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文檔簡介
電磁學(xué)
電能是應(yīng)用最廣泛的能源;電磁波的傳播實(shí)現(xiàn)了信息傳遞;電磁學(xué)與工程技術(shù)各個(gè)領(lǐng)域有十分密切的聯(lián)系;電磁學(xué)的研究在理論方面也很重要。1905年愛因斯坦建立狹義相對(duì)論1865年麥克斯韋提出電磁場理論1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)電流對(duì)磁針的作用公元前600年1831年法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)古希臘泰勒斯第一次記載電現(xiàn)象第7章真空中的靜電場靜電場----相對(duì)于觀察者靜止的電荷產(chǎn)生的電場恒定電場—不隨時(shí)間改變的電荷分布產(chǎn)生不隨時(shí)間改變的電場
兩個(gè)物理量:場強(qiáng)、電勢(shì);
一個(gè)實(shí)驗(yàn)規(guī)律:庫侖定律;
兩個(gè)定理:高斯定理、環(huán)流定理電荷守恒定律:在一個(gè)孤立系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的過程中,正負(fù)電荷的代數(shù)和保持不變。電荷的量子化效應(yīng):Q=Ne7.1靜電場的概念
7.1.1電荷與電荷守恒定律電荷的種類:正電荷、負(fù)電荷電荷的性質(zhì):同號(hào)相斥、異號(hào)相吸電荷的多少單位:庫侖符號(hào):C電荷具有相對(duì)論不變性。7.1.2庫侖定律——真空介電常數(shù)?!獑挝皇噶?由指向?!姾蓂1作用于電荷q2的力。
真空中兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間的作用力(靜電力),與它們所帶電荷的乘積成正比,與它們之間的距離的平方成反比,作用力沿著這兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線,同號(hào)相斥,異號(hào)相吸。討論庫侖定律包含同號(hào)相斥,異號(hào)相吸這一結(jié)果。(a)q1和q2同號(hào),則q1q2>0,
和同向,方程說明1排斥2斥力(b)q1和q2異號(hào),則q1q2<0,
和反向,方程說明1吸引2引力注意:只適用兩個(gè)點(diǎn)電荷之間數(shù)學(xué)表達(dá)式離散狀態(tài)連續(xù)分布
靜電力的疊加原理作用于某電荷上的總靜電力等于其他點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)作用于該電荷的靜電力的矢量和。所以庫侖力與萬有引力數(shù)值之比為
電子與質(zhì)子之間靜電力(庫侖力)為吸引力電子與質(zhì)子之間的萬有引力為
例1在氫原子中,電子與質(zhì)子的距離為5.310-11米,試求靜電力及萬有引力,并比較這兩個(gè)力的數(shù)量關(guān)系。忽略!解:由于電子與質(zhì)子之間距離約為它們自身直徑的105倍,因而可將電子、質(zhì)子看成點(diǎn)電荷。例2有—長度為2b,電荷線密度為λ的均勻帶電直線,—個(gè)點(diǎn)電荷q位于它的垂直平分線上,離開它的垂直距離為a,計(jì)算作用于點(diǎn)電荷上的力。圖11.3解
根據(jù)對(duì)稱性:由圖有和1.電場疊加性研究方法:能法—引入電勢(shì)U力法—引入場強(qiáng)對(duì)外表現(xiàn):a.對(duì)電荷(帶電體)施加作用力b.電場力對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷(帶電體)作功2.電場強(qiáng)度場源電荷試驗(yàn)電荷電場電荷電荷7.1.3電場電場強(qiáng)度討論(2)一總電荷為Q>0的金屬球,在它附近P點(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)為。將一點(diǎn)電荷q>0引入P點(diǎn),測(cè)得q實(shí)際受力與q之比為,是大于、小于、還是等于P點(diǎn)的(1)由是否能說,與成正比,與成反比?
場強(qiáng)疊加原理點(diǎn)電荷系連續(xù)帶電體1.點(diǎn)電荷電場7.1.4電場強(qiáng)度的計(jì)算設(shè)真空中有n個(gè)點(diǎn)電荷q1,q2,…qn,則P點(diǎn)場強(qiáng)場強(qiáng)在坐標(biāo)軸上的投影2.點(diǎn)電荷系的電場□例1.電偶極子如圖已知:q、-q、r>>l,電偶極矩求:A點(diǎn)及B點(diǎn)的場強(qiáng)解:A點(diǎn)設(shè)+q和-q
的場強(qiáng)分別為和對(duì)B點(diǎn):結(jié)論3.連續(xù)分布電荷的電場電荷元隨不同的電荷分布應(yīng)表達(dá)為體電荷面電荷線電荷□例2
求一均勻帶電直線在O點(diǎn)的電場。已知:
a、1、2、。解題步驟1.
選電荷元5.選擇積分變量4.建立坐標(biāo),將投影到坐標(biāo)軸上2.確定的方向3.確定的大小選θ作為積分變量
當(dāng)直線長度無限長均勻帶電直線的場強(qiáng)當(dāng)方向垂直帶電導(dǎo)體向外,當(dāng)方向垂直帶電導(dǎo)體向里。討論課堂練習(xí)求均勻帶電細(xì)桿延長線上一點(diǎn)的場強(qiáng)。已知q,L,a例3求一均勻帶電圓環(huán)軸線上任一點(diǎn)x處的電場。已知:q、R、x。yzxxpRdqryzxxpRdqr討論(1)當(dāng)?shù)姆较蜓豿軸正向當(dāng)
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