的)

 

5-----  安培环流定理:  B在一个闭合曲线上曲线积分 = μ0 * I(I为被曲线包围的所有的电流大小总和)即 ∫B·dl =μ0 * ΣIi;

         他的原理证明书上有,他的方法是把积分变量由曲线长度转化为角度。方法比较巧妙,但是稍微有点容易弄混,我给出两个强调。1,导线未必在曲线的中心,曲线可以是任意形状。2课本上所说的dΘ其实是tan dΘ等价无穷小转化而来的,跳了一小步。

         他的威力却很大,很多时候他可以很方便的计算磁场,比如说上述中长直螺线管的磁场分布,取一个合适的闭合区域,利用上面的公式,可以很快的计算出磁场强度B1 = μ0 * n *I

         不仅直线版的,曲线的也可以求,当螺线管直径很小的时候B2 = 直线版的B1;(我虽然不能解释的很清楚,但是可以自己选取一个闭合曲线感受一下,当直径很小的时候,我们近似地可以选一个跟磁感线重合的曲线,磁场强度也就计算出来了)

         第三个他可以计算的就是无限长载流圆柱体的磁场分布,我们也能够想象出来,在圆柱外面的时候,这就是根直导线,但是在里面的时候,需要用到一个知识点,电流I均匀的分布在导体的横截面上,所以可以通过电流面密度计算任意截面的电流大小,这样就可以选择圆作为封闭曲线,快速的求出B来了(之所以选择圆是因为磁场的分布特征)

第四个是无限大平板的磁场计算,可以近似地看成很多直导线的组合,很简单。

所以,安培环流定理还是挺重要的,很多磁场都可以用它算,而且计算简便。

 

6-----  剩下的东西都是我们高中的基础了,就不说了,就是导线和电荷在磁场中的受力分析,分别是安培力和洛伦兹力,都比较简单(这个时候简单,高中的时候可是高考压轴啊……)。

 

第11章    电磁感应

         1 楞次定律(你和床就有楞次定律)

         2 法拉利电磁感应定律(就是磁通量的变化 / 变化时间 = -电动势)(磁通量=-∫B· dS)(注意负号)

         3 电动势的计算,一种是动生电动势 = ∫(V×B)dl,另一种是感生电动势

          = ∫Er · dL =  ∫△B/△T · dS;这里注意区分两种电动势,第一个是非静电力Ek(经常是洛伦兹力做功搬运电荷),第二个是旋涡电场Er(呈环形同心圆状),注意两种机制是不同的,运算方法也可能不同

         4互感和自感,这个东西也是高中学的,就是一种延迟和阻碍变化的现象,与楞次定律相似。

   总结来说,这一章唯一可能考察的地方就是电动势的计算,三种方法都可以,法拉利电磁感应定律比较通用,但需要注意技巧(闭合回路的选取很重要)。、

光学:

1光的干涉

原理: 光是由光粒子构成的,光粒子具有波动性,所以就会有它的振动方程,根据简谐振动学的内容,波的合成A = A1 +A2 + 2*sqrt(A1A2)cos fai0,我们能够看到光粒子传播到同一个地点合成的振幅是由初相位fai0决定的,当这个fai0取值不固定的时候,光强时刻在变化,但是人眼无法区分,所以看到的是一个平均值,这种叠加,也就是初相位不相等的叠加,称为非相干叠加,而所谓干涉,也就是指初相位相等的叠加了.

  重要实验:   杨氏双缝干涉实验

这个实验十分巧妙,而且简易.观察干涉就是令初相位相等,这个实验通过让第一个小孔处于后两个小孔的中点位置,让通过后两个小孔的光处在共同的波阵面,从而使他们的初相位相同,在接收屏上,如果使用的是单色光,可以观察到明暗相间的条纹,如果是白光,就可以观察到七彩图案了.(还是挺有意思的,以后有机会要玩一下啊)

  重要公式:   确定明暗条纹位置的公式 明纹:X = 2*k*D/d*(lanmuta) (k = 0,1,2,……)

暗纹:X = 2*(2k-1)*D/d*(lanmuta)(k = 1,2,3,4,……);

这个公式的推导就不说了… …说一下波程差的计算,这个计算是指两缝的光子传播到某一个位置的长度差,课本给出的方法是近似计算,我反正感觉那个角度是近似换过去的,因为明显两个角度是不完全相等的.

       刚才说完了波程差,但是波程差的应用范围较窄,只适用于同一个介质,当介质发生转换的时候,几何距离也就是波程差就无法满足与相位变化的等比关系了,因为在介质中单色光的频率是不会发生改变的,所以引入了新的概念光程差,计算公式为 光程差 = 介质 * 波程差.

也就是把所有的距离都转化为的真空中的距离,方便统一计算,它的推导见课本,并不难.

     光程差有很重要的应用,比如零级明纹处的光程差 = 0,注意是光程差.我们可以根据他确定介质的性质,或者0级明纹的移动方向.

 

2光的衍射

       概念:我们都是知道光是沿直线传播的,但我们这样想我们的手电筒可不想激光一样,射出去的就是一条直线,而是一种向前的发散的束形光,只不过中心的光比较亮,而其他的光就是通过衍射出去的.有很多个比较暗的平行光,形成了周围的光亮.(这不是课本定义,是我觉得)

       总体来说,课本上给出的衍射实验只有两种,一个是单缝衍射实验,另一个是圆孔衍射实验.这同时对应着两个重要的实验,重要的公式.(说到公式,我还是提倡不要背公式,原理弄懂,自己推导一下,公式自然就记住了,就算忘了,还有推的余地.)

1)      单缝衍射实验,通过小缝,观察到明暗条纹.原因就是我上面给出的概念,衍射出了平行光,这些平行光的波源处在同一个波阵面上,初相位相等,产生干涉现象,所以出现了明暗条纹.但是由于平行光是四面八方的(不能向后),我们很难去定量计算接收屏上各个位置的具体光强,所以惠更斯给出了一种判断最亮最暗位置(这个条纹的最下方)的半波带法,具体方法见课本,(比较巧妙),这仅仅是一个位置,在条纹上这个强度其实并不是均匀的,而且也很难说精确的把它分成整数个半波带. 公式见课本(注意必要把它跟干涉实验的条纹位置弄混,这里是a * sin fai);

2)      圆孔衍射..也算是对单缝实验的一个推广,形成环形的明暗条纹,中间的光斑叫做艾里斑,艾里斑有一个半角公式需要记住Θ = 1.22*入 / D; 而且这个Θ是光学仪器的以及人眼的最小分辨角.倒数是分辨率.

 

3  光的偏振

        1)横波具有偏振性,常见的有线偏振光和部分偏振光。他们的图形需要知道。

可以根据偏振片观察光强强度的变化,确定光的种类。光强的变化I = I0 * cos^2a(a为线偏振光振动的方向偏离透光轴的角度)

       2)反射与折射时光的偏振。

       我们只可以确定一种特殊情况,就是当入射角满足特定的条件时,反射光变成线偏振光,入射光仍为部分偏振光,这个角度被称为起偏角,这个时候折射光与反射光相互垂直。

4 量子物理学基础

1) 光电效应。这个高中应该学过,主要应用于求遏制电压,确定溢出功,或者计算光子数(光子的能量 = h*μ)

2) 因为粒子的波动性,所以粒子在出现的位置具有不确定的关系。

测不准关系   公式:△X * △P >= h/2; 能量与时间也满足这个公式。应用这些公式测量某一个量的不确定量。

总结:光学这部分前三章应该比较重要。

posted on 2016-06-30 20:27  icode-xiaohu  阅读(576)  评论(0)    收藏  举报