理學(xué)類新概念物理學(xué)電磁學(xué)省公開課一等獎全國示范課微課金獎

教材：《新概念物理學(xué)》電磁學(xué)趙凱華、陳熙謀第1頁主要參考書《電磁學(xué)》上下冊，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

《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，

《ElectricityandMagnetism》ThirdEditionB.l.BleaneyandB.BleaneyOxfordUnivesityPress1975

電磁學(xué)網(wǎng)址：http://K/dcx第2頁

電磁相互作用是物質(zhì)世界中最普遍相互作用之一。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)。因為電磁現(xiàn)象是自然界存在著一個極為普遍現(xiàn)象，電磁力又是比萬有引力強(qiáng)1039倍長程力，所以研究物質(zhì)間電磁相互作用、電磁場產(chǎn)生、改變和運(yùn)動規(guī)律電磁學(xué)已成為物理學(xué)一門十分主要分支學(xué)科。第3頁

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)一門十分主要基礎(chǔ)理論課程。電磁學(xué)知識和應(yīng)用范圍非常廣泛，人們對物質(zhì)結(jié)構(gòu)認(rèn)識，對物質(zhì)彈性、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性，以及摩擦生熱、光本質(zhì)等等研究，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，因為電能輕易取得又易于轉(zhuǎn)換和使用，便于傳輸又有極高效率，所以被廣泛應(yīng)用在動力、通訊、測量以及電工學(xué)、電化學(xué)、無線電學(xué)、自動控制學(xué)、遙感遙測學(xué)、電視學(xué)等理工科各個領(lǐng)域。它包括較多后續(xù)課程。如電工學(xué)、電動力學(xué)、電子技術(shù)和光學(xué)等。

認(rèn)真學(xué)好電磁學(xué)！第4頁電磁學(xué)是普通物理系列中最主要基礎(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)、光電磁理論等基礎(chǔ)，是經(jīng)典物理主要組成部分，也是近代物理和許多技術(shù)學(xué)科不可缺乏基礎(chǔ)。課程介紹電磁學(xué)課程包含靜電場、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5頁電磁場對物質(zhì)各種效應(yīng)。

(1)電磁學(xué)研究對象：(2)發(fā)展簡史

電磁現(xiàn)象基本概念和基本規(guī)律電荷、電流產(chǎn)生電場、磁場規(guī)律電場和磁場相互聯(lián)絡(luò)電磁場對電荷、電流作用第6頁第一章

靜電場第7頁§1靜電基本現(xiàn)象與基本規(guī)律一、兩種電荷

物體有吸引輕小物體性質(zhì)，就說它帶了電，或有了電荷。帶電物體叫帶電體。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。另一個主要起電方法是靜電感應(yīng)。第8頁摩擦起電和靜電感應(yīng)試驗表明，起電過程是電荷從一個物體（或物體一部分）轉(zhuǎn)移到另一物體（或同一物體另一部分）過程?？偨Y(jié)出以下定律：電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被毀滅，它們只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，也就是說，在任何物理過程中，電荷代數(shù)和是守恒。這個定律叫電荷守恒定律。第9頁電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被毀滅，它們只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，或者從物體一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，也就是說，在任何物理過程中，電荷代數(shù)和是守恒。2）適合用于全部慣性系。電荷是一個相對論性不變量，即在不一樣慣性系由觀察者對電荷進(jìn)行測量所得到量值相同。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照基本規(guī)律。第10頁三、導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體1、導(dǎo)體：電荷能從產(chǎn)生地方快速轉(zhuǎn)移或傳導(dǎo)到其它部分那種物體。金屬，石墨，電解液（酸，堿，鹽類水溶液），人體，地，電離氣體等都是導(dǎo)體；2、絕緣體：電荷幾乎只能停留在產(chǎn)生地方那種物體。玻璃，橡膠，絲綢，琥珀，松香，硫磺，瓷器，油類，未電離氣體等都是絕緣體。3、半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間，且對溫度、光照、雜質(zhì)、壓力、電磁場等外加條件極為敏感。第11頁四、

物質(zhì)電結(jié)構(gòu)物質(zhì)是由分子，原子組成，而原子又由帶正電原子核和帶負(fù)電電子組成。原子核中有質(zhì)子和中子，中子不帶電，質(zhì)子帶正電。一個質(zhì)子所帶電荷和一個電子所帶電量數(shù)值相等。假如用e代表一個質(zhì)子電量，則一個電子電量就是-e。它近似值為

e=1.602

10-19庫侖

第12頁（二）庫侖定律在真空中，兩個靜止點電荷q1和q2之間相互作用力大小和q1與q2乘積成正比，和它們之間距離r平方成反比；作用力方向沿著他們聯(lián)線，同號電荷相斥，異號電荷相吸。怎樣建立？？第13頁（一）庫侖定律建立Franklin首先發(fā)覺金屬小杯內(nèi)軟木小球完全不受杯上電荷影響;在Franklin提議下，Priestel做了試驗——提出問題第14頁猜測答案現(xiàn)象與萬有引力有相同規(guī)律由牛頓力學(xué)可知：球殼對放置在殼外物體有引力，而放置在球殼內(nèi)任何位置物體受力為零。類比：電力與距離平方成反比第15頁設(shè)計試驗1769年Robison首先用直接測量方法確定電力定律，得到兩個同號電荷斥力

兩個異號電荷引力比平方反比方次要小些。（研究結(jié)果直到1801年發(fā)表才為世人所知）第16頁Cavendish試驗1772年Cavendish遵照Priestel思想設(shè)計了試驗驗證電力平方反比律，假如試驗測定帶電空腔導(dǎo)體內(nèi)表面確實沒有電荷，就能夠確定電力定律是遵從平方反比律即他測出小于

0.02（未發(fā)表，1以后Maxwell整理他大量手稿，才將此結(jié)果公諸于世。

第17頁1785年Coulomb測出結(jié)果精度與十三年前Cavendish試驗精度相當(dāng)庫侖是扭稱教授;電斥力——扭稱試驗，數(shù)據(jù)只有幾個，且不準(zhǔn)確（因為漏電）——不是大量準(zhǔn)確試驗；與萬有引力類比得第18頁（二）庫侖定律表述在真空中，兩個靜止點電荷q1和q2之間相互作用力大小和q1與q2乘積成正比，和它們之間距離r平方成反比；作用力方向沿著他們聯(lián)線，同號電荷相斥，異號電荷相吸。第19頁k是引進(jìn)單位制后引入常數(shù)。討論天才類比是否能經(jīng)受得住時間考驗？第20頁上述公式并非都是大量試驗結(jié)果，是在事實基礎(chǔ)上理性思維結(jié)果。如力方向：分析點電荷受力：只能沿聯(lián)線，不然空間旋轉(zhuǎn)180°就不對稱了注意第21頁（三）成立條件、適用范圍、精度

條件：靜止真空點電荷第22頁點電荷：靜止：點電荷相對靜止，且相對于觀察者也靜止。理想模型（已學(xué)過）質(zhì)點剛體準(zhǔn)靜態(tài)過程（熱學(xué)）點電荷：忽略了帶電體形狀、大小以及電荷分布情況電荷。第23頁真空條件作用：為了除去其它電荷影響，使兩個點電荷只受對方作用。假如真空條件破壞會怎樣？——不但只有兩個電荷；總作用力比真空時復(fù)雜些，但因為力獨立作用原理，兩個點電荷之間力仍遵照庫侖定律所以能夠推廣到介質(zhì)、導(dǎo)體

第24頁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時代1971年第25頁3、補(bǔ)充電力疊加原理，利用庫侖定律標(biāo)準(zhǔn)上可處理靜電學(xué)中全部問題。1、庫侖定律只討論兩個靜止（相對觀察者和試驗室參考系）點電荷間作用力。2、庫侖定律指出，兩靜止電荷間作用力是有心力，它大小與兩電荷間距離服從平方反比律。（四）說明：第26頁4、理論地位和當(dāng)代含義庫侖定律是靜電學(xué)基礎(chǔ)，說明了

帶電體相互作用問題

原子結(jié)構(gòu)，分子結(jié)構(gòu)，固體、液體結(jié)構(gòu)化學(xué)作用微觀本質(zhì),都與電磁力相關(guān)，其中主要部分是庫侖力第27頁5、電量單位－MKSA制1庫侖：當(dāng)導(dǎo)線中經(jīng)過1安培穩(wěn)恒電流時，一秒鐘內(nèi)經(jīng)過導(dǎo)線某一給定截面電量為1C=1A·s若F=1N,q1=q2=1C,r=1m則

k=8.9880×109N·m2/C2≈9.00×109N·m2/C2

第28頁（五）物