第一章電力和電場1-2節(jié)20150921

大學(xué)物理學(xué) 李國強(qiáng)物理與電子學(xué)院Email：gqli1980@Tel公室：B座，309室------電磁學(xué)部分個人簡介工作經(jīng)歷2014.04-2015.04美國西北太平洋國家實(shí)驗室訪問學(xué)者2012.09

凝聚態(tài)物理博士生導(dǎo)師2012.01–現(xiàn)在河南大學(xué)物理與電子學(xué)院副教授2008.12–2011.12河南大學(xué)物理與電子學(xué)院講師教育經(jīng)歷2005.09-2008.12南京大學(xué)材料系工學(xué)博士材料學(xué)2005.09-2007.08日本國家材料物質(zhì)研究所（NIMS）初級研究員2003.09-2005.06南京大學(xué)物理系碩士課程凝聚態(tài)物理學(xué)1999.09-2003.07華南師范大學(xué)物理系理學(xué)學(xué)士物理學(xué)科學(xué)研究專業(yè)：凝聚態(tài)物理學(xué)主持完成項目：國家自然科學(xué)基金1項；國家博士后基金1項；省科技廳項目1項；研究領(lǐng)域：能源與環(huán)境材料物理半導(dǎo)體光催化材料物理低維材料物理教學(xué)《半導(dǎo)體材料》《物理學(xué)前沿進(jìn)展》《儀器分析》《新能源材料與技術(shù)》教材和參考書羅伯特C理查森程守洙,江之永《普通物理學(xué)》學(xué)習(xí)指導(dǎo) 胡盤新等高等教育出版社《普通物理學(xué)》習(xí)題分析與解答 孫西疆等 高等教育出版社課程安排及考試座位固定上課時間：13周，每周4節(jié)考試成績計算：**每章講完進(jìn)行考試：總共3次。（三次考試未考或都不及格，不能參加最后期末考試）最后進(jìn)行期末考試：1次。目錄第一章電力和電場第二章電勢第三章電流與電路第四章磁力與磁場第五章電磁感應(yīng)電場磁場電磁相互作用電磁學(xué)是研究電、磁和電磁的相互作用現(xiàn)象及其規(guī)律和應(yīng)用的物理學(xué)分支學(xué)科。電磁學(xué)是一門重要的基礎(chǔ)課經(jīng)典力學(xué)歸結(jié)為--牛頓運(yùn)動定律經(jīng)典電磁學(xué)歸結(jié)為麥克斯韋方程組電磁學(xué)核心只有四個部分:庫侖定律安培定律法拉第電磁感應(yīng)定律靜電穩(wěn)恒電、磁場電磁感應(yīng)電路電磁波光學(xué)（波動）麥克斯韋方程組

第一章電力與電場

§1.1電荷§1.2導(dǎo)體與絕緣體§1.3庫侖定律*§1.4電場*§1.5均勻電場中點(diǎn)電荷的運(yùn)動§1.6導(dǎo)體的靜電平衡§1.7電場的高斯定律*

§1.1電荷晉朝張華《博物志》：“今人梳頭，脫著衣時，有隨梳解結(jié)有光者，亦有咤聲”人類早期關(guān)于摩擦起電的文字記載：問題1：秋冬季節(jié)，人脫衣服時，以及與人和金屬接觸時會被靜電電擊一下。通常這個過程傳遞電量是1nC。(a)如果電量只是傳遞電子，問傳遞了多少個電子？(b)如果身體上有凈電荷-1nC，請估計多余電荷占帶電粒子的比例？假設(shè)質(zhì)子和中子數(shù)相等。粒子質(zhì)量電量質(zhì)子1.673*10-27kg+1.602*10-19C電子9.109*10-31kg-1.602*10-19C中子1.675*10-27kg0§1.1電荷人們利用絲綢摩擦玻璃棒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)摩擦后的玻璃棒能吸引微小物體，我們就稱玻璃棒帶了電荷.電荷有兩種：正電荷和負(fù)電荷.（+positive）（-negative）玻璃棒帶的電荷是正電荷，絲綢帶的電荷是負(fù)電荷（富蘭克林）.1.電荷(charge)及其種類確切地講，在室溫下表面光滑的玻璃棒經(jīng)絲綢摩擦后所帶的電才是正電。------玻璃棒帶正電絲綢帶負(fù)電電子移動---毛皮帶正電---電子移動硬橡膠棒帶負(fù)電

2.電荷的基本性質(zhì)

(1)力的性質(zhì)：同性相斥，異性相吸(2)量子性：電荷總是以一個基本單元的整數(shù)倍出現(xiàn).Q=Ne式中e

是元電荷elementarycharge，其大小為電子所帶電量的絕對值.

e

＝1.602×10－19C

Likechargesrepeloneanother;unlikechargesattractonanother（3）電荷守恒定律(conservationofcharge)：對于一個孤立系統(tǒng)，不論其內(nèi)部進(jìn)行什么過程，系統(tǒng)的總電量不變.電荷守恒定律是自然界的一個普遍規(guī)律（4）相對論不變性：不同慣性系中觀察者對電荷進(jìn)行測量所得到的量值都相同（電荷是一個相對性不變量）。Thenetchargeofaclosedsystemneverchanges.3.原子基本結(jié)構(gòu)與相關(guān)參數(shù)原子核p+ne-粒子質(zhì)量電量質(zhì)子p1.673*10-27kg+1.602*10-19C電子e9.109*10-31kg-1.602*10-19C中子n1.675*10-27kg0問題1：秋冬季節(jié)，人脫衣服時，以及與人和金屬接觸時會被靜電電擊一下。通常這個過程傳遞電量是1nC。(a)如果電量只是傳遞電子，問傳遞了多少個電子？(b)如果身體上有凈電荷-1nC，請估計多余電荷占帶電粒子的比例？假設(shè)質(zhì)子和中子數(shù)相等。粒子質(zhì)量電量質(zhì)子1.673*10-27kg+1.602*10-19C電子9.109*10-31kg-1.602*10-19C中子1.675*10-27kg0解：n=Q/e=-1x10-9C/-1.6x10-19C=6x1010(1)n轉(zhuǎn)移電子數(shù)，Q轉(zhuǎn)移電量，e元電荷(2)假設(shè)體重是70kg，原子核的總重量近似與體重，中子與質(zhì)子數(shù)相同N=G/(mp+mn)=70kg/2x1.7x10-27kg=2x1028N原子核總數(shù)，G體重，mp質(zhì)子質(zhì)量，mn質(zhì)子質(zhì)量因為，N與質(zhì)子數(shù)相同所以，

多余電荷所占比例：n/（2N+n）x100%=(？)%

問題2：帶電物體可以吸附輕小物體，例如羽毛可以吸附在帶電的衣服上面，其微觀機(jī)制是什么？184.極化（polarization）極化：在一個中性物體中，正負(fù)電荷的中心不重合的現(xiàn)象。--------+-+-橡膠棒紙片+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-Polarizedbyinduction誘導(dǎo)極化極化物體可以受到電力的作用，即使靜電荷為零。極化分子：水單個水分子+0.35e+0.35e-0.7e0.27nm液態(tài)水氫鍵相關(guān)水的性能：室溫是液體不是氣體較大的比熱較大的沸點(diǎn)固體密度比液體小較大的表面張力與某些表面有較大的粘滯力極性分子的良好溶劑問題2：帶電物體可以吸附輕小物體，例如羽毛可以吸附在帶電的衣服上面，其微觀機(jī)制是什么？--------++--++答：羽毛在接近帶電的衣服時，其內(nèi)部發(fā)生極化，靠近衣服一側(cè)聚集正電荷。正負(fù)電荷相互吸引。最終羽毛粘在帶電的羽絨服上。§1.2導(dǎo)體與絕緣體

原子原子核p+ne-導(dǎo)體conductor：電荷容易在其中移動的材料

金屬Cu；自來水半導(dǎo)體semiconductor：介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料

摻雜的單晶硅（P:Si；B:Si）絕緣體insulator：電荷很難在其中移動的材料

空氣；純水；純單晶硅Si最直觀的分類帶電絕緣體摩擦起電接觸導(dǎo)體帶電++++++------玻璃棒絲綢++++++---+++++++++感應(yīng)使導(dǎo)體帶電++++++------玻璃棒絲綢++++++---+++++++++---+++-------e---++++++----------------激光打印機(jī)工作原理硒是一種光照后電阻變化較大的金屬。沒光照，絕緣體；光照，導(dǎo)體。Se/Al習(xí)題1mol水中H+的帶電總量（pH=7）？用毛皮摩擦一個中性的氣球，當(dāng)氣球有一個-0.6nC的靜電荷量時，（a）假設(shè)只有電子發(fā)生轉(zhuǎn)移，請問電子轉(zhuǎn)移方向？（