電磁學(xué)第一章靜電場

1、電磁學(xué)第一章靜電場第1頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五電磁學(xué)是普通物理系列中最重要的基礎(chǔ)課之一，是電工學(xué)、電子學(xué)、等離子體物理、磁流體力學(xué)、光的電磁理論等的基礎(chǔ)，是經(jīng)典物理的重要組成部分，也是近代物理和許多技術(shù)學(xué)科不可缺少的基礎(chǔ)。課程介紹電磁學(xué)課程包括靜電場、恒磁場、電磁感應(yīng)、電磁介質(zhì)、電路、麥克斯韋電磁場理論、電磁波等內(nèi)容。第2頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五 * 電磁現(xiàn)象的基本概念和基本規(guī)律 * 電荷、電流產(chǎn)生電場、磁場的規(guī)律 * 電場和磁場的相互聯(lián)系 * 電磁場對電荷、電流的作用 * 電磁場對物質(zhì)的各種效應(yīng) 電磁學(xué)研究對象：第3頁，共22頁

2、，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五1靜電的基本現(xiàn)象與基本規(guī)律一、兩種電荷：帶電體 物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu): 自由電荷、束縛電荷、載流子帶電的過程是電子轉(zhuǎn)移的過程: 摩擦起電、靜電感應(yīng)測量電量：驗(yàn)電器、靜電計(jì)第4頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五二、電荷守恒定律：電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，也就是說，在任何物理過程中，電荷的代數(shù)和是守恒的。說明：1）是一切宏觀過程和一切微觀過程都必須遵循的基本規(guī)律。2）適用于所有的慣性系。電荷是一個(gè)相對論性不變量。第5頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分

3、，星期五三、導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體1、導(dǎo)體：電荷能從產(chǎn)生的地方迅速轉(zhuǎn)移或傳導(dǎo)到其它部分的那種物體。2、絕緣體：電荷幾乎只能停留在產(chǎn)生的地方的那種物體。3、半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，且對溫度、光照、雜質(zhì)、壓力、電磁場等外加條件極為敏感。四、物質(zhì)的電結(jié)構(gòu) ：閱讀教材P.4第6頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五一.庫侖定律的建立Franklin 首先發(fā)現(xiàn)金屬小杯內(nèi)的軟木小球完全不受杯上電荷的影響;在Franklin的建議下，Priestel做了實(shí)驗(yàn) 提出問題庫侖定律第7頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五猜測答案現(xiàn)象與萬有引力有相同規(guī)律由牛頓力學(xué)可

4、知：球殼對放置在殼外的物體有引力，而放置在球殼內(nèi)任何位置的物體受力為零。類比：電力與距離平方成反比第8頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1769年Robison首先用直接測量方法確定電力定律，得到兩個(gè)同號電荷的斥力 兩個(gè)異號電荷的引力比平方反比的方次要小些。（研究結(jié)果直到1801年發(fā)表才為世人所知）第9頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五Cavendish實(shí)驗(yàn)1772年Cavendish遵循Priestel的思想設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證電力平方反比律，如果實(shí)驗(yàn)測定帶電的空腔導(dǎo)體的內(nèi)表面確實(shí)沒有電荷，就可以確定電力定律是遵從平方反比律的即他測出不大于 0.

5、02（未發(fā)表，100年以 后Maxwell整理他的大量手稿，才將此結(jié)果公諸于世。 第10頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五1785年Coulomb測出結(jié)果精度與十三年前Cavendish的實(shí)驗(yàn)精度相當(dāng)庫侖是扭稱專家;電斥力扭稱實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)只有幾個(gè)，且不準(zhǔn)確（由于漏電）不是大量精確的實(shí)驗(yàn)；與萬有引力類比得第11頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五庫侖定律的表述 在真空中，兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷q1和q2之間的相互作用力大小和q1 與q2的乘積成正比，和它們之間的距離r平方成反比；作用力的方向沿著他們的聯(lián)線，同號電荷相斥，異號電荷相吸。第12頁，共22頁，2022

6、年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五k是引進(jìn)單位制后引入的常數(shù)。討論第13頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五上述公式并非都是大量實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，是在事實(shí)基礎(chǔ)上理性思維的結(jié)果。如力的方向：分析點(diǎn)電荷受力：只能沿連線，否則空間旋轉(zhuǎn)180就不對稱了注意第14頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五成立條件、適用范圍、精度 條件：靜止 真空 點(diǎn)電荷第15頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五點(diǎn)電荷：靜止：點(diǎn)電荷相對靜止，且相對于觀察者也靜止理想模型（已學(xué)過的）質(zhì)點(diǎn)剛體平衡態(tài)（熱學(xué)）點(diǎn)電荷：忽略了帶電體形狀、大小以及電荷分布情況的電荷。第16頁，共22頁

7、，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五真空條件作用：為了除去其他電荷的影響，使兩個(gè)點(diǎn)電荷只受對方作用。如果真空條件破壞會(huì)如何？不僅只有兩個(gè)電荷；總作用力比真空時(shí)復(fù)雜些，但由于力的獨(dú)立作用原理，兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的力仍遵循庫侖定律因此可以推廣到介質(zhì)、導(dǎo)體 第17頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五三、說明：1、庫侖定律只討論兩個(gè)靜止（相對觀察者和實(shí)驗(yàn)室參考系）的點(diǎn)電荷間的作用力。2、庫侖定律指出，兩靜止電荷間的作用力是有心力，它的大小與兩電荷間的距離服從平方反比律。3、補(bǔ)充電力疊加原理，利用庫侖定律原則上可解決靜電學(xué)中所有問題。第18頁，共22頁，2022年，5月20日，6

8、點(diǎn)45分，星期五理論地位和現(xiàn)代含義庫侖定律是靜電學(xué)的基礎(chǔ)，說明了 帶電體的相互作用問題 原子結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)，固體、液體的結(jié)構(gòu)化學(xué)作用的微觀本質(zhì)， 都與電磁力有關(guān)，其中主要部分是庫侖力第19頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五電量單位 MKSA制1庫侖：當(dāng)導(dǎo)線中通過1安培穩(wěn)恒電流時(shí)，一秒鐘內(nèi)通過導(dǎo)線某一給定截面的電量為 1C=1As若F=1N, q1=q2=1C, r=1m 則 k=8.9880109Nm2/C2 9.00109Nm2/C2 第20頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五五、 庫侖定律以庫侖定律為例說明： 一個(gè)物理定律建立本身就是物理學(xué)取得很大進(jìn)展的標(biāo)志物理定律具有豐富、深刻的內(nèi)涵和外延對于基本定律，我們究竟從那些方面考察？ 第21頁，共22頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)45分，星期五物理定律建立的一般