《電路學習指導與實驗教程》是2005年高等教育出版社出版的圖書，作者是陳意軍，梁紹榮，劉昌年，盛正華。
基本介紹
內容簡介,目錄,前言,
內容簡介
《電路學習指導與實驗教程》是在原《普通物理學》（第二版）的基礎上修訂而成的，原書是針對師專編寫的，本次修訂在保留原書特色的基礎上，根據2003年教育部制定的普通高中物理課程標準中對中學物理教師的要求和近年來高等教育大眾化的發展情況，按照高等師範院校和理工類高校物理專業本科普通物理學的教學標準，在保持原書主幹內容的基礎上，新增了部分拓展內容，使《電路學習指導與實驗教程》在適合本科少學時使用的同時，兼顧了師專院校的物理教學。《電路學習指導與實驗教程》分力學、熱學、電磁學、光學和量子物理學基礎等五冊。本冊為第三分冊電磁學，內容包括：真空中的靜電場、導體周圍的靜電場、靜電場中的電介質、恆定電流和電路、恆定電流的磁場、磁介質、電磁感應和暫態過程、交流電路和電磁場與電磁波等九章，各章末皆附有思考題和習題。
目錄
引言
第一章 真空中的靜電場
電荷守恆定律
電荷守恆定律： 電荷既不能被創造，也不能被消滅，只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分；在轉移的過程中，電荷的總量保存不變。
物理學的基本定律之一 。它指出，對於一個孤立系統，不論發生什麼變化 ，其中所有電荷的代數和永遠保持不變。電荷守恆定律表明，如果某一區域中的電荷增加或減少了，那么必定有等量的電荷進入或離開該區域；如果在一個物理過程中產生或消失了某種電荷，那么必定有等量的異號電荷同時產生或消失。
電荷的多少稱為電荷量，常簡稱為電量。在國際單位制中，電荷量的單位是庫倫，用字母C表示。通常正電荷的電荷量用正數表示，負電荷的電荷量用負數表示。
要使物體帶電，可利用摩擦起電、接觸起電、靜電感應、（感應起電）、光電效應等方法。物體是否帶電，通常可用驗電器來檢驗。物體帶電實際上是得失電子的結果。這意味著電荷不能離開電子、質子而存在。電荷乃是電子、質子等微觀粒子所具有的一種屬性。
由摩擦起電和其他起電過程的大量實驗事實表明，一切起電過程其實都是使物體上正、負電荷分離或轉移的過程中，在這種過程中，電荷既不能消滅，也不能創生，只能使原有的電荷重新分布。由此就可以總結出電荷守恆定律：一個孤立系統的總電荷(即系統中所有正、負電荷之代數和)在任何物理過程中始終保持不變。所謂孤立系統，就是指它與外界沒有任何相互作用的系統，是一種理想狀態。電荷守恆定律也是自然界中一條基本的守恆定律，在巨觀和微觀領域中普遍適用。
庫侖定律
庫侖定律：是電磁場理論的基本定律之一。真空中兩個靜止的點電荷之間的作用力與這兩個電荷所帶電量的乘積成正比，和它們距離的平方成反比，作用力的方向沿著這兩個點電荷的連線，同名電荷相斥，異名電荷相吸。公式：F=k*(q1*q2)/r^2 。
電場強度
電場強度是用來表示電場的強弱和方向的物理量。實驗表明，在電場中某一點，試探點電荷（正電荷）在該點所受電場力與其所帶電荷的比值是一個與試探點電荷無關的量。於是以試探點電荷（正電荷）在該點所受電場力的方向為電場方向，以前述比值為大小的矢量定義為該點的電場強度，常用 E 表示。按照定義，電場中某一點的電場強度的方向可用試探點電荷（正電荷）在該點所受電場力的電場方向來確定；電場強弱可由試探電荷所受的力與試探點電荷帶電量的比值確定。試探點電荷應該滿足兩個條件；（1）它的線度必須小到可以被看作點電荷，以便確定場中每點的性質；（2）它的電量要足夠小，使得由於它的置入不引起原有電場的重新分布或對有源電場的影響可忽略不計。電場強度的實用V/m伏特/米或N/C牛頓/庫侖（這兩個單位實際上相等）。常用的單位還有V/cm伏特/厘米。
要注意的是，只要有電荷存在就有靜電場存在，電場的存在與否是客觀的，與是否引入試探點電荷無關。引入試探點電荷只是為了檢驗電場的存在和討論電場的性質而已。正像人們使用天平可以稱量出物體的質量，如果不用天平去稱量物體，物體的質量仍然是客觀存在的一樣。
高斯定理
高斯定理（Gauss Law）也稱為高斯公式（Gauss Frmula），或稱作散度定理、高斯散度定理、高斯－奧斯特羅格拉德斯基公式、奧氏定理或高－奧公式（通常情況的高斯定理都是指該定理，也有其它同名定理）。
設空間有界閉合區域Ω，其邊界∂Ω為分片光滑閉曲面。函式P(x,y,z)、Q(x,y,z)、R(x,y,z)及其一階偏導數在Ω上連續，那么：
（由於百科不支持很多格式及字元，故本詞條使用一些截圖，本公式請見右側圖一）
（如圖一）其中∂Ω的正側為外側，cos α、cos β、cos γ為∂Ω的外法向量的方向餘弦。
div F=∂P/∂x+∂Q/∂y+∂R/∂z（此處加粗表示向量）稱向量場F=Pi+Qj+Rk的散度(divergence)。
即矢量穿過任意閉合曲面的通量等於矢量的散度對閉合面所包圍的體積的積分。它給出了閉曲面積分和相應體積分的積分變換關係，是矢量分析中的重要恆等式，也是研究場的重要公式之一。
電場線
電場線上標有箭頭，表示線上各點切線應取的正方向(即該點的場強方向)。利用電場線，可確定它所通過的每一點的場強的方向，因而也就可以表示出放在該點上的正電荷所受電場力的方向。但要注意，一般情況下，電場線並非是正電荷受電場力作用而運動的軌道。因為電荷運動方向(即速度方向)不一定沿力的方向。
靜電場的環路定理
環路定理
1.靜電場環路定理
在靜電場中,場強沿任意閉合路徑的線積分等於0.
與靜電場力作功和路徑無關是一致的.這種力場也叫保守力場或勢場.
2.安培環路定理
在穩恆磁場中，磁感強度H沿任何閉合路徑的線積分，等於這閉合路徑所包圍的各個電流之代數和。
它的數學表達式是
按照安培環路定理 ，環路所包圍電流之正負應服從右手螺旋法則。
如果閉合路徑l包圍著兩個流向相反的電流I1和I2，
這在下式中，
按圖中選定的閉合路徑l 的繞行方向，B矢量沿此閉合路徑的環流為
如果閉合路徑l包圍的電流等值反向，或者環路中並沒有包圍電流，則：
安培環路定理的證明（不完全證明）
以長直載流導線產生的磁場為例，證明安培環路定理的正確性。
在長直載流導線的周圍作三個不同位置，且不同形狀的環路，可以證明對磁場中這三個環路，安培環路定理均成立。
1、取對稱環路包圍電流
在垂直於長直載流導線的平面內，以載流導線為圓心作一條半徑為r 的圓形環路l，
則在這圓周上任一點的磁感強度H的大小為
其方向與圓周相切．取環路的繞行方向為逆時針方向，取線元矢量dl，則H與dl間的夾角 ，H沿這一環路 l 的環流為
式中積分 是環路的周長。
於是上式可寫成為
從上式看到，H沿此圓形環路的環流 只與閉合環路所包圍的電流I 有關，而與環路的大小、形狀無關。
2、取任意環路包圍電流
在垂直於長直載流導線的平面內，環繞載流直導線作一條如下圖所示的任意環路l，取環路的繞行方向為逆時針方向。
在環路上任取一段線元dl，載流直導線線上元dl處的磁感強度B大小為
H與dl的夾角為 ，則H對dl的線積分為
直導線中心向線元的張角為 ，則有 ，所以有
可見，H對dl的線積分與到直導線的距離無關。
那么B對整個環路的環流值為
上述計算再次說明H的環流值與環路的大小、形狀無關。
3、取任意環路不包圍電流
在垂直於長直載流導線的平面內，在載流直導線的外側作一條如下圖所示的任意環路l，取環路的繞行方向為逆時針方向。
從載流直導線中心O出發，可以作許多條射線，將環路分割成許多成對的線元，磁感強度對每對線元的標量積之和，都有上式的結果，故 即環路不包圍電流時，B的環流值為零。
安培環路定理反映了磁場的基本規律。和靜電場的環路定理相比較，穩恆磁場中B 的環流 ，說明穩恆磁場的性質和靜電場不同，靜電場是保守場，穩恆磁場是非保守場。
安培環路定理的套用
利用安培環路定理求磁場的前提條件：如果在某個載流導體的穩恆磁場中，可以找到一條閉合環路l，該環路上的磁感強度B大小處處相等，B的方向和環路的繞行方向也處處同向，這樣利用安培環路定理求磁感強度B的問題，就轉化為求環路長度，以及求環路所包圍的電流代數和的問題，即
利用安培環路定理求磁場的適用範圍：在磁場中能否找到上述的環路，取決於該磁場分布的對稱性，而磁場分布的對稱性又來源於電流分布的對稱性。因此，只有下述幾種電流的磁場，才能夠利用安培環路定理求解。
1.電流的分布具有無限長軸對稱性
2.電流的分布具有無限大面對稱性
3.各種圓環形均勻密繞螺繞環
利用安培環路定理求磁場的基本步驟
1.首先用磁場疊加原理對載流體的磁場作對稱性分析；
2.根據磁場的對稱性和特徵，選擇適當形狀的環路；
3.利用公式（1）求磁感強度。
長直載流螺線管內的磁場
用磁場疊加原理作對稱性分析：可將長直密繞載流螺線管看作由無窮多個共軸的載流圓環構成，其周圍磁場是各匝圓電流所激發磁場的疊加結果。在長直載流螺線管的中部任選一點P，在P點兩側對稱性地選擇兩匝圓電流，由圓電流的磁場分布可知，二者磁場疊加的結果，磁感強度B的方向與螺線管的軸線方向平行。
由於長直螺線管可以看成無限長，因此在P點兩側可以找到無窮多匝對稱的圓電流，它們在P點的磁場迭加結果與上圖相似。由於P點是任選的，因此可以推知長直載流螺線管內各點磁場的方向均沿軸線方向。磁場分布如下圖所示。
從上圖可以看出，在管內的中央部分，磁場是均勻的，其方向與軸線平行，並可按右手螺旋法則判定其指向；而在管的中央部分外側，磁場很微弱，可忽略不計，即H=0．
電勢電勢差
等勢面場強與電勢的微分關係
帶電粒子在電場中受到竹力及其運動
思考題
習題
第二章 導體周圍的靜電場
導體的靜電平衡條件
導體的靜電性質
導體殼和靜電禁止
電容和電容器
靜電計靜電感應起電機
思考題
習題
第三章 靜電場中的電介質
電介質的極化
極化強度矢量
介質中的電場
介質存在時的高斯定理
靜電場的能量
思考題
習題
第四章 恆定電流和電路
電流電流密度矢量
歐姆定律及其微分形式
焦耳定律電功率
氣體導電
電源電動勢
閉合電路的歐姆定律
一段含源電路的歐姆定律
基爾霍夫定律
溫差電現象
思考題
習題一
第五章 恆定電流的磁場
磁的基本現象及起源
磁感應強度矢量磁感應線
畢奧-薩伐爾定律
磁通量磁場的高斯定理
安培環路定理
帶電粒子在磁場中的運動
湯姆孫實驗質譜儀
霍耳效應
磁場對栽流導線的作用
思考題
習題一
第六章 磁介質
磁介質的磁化
磁化強度矢量
磁介質存在時的安培環路定理
鐵磁質
等效磁荷觀點
磁置各
思考題
習題
第七章 電磁感應和暫態過程
法拉第電磁感應定律
楞次定律
動生電動勢
感生電動勢
自感和互感
渦電流
磁場的能量
暫態過程
電磁場的相對論變換
思考題
習題一
第八章 交流電路
交流電
三種理想元件
矢量圖解法
複數解法
交流電路中的功率功率因數
諧振電路和Q值
思考題
習題一
第九章 電磁場與電磁波
電磁場理論位移電流
麥克斯韋方程組平面電磁波
電磁波的輻射
思考題
習題一
附錄IMatlab在電磁學中的套用舉例
附錄Ⅱ電磁學的單位制
習題參考答案
常用物理常量及換算關係表
主要參考文獻
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前言
本書是普通高等教育“十一五”國家級規劃教材，也是教育科學“十五”國家規劃課題——“21世紀中國高等學校套用型人才培養體系的創新與實踐”的研究成果，可作為套用型高等學校本科“電路’’類課程配套學習指導和實驗的教材；或作為與“電路”類課程並行但獨立設課的“電工測量基礎’’類課程的教學參考書；也可作為高等X-程專科學校“電路與磁路”學習指導與實驗的教材。
本書共分三部分。
第一部分為電路學習指導。內容包括：電路模型和電路定理、電路的等效變換、線性電阻電路分析方法及電路定理、動態電路的時域分析、基本正弦電流電路、互感與諧振電路、三相電路、非正弦周期電流電路及非線性電路、電路的頻域分析與網路函式、二連線埠網路、電路3-程的矩陣形式。每章都包括重點與難點、學習指導和例題分析三個部分。
第二部分為電路實驗教程。內容包括：電路實驗技術、實驗項目。電路實驗技術介紹了實驗的意義、目的和基本要求，實驗基本知識，測量3-法和誤差分析以及實驗設計。實驗項目由電阻電路單元模組、基本交流電路模組、三相電路模組、動態電路模組、多端有源件與濾波器模組構成，共包含基本實驗、綜合實驗和設計實驗25個。有關專業可根據學生的不同要求選擇不同的實驗內容。
第三部分為附錄。內容包括：自檢題、常用電工儀表與儀器。學生通過做自檢題，能較好地檢驗學習效果，提高分析問題的能力。學生在認真閱讀常用電工儀器設備的原理與使用後，能比較熟練地掌握有關儀器儀表的使用3-法，並通過在實驗課中的套用，提高學生使用儀器儀表的能力，培養工程技術人員應該具備的基本技能。
本書在內容的組織和編寫上具有以下特點：
1.注重電路學習中重點與難點的分析。電路學習指導部分對電路學習中各章的主要知識點、重點與難點做了全面的總結和歸納，對學生在學習電路理論中靈活套用和綜合分析中的困難做了重點介紹，通過大量典型例題加強了學習輔導。
2.電路學習指導和實驗教程融為一體。將電路理論分析與實驗技能培養有機結合，不僅幫助學生理解所學的電路基礎理論知識，更重要的是提高學生分析問題和解決問題的能力，培養學生嚴謹的科學作風。所選擇的學習指導內容和實驗的難易程度覆蓋了不同層次的教學要求，有利於幫助不同層次的學生掌握電路基本理論和基本實驗技能。
3.加強學生創新能力和工程素質培養。為滿足不同專業、不同層次學生對創新能力和工程素質培養的要求，為學生進行開放性實驗和個性培養創造條件，教材在許多實驗中安排自選儀器設備、自擬實驗步驟、設計實驗電路等實驗任務，並提供部分綜合和設計實驗項目，以提高學生的實驗設計能力，對其進行創新精神的培養。
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