标题：电路学习指导与实验教程
图书信息
作　者： 陈意军，梁绍荣，刘昌年，盛正华 著 
丛 书 名：教育科学“十五”国家规划课题研究成果出 版 社： 高等教育出版社ISBN：9787040184631出版时间：2005-12-01版　次：1页　数：399  电路学习指导与实验教程装　帧：平装开　本：16开所属分类：图书 > 科技 > 一般工业技术
内容简介
《电路学习指导与实验教程》是在原《普通物理学》（第二版）的基础上修订而成的，原书是针对师专编写的，本次修订在保留原书特色的基础上，根据2003年教育部制定的普通高中物理课程标准中对中学物理教师的要求和近年来高等教育大众化的发展情况，按照高等师范院校和理工类高校物理专业本科普通物理学的教学标准，在保持原书主干内容的基础上，新增了部分拓展内容，使《电路学习指导与实验教程》在适合本科少学时使用的同时，兼顾了师专院校的物理教学。《电路学习指导与实验教程》分力学、热学、电磁学、光学和量子物理学基础等五册。本册为第三分册电磁学，内容包括：真空中的静电场、导体周围的静电场、静电场中的电介质、恒定电流和电路、恒定电流的磁场、磁介质、电磁感应和暂态过程、交流电路和电磁场与电磁波等九章，各章末皆附有思考题和习题。 
目录
引言
第一章 真空中的静电场
电荷守恒定律
电荷守恒定律：　电荷既不能被创造，也不能被消灭，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分；在转移的过程中，电荷的总量保存不变。 
物理学的基本定律之一 。它指出，对于一个孤立系统，不论发生什么变化 ，其中所有电荷的代数和永远保持不变。电荷守恒定律表明，如果某一区域中的电荷增加或减少了，那么必定有等量的电荷进入或离开该区域；如果在一个物理过程中产生或消失了某种电荷，那么必定有等量的异号电荷同时产生或消失。
电荷的多少称为电荷量，常简称为电量。在国际单位制中，电荷量的单位是库伦，用字母C表示。通常正电荷的电荷量用正数表示，负电荷的电荷量用负数表示。
要使物体带电，可利用摩擦起电、接触起电、静电感应、（感应起电）、光电效应等方法。物体是否带电，通常可用验电器来检验。物体带电实际上是得失电子的结果。这意味着电荷不能离开电子、质子而存在。电荷乃是电子、质子等微观粒子所具有的一种属性。
由摩擦起电和其他起电过程的大量实验事实表明，一切起电过程其实都是使物体上正、负电荷分离或转移的过程中，在这种过程中，电荷既不能消灭，也不能创生，只能使原有的电荷重新分布。由此就可以总结出电荷守恒定律：一个孤立系统的总电荷(即系统中所有正、负电荷之代数和)在任何物理过程中始终保持不变。所谓孤立系统，就是指它与外界没有任何相互作用的系统，是一种理想状态。电荷守恒定律也是自然界中一条基本的守恒定律，在宏观和微观领域中普遍适用。
库仑定律
库仑定律：是电磁场理论的基本定律之一。真空中两个静止的点电荷之间的作用力与这两个电荷所带电量的乘积成正比，和它们距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，同名电荷相斥，异名电荷相吸。公式：F=k*(q1*q2)/r^2 。 
电场强度
电场强度是用来表示电场的强弱和方向的物理量。实验表明，在电场中某一点，试探点电荷（正电荷）在该点所受电场力与其所带电荷的比值是一个与试探点电荷无关的量。于是以试探点电荷（正电荷）在该点所受电场力的方向为电场方向，以前述比值为大小的矢量定义为该点的电场强度，常用 E 表示。按照定义，电场中某一点的电场强度的方向可用试探点电荷（正电荷）在该点所受电场力的电场方向来确定；电场强弱可由试探电荷所受的力与试探点电荷带电量的比值确定。试探点电荷应该满足两个条件；（1）它的线度必须小到可以被看作点电荷，以便确定场中每点的性质；（2）它的电量要足够小，使得由于它的置入不引起原有电场的重新分布或对有源电场的影响可忽略不计。电场强度的实用V/m伏特/米或N/C牛顿/库仑（这两个单位实际上相等）。常用的单位还有V/cm伏特/厘米。
要注意的是，只要有电荷存在就有静电场存在，电场的存在与否是客观的，与是否引入试探点电荷无关。引入试探点电荷只是为了检验电场的存在和讨论电场的性质而已。正像人们使用天平可以称量出物体的质量，如果不用天平去称量物体，物体的质量仍然是客观存在的一样。
高斯定理
高斯定理（Gauss Law）也称为高斯公式（Gauss Frmula），或称作散度定理、高斯散度定理、高斯－奥斯特罗格拉德斯基公式、奥氏定理或高－奥公式（通常情况的高斯定理都是指该定理，也有其它同名定理）。 
设空间有界闭合区域Ω，其边界∂Ω为分片光滑闭曲面。函数P(x,y,z)、Q(x,y,z)、R(x,y,z)及其一阶偏导数在Ω上连续，那么：
（由于百科不支持很多格式及字符，故本词条使用一些截图，本公式请见右侧图一）
（如图一）其中∂Ω的正侧为外侧，cos α、cos β、cos γ为∂Ω的外法向量的方向余弦。
div F=∂P/∂x+∂Q/∂y+∂R/∂z（此处加粗表示向量）称向量场F=Pi+Qj+Rk的散度(divergence)。
即矢量穿过任意闭合曲面的通量等于矢量的散度对闭合面所包围的体积的积分。它给出了闭曲面积分和相应体积分的积分变换关系，是矢量分析中的重要恒等式，也是研究场的重要公式之一。
电场线
电场线是为了直观形象地描述电场分布，在电场中引入的一些假想的曲线。曲线上每一点的切线方向和该点电场强度的方向一致；曲线密集的地方场强强，稀疏的地方场强弱。 
在任何电场中，每一点 P 的场强 都有一定的方向。据此，我们可以在电场中画出一系列曲线，使曲线上每一点的切线方向都和该点的场强方向一致，这些线称为电场线。
在没有电荷的空间，电场线具有不相交、不中断的特点．静电场的电场线还具有下列性质：(1)电场线不闭合，始于正电荷或无穷远处终止于负电荷或无限远：(2)电场线垂直于导体表面；(3)电场线与等势面垂直．
感应电场的电场线具有下述特性：(1)电场线是闭合的；(2)闭合的电场线包围磁感线．
电场线上标有箭头，表示线上各点切线应取的正方向(即该点的场强方向)。利用电场线，可确定它所通过的每一点的场强的方向，因而也就可以表示出放在该点上的正电荷所受电场力的方向。但要注意，一般情况下，电场线并非是正电荷受电场力作用而运动的轨道。因为电荷运动方向(即速度方向)不一定沿力的方向。
静电场的环路定理
环路定理
1.静电场环路定理
在静电场中,场强沿任意闭合路径的线积分等于0.
与静电场力作功和路径无关是一致的.这种力场也叫保守力场或势场.
2.安培环路定理
在稳恒磁场中，磁感强度H沿任何闭合路径的线积分，等于这闭合路径所包围的各个电流之代数和。
它的数学表达式是 
按照安培环路定理 ，环路所包围电流之正负应服从右手螺旋法则。
如果闭合路径l包围着两个流向相反的电流I1和I2，
这在下式中， 
按图中选定的闭合路径l 的绕行方向，B矢量沿此闭合路径的环流为
如果闭合路径l包围的电流等值反向，或者环路中并没有包围电流，则： 
安培环路定理的证明（不完全证明）
以长直载流导线产生的磁场为例，证明安培环路定理的正确性。
在长直载流导线的周围作三个不同位置，且不同形状的环路，可以证明对磁场中这三个环路，安培环路定理均成立。
1、取对称环路包围电流
在垂直于长直载流导线的平面内，以载流导线为圆心作一条半径为r 的圆形环路l，
则在这圆周上任一点的磁感强度H的大小为 
其方向与圆周相切．取环路的绕行方向为逆时针方向，取线元矢量dl，则H与dl间的夹角 ，H沿这一环路 l 的环流为
式中积分 是环路的周长。
于是上式可写成为 
从上式看到，H沿此圆形环路的环流 只与闭合环路所包围的电流I 有关，而与环路的大小、形状无关。
2、取任意环路包围电流
在垂直于长直载流导线的平面内，环绕载流直导线作一条如下图所示的任意环路l，取环路的绕行方向为逆时针方向。 
在环路上任取一段线元dl，载流直导线在线元dl处的磁感强度B大小为
H与dl的夹角为 ，则H对dl的线积分为 
直导线中心向线元的张角为 ，则有 ，所以有
可见，H对dl的线积分与到直导线的距离无关。
那么B对整个环路的环流值为 
上述计算再次说明H的环流值与环路的大小、形状无关。
3、取任意环路不包围电流
在垂直于长直载流导线的平面内，在载流直导线的外侧作一条如下图所示的任意环路l，取环路的绕行方向为逆时针方向。 
从载流直导线中心O出发，可以作许多条射线，将环路分割成许多成对的线元，磁感强度对每对线元的标量积之和，都有上式的结果，故 即环路不包围电流时，B的环流值为零。
安培环路定理反映了磁场的基本规律。和静电场的环路定理相比较，稳恒磁场中B 的环流 ，说明稳恒磁场的性质和静电场不同，静电场是保守场，稳恒磁场是非保守场。
安培环路定理的应用
利用安培环路定理求磁场的前提条件：如果在某个载流导体的稳恒磁场中，可以找到一条闭合环路l，该环路上的磁感强度B大小处处相等，B的方向和环路的绕行方向也处处同向，这样利用安培环路定理求磁感强度B的问题，就转化为求环路长度，以及求环路所包围的电流代数和的问题，即
利用安培环路定理求磁场的适用范围：在磁场中能否找到上述的环路，取决于该磁场分布的对称性，而磁场分布的对称性又来源于电流分布的对称性。因此，只有下述几种电流的磁场，才能够利用安培环路定理求解。
1.电流的分布具有无限长轴对称性
2.电流的分布具有无限大面对称性
3.各种圆环形均匀密绕螺绕环
利用安培环路定理求磁场的基本步骤
1.首先用磁场叠加原理对载流体的磁场作对称性分析； 
2.根据磁场的对称性和特征，选择适当形状的环路；
3.利用公式（1）求磁感强度。
长直载流螺线管内的磁场
用磁场叠加原理作对称性分析：可将长直密绕载流螺线管看作由无穷多个共轴的载流圆环构成，其周围磁场是各匝圆电流所激发磁场的叠加结果。在长直载流螺线管的中部任选一点P，在P点两侧对称性地选择两匝圆电流，由圆电流的磁场分布可知，二者磁场叠加的结果，磁感强度B的方向与螺线管的轴线方向平行。
由于长直螺线管可以看成无限长，因此在P点两侧可以找到无穷多匝对称的圆电流，它们在P点的磁场迭加结果与上图相似。由于P点是任选的，因此可以推知长直载流螺线管内各点磁场的方向均沿轴线方向。磁场分布如下图所示。
从上图可以看出，在管内的中央部分，磁场是均匀的，其方向与轴线平行，并可按右手螺旋法则判定其指向；而在管的中央部分外侧，磁场很微弱，可忽略不计，即H=0．
电势电势差
等势面场强与电势的微分关系
带电粒子在电场中受到竹力及其运动
思考题
习题
第二章 导体周围的静电场
导体的静电平衡条件
导体的静电性质
导体壳和静电屏蔽
电容和电容器
静电计静电感应起电机
思考题
习题
第三章 静电场中的电介质
电介质的极化
极化强度矢量
介质中的电场
介质存在时的高斯定理
静电场的能量
思考题
习题
第四章 恒定电流和电路
电流电流密度矢量
欧姆定律及其微分形式
焦耳定律电功率
气体导电
电源电动势
闭合电路的欧姆定律
一段含源电路的欧姆定律
基尔霍夫定律
温差电现象
思考题
习题一
第五章 恒定电流的磁场
磁的基本现象及起源
磁感应强度矢量磁感应线
毕奥-萨伐尔定律
磁通量磁场的高斯定理
安培环路定理
带电粒子在磁场中的运动
汤姆孙实验质谱仪
霍耳效应
磁场对栽流导线的作用
思考题
习题一
第六章 磁介质
磁介质的磁化
磁化强度矢量
磁介质存在时的安培环路定理
铁磁质
等效磁荷观点
磁置各
思考题
习题
第七章 电磁感应和暂态过程
法拉第电磁感应定律
楞次定律
动生电动势
感生电动势
自感和互感
涡电流
磁场的能量
暂态过程
电磁场的相对论变换
思考题
习题一
第八章 交流电路
交流电
三种理想元件
矢量图解法
复数解法
交流电路中的功率功率因数
谐振电路和Q值
思考题
习题一
第九章 电磁场与电磁波
电磁场理论位移电流
麦克斯韦方程组平面电磁波
电磁波的辐射
思考题
习题一
附录IMatlab在电磁学中的应用举例
附录Ⅱ电磁学的单位制
习题参考答案
常用物理常量及换算关系表
主要参考文献 
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前言
本书是普通高等教育“十一五”国家级规划教材，也是教育科学“十五”国家规划课题——“21世纪中国高等学校应用型人才培养体系的创新与实践”的研究成果，可作为应用型高等学校本科“电路’’类课程配套学习指导和实验的教材；或作为与“电路”类课程并行但独立设课的“电工测量基础’’类课程的教学参考书；也可作为高等X-程专科学校“电路与磁路”学习指导与实验的教材。
本书共分三部分。
第一部分为电路学习指导。内容包括：电路模型和电路定理、电路的等效变换、线性电阻电路分析方法及电路定理、动态电路的时域分析、基本正弦电流电路、互感与谐振电路、三相电路、非正弦周期电流电路及非线性电路、电路的频域分析与网络函数、二端口网络、电路3-程的矩阵形式。每章都包括重点与难点、学习指导和例题分析三个部分。
第二部分为电路实验教程。内容包括：电路实验技术、实验项目。电路实验技术介绍了实验的意义、目的和基本要求，实验基本知识，测量3-法和误差分析以及实验设计。实验项目由电阻电路单元模块、基本交流电路模块、三相电路模块、动态电路模块、多端有源件与滤波器模块构成，共包含基本实验、综合实验和设计实验25个。有关专业可根据学生的不同要求选择不同的实验内容。
第三部分为附录。内容包括：自检题、常用电工仪表与仪器。学生通过做自检题，能较好地检验学习效果，提高分析问题的能力。学生在认真阅读常用电工仪器设备的原理与使用后，能比较熟练地掌握有关仪器仪表的使用3-法，并通过在实验课中的应用，提高学生使用仪器仪表的能力，培养工程技术人员应该具备的基本技能。
本书在内容的组织和编写上具有以下特点：
1.注重电路学习中重点与难点的分析。电路学习指导部分对电路学习中各章的主要知识点、重点与难点做了全面的总结和归纳，对学生在学习电路理论中灵活应用和综合分析中的困难做了重点介绍，通过大量典型例题加强了学习辅导。
2.电路学习指导和实验教程融为一体。将电路理论分析与实验技能培养有机结合，不仅帮助学生理解所学的电路基础理论知识，更重要的是提高学生分析问题和解决问题的能力，培养学生严谨的科学作风。所选择的学习指导内容和实验的难易程度覆盖了不同层次的教学要求，有利于帮助不同层次的学生掌握电路基本理论和基本实验技能。
3.加强学生创新能力和工程素质培养。为满足不同专业、不同层次学生对创新能力和工程素质培养的要求，为学生进行开放性实验和个性培养创造条件，教材在许多实验中安排自选仪器设备、自拟实验步骤、设计实验电路等实验任务，并提供部分综合和设计实验项目，以提高学生的实验设计能力，对其进行创新精神的培养。 
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