電磁學(xué)(-)靜電的基本現(xiàn)象和規(guī)律

電磁學(xué)(—)靜電的基本現(xiàn)象和規(guī)律第一頁，共三十一頁，2022年，8月28日規(guī)劃今后三年的大學(xué)生活，三方面的儲(chǔ)備！

1.知識(shí)的儲(chǔ)備（專業(yè)知識(shí)、基礎(chǔ)知識(shí)和課外知識(shí)）2.能力的儲(chǔ)備（學(xué)習(xí)的能力、思維的能力及與人相處的能力）3.人脈的儲(chǔ)備(青春是寶貴的，努力學(xué)會(huì)生存的本領(lǐng)是最重要的)

第二頁，共三十一頁，2022年，8月28日教材：《新概念物理學(xué)》電磁學(xué)趙凱華、陳熙謀第三頁，共三十一頁，2022年，8月28日主要參考書《電磁學(xué)》上下冊(cè)，趙凱華陳熙謀，高等教育出版社，1985年6月第二版

《電磁學(xué)》第二版賈起民鄭永令陳暨耀編高等教育出版社2001年

《電磁學(xué)》梁燦彬秦光戒梁竹健編人民教育出版社1981年

《電磁學(xué)及其應(yīng)用》第5版，KrausFleisch清華大學(xué)出版社，2001年

第四頁，共三十一頁，2022年，8月28日

電磁相互作用是物質(zhì)世界中最普遍的相互作用之一。這種相互作用既存在于宏觀物體之間，也存在于分子和原子內(nèi)。由于電磁現(xiàn)象是自然界存在著的一種極為普遍的現(xiàn)象，電磁力又是比萬有引力強(qiáng)1039倍的長(zhǎng)程力，所以研究物質(zhì)間電磁相互作用、電磁場(chǎng)產(chǎn)生、變化和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律的電磁學(xué)已成為物理學(xué)的一門十分重要的分支學(xué)科。第五頁，共三十一頁，2022年，8月28日

在大學(xué)本科階段電磁學(xué)課程是物理專業(yè)和其它電類專業(yè)的一門十分重要的基礎(chǔ)理論課程。電磁學(xué)的知識(shí)和應(yīng)用范圍非常廣泛，人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，對(duì)物質(zhì)的彈性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性，以及摩擦生熱、光的本質(zhì)等等的研究，都是以電磁相互作用為基礎(chǔ)。生產(chǎn)、生活、工程技術(shù)方面，由于電能容易獲得又易于轉(zhuǎn)換和使用，便于傳輸又有極高的效率，因此被廣泛應(yīng)用在動(dòng)力、通訊、測(cè)量以及電工學(xué)、電化學(xué)、無線電學(xué)、自動(dòng)控制學(xué)、遙感遙測(cè)學(xué)、電視學(xué)等理工科各個(gè)領(lǐng)域。它涉及較多的后續(xù)課程。如電工學(xué)、電動(dòng)力學(xué)、電子技術(shù)和光學(xué)等。

認(rèn)真學(xué)好電磁學(xué)！第六頁，共三十一頁，2022年，8月28日教學(xué)基本要求每周4學(xué)時(shí)，72學(xué)時(shí)認(rèn)真聽課，完成作業(yè)，出勤，平時(shí)考核（40%）期末成績(jī)60%第七頁，共三十一頁，2022年，8月28日電磁學(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(chǎng)、恒磁場(chǎng)、電磁感應(yīng)、電磁介質(zhì)、電路、麥克斯韋電磁場(chǎng)理論、電磁波等內(nèi)容。第八頁，共三十一頁，2022年，8月28日電磁場(chǎng)對(duì)物質(zhì)的各種效應(yīng)。

(1)電磁學(xué)研究對(duì)象：(2)發(fā)展簡(jiǎn)史

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(chǎng)、磁場(chǎng)的規(guī)律電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互聯(lián)系電磁場(chǎng)對(duì)電荷、電流的作用第九頁，共三十一頁，2022年，8月28日第一章

靜電場(chǎng)第十頁，共三十一頁，2022年，8月28日§1靜電的基本現(xiàn)象與基本規(guī)律一、兩種電荷

物體有吸引輕小物體的性質(zhì)，就說它帶了電，或有了電荷。帶電的物體叫帶電體。使物體帶電叫起電。用摩擦方法使物體帶電叫做摩擦起電。自然界只存在兩種電荷：正電荷和負(fù)電荷，且同種電荷相排斥異種電荷相吸引。另一種重要的起電方法是靜電感應(yīng)。第十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日摩擦起電和靜電感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)表明，起電過程是電荷從一個(gè)物體（或物體的一部分）轉(zhuǎn)移到另一物體（或同一物體的另一部分）的過程。總結(jié)出如下定律：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。這個(gè)定律叫電荷守恒定律。第十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日電荷既不能被創(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。2）適用于所有的慣性系。電荷是一個(gè)相對(duì)論性不變量，即在不同的慣性系由觀察者對(duì)電荷進(jìn)行測(cè)量所得到的量值相同。二、電荷守恒定律(Chargeconservation)：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。第十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日三、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。金屬，石墨，電解液（酸，堿，鹽類的水溶液），人體，地，電離的氣體等都是導(dǎo)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。玻璃，橡膠，絲綢，琥珀，松香，硫磺，瓷器，油類，未電離的氣體等都是絕緣體。3、半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，且對(duì)溫度、光照、雜質(zhì)、壓力、電磁場(chǎng)等外加條件極為敏感。第十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日四、

物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)物質(zhì)是由分子，原子組成的，而原子又由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成。原子核中有質(zhì)子和中子，中子不帶電，質(zhì)子帶正電。一個(gè)質(zhì)子所帶電荷和一個(gè)電子所帶電量數(shù)值相等。如果用e代表一個(gè)質(zhì)子的電量，則一個(gè)電子的電量就是-e。它的近似值為

e=1.60210-19庫侖

第十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日（二）庫侖定律在真空中，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(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。如何建立？？第十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日（一）庫侖定律的建立Franklin（富蘭克林）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)——提出問題第十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日猜測(cè)答案現(xiàn)象與萬有引力有相同規(guī)律由牛頓力學(xué)可知：球殼對(duì)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十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)1769年Robison首先用直接測(cè)量方法確定電力定律，得到兩個(gè)同號(hào)電荷的斥力

兩個(gè)異號(hào)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）第十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日1785年Coulomb測(cè)出結(jié)果精度與十三年前Cavendish的實(shí)驗(yàn)精度相當(dāng)庫侖是扭秤專家;電斥力——扭秤實(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二十頁，共三十一頁，2022年，8月28日（二）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(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。第二十一頁，共三十一頁，2022年，8月28日k是引進(jìn)單位制后引入的常數(shù)。討論天才的類比是否能經(jīng)受得住時(shí)間的考驗(yàn)？第二十二頁，共三十一頁，2022年，8月28日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：只能沿聯(lián)線，否則空間旋轉(zhuǎn)180°就不對(duì)稱了注意第二十三頁，共三十一頁，2022年，8月28日（三）成立條件、適用范圍、精度

條件：靜止真空點(diǎn)電荷第二十四頁，共三十一頁，2022年，8月28日點(diǎn)電荷：靜止：點(diǎn)電荷相對(duì)靜止，且相對(duì)于觀察者也靜止。理想模型（已學(xué)過的）質(zhì)點(diǎn)剛體準(zhǔn)靜態(tài)過程（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。第二十五頁，共三十一頁，2022年，8月28日真空條件作用：為了除去其他電荷的影響，使兩個(gè)點(diǎn)電荷只受對(duì)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

第二十六頁，共三十一頁，2022年，8月28日適用范圍和精度原子核尺度——地球物理尺度天體物理、空間物理精度：Coulomb時(shí)代

1971年第二十七頁，共三十一頁，2022年，8月28日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。1、庫侖定律只討論兩個(gè)靜止（相對(duì)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。（四）說明：第二十八頁，共三十一頁，2022年，8月28日4、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二十九頁，共三十一頁，2022年，8月28日5、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=1A·s若F=1N,q1=q2=1C,r=1m則

k=