2022-2023学年高二物理竞赛课件：位移电流和全电流安培环路定理

位移电流和全电流安培环路定理 位移电流 全电流安培环路定理 一、引 子 19世纪中期电磁技术的发展：（发明了电流计、电压计、发电机、电动机、弧光灯、有线电报） 0 10 20 30 40 G 2 此讲法有些问题，需要进一步考虑 19世纪中期人们对电磁场基本规律的认识： 2.静电场环路定理 1.静电场高斯定理 库仑定理 Coulomb Law ＋场强叠加原理 3. 磁场高斯定理 4. 安培环路定理 毕奥萨法尔定理 Biot—Savart Law 法拉第（Faraday） 电磁感应定律 一、引 子 3 此讲法有些问题，需要进一步考虑 Maxwell 总结前人的工作，为电磁学理论的发展作出卓越贡献。 法拉第 是一个没有受过多少教育，但具有深刻直觉能力的实验物理学家； 不用一个公式，凭直觉的可靠性创造出“力线”和“场”的概念。 麦克斯韦（James Clerk Maxwell1831-1879） 出生于英国爱丁堡的科学世家； 从小喜欢数学； 对法拉第的贡献非常佩服,20几岁就 下决心要把法拉第的物理思想用数学 公式定量地表达出来。 一、引 子 4 此讲法有些问题，需要进一步考虑 Maxwell 总结前人的工作，为电磁学理论的发展作出卓越贡献。 从感生电动势看出变化的磁场在周围空间产生 涡旋电场。 电场、磁场的高斯定理普遍成立！ 发现安培环路定理在应用到非恒定电路时遇到矛盾， 一、引 子 提出“位移电流”的概念。 5 此讲法有些问题，需要进一步考虑 二、位移电流 非稳恒电路 稳恒电路 I ++++ ---- R I L 在非稳恒电路中，安培环路定理失效！ 1.问题的提出 6 此讲法有些问题，需要进一步考虑 二、位移电流 2.位移电流假说 （1）科学理论发展的两条路线： 实验 新概念 新理论 旧理论框架 假设 理论修正 （如相对论、量子力学） （如涡旋电场、位移电流） I ++++ ---- 非稳恒电路： 稳恒电路： （2）由电流的连续性方程： 二、位移电流 2.位移电流假说 非稳恒电路： 稳恒电路： （2）由电流的连续性方程： I ++++ ---- 位移电流 传导电流 全电流 这个量永远是连续的，只要边界相同， 说明： 变化电场的等效电流 它在不同曲面上的面积分相等。 I I 2.位移电流假说 D + + + + + + + + + 位移电流密度 位移电流 （3）以电容器电路的充电过程为例： 说明：用位移电流代替电容器极板间中断的传导电流，保持了电流的连续性！ 二、位移电流 通过 的全电流为： 通过 的全电流为： 例1 设在截面为S的导体中通以交流电 电流沿截面近似均匀分布。已知导体的电阻率 ， ， ，试比较位移电流振幅 和传导电流振幅 的相对大小。 结论： 在导体中， 在真空或介质中， 传导电流 位移电流 同 异 在激发磁场方面等效 需要导体 变化的电场 在导体中几乎没有热效应；但在介质中，在高频电场作用下有热效应 载流子运动 不需要介质 在导体中有热效应 磁场强度 沿任意闭合回路的环流等于此闭合回路所包围的全电流。 位移电流的实质是： 变化的电场激发磁场！ 二、位移电流 3.全电流的安培环路定理 例2 有一圆形平行平板电容器 ,现对其充电,使电路上的传导电流 ，若略去边缘效应, 求:（1）两极板间的位移电流; （2）两极板间离开轴线的距离为 的 点 处的磁感强度. * $