電磁學 靜電場1

通知（1）本學期一共做10個實驗，第2周開始進行實驗，最晚至17周結束。（2）各班班長于2010年8月26日（第一周周四）下午3：00-6：00到物理實驗中心（教七101室）領取實驗課表和分組名單。實驗分組已經進行了重新調整，做實驗時以新分組為準。（3）需要使用統(tǒng)一印刷的物理實驗報告冊，一次實驗用一本，每本0.5元，由班長負責統(tǒng)計好，并于2010年8月26日（第一周周四）下午3：00—6：00到物理實驗中心辦公室（教七樓105室）購買。 答疑時間：

1~5，8~10周周五下午5：00~6：00答疑地點：二校區(qū)：教七樓114

大學物理（2）考核方式為期末閉卷考試。作業(yè)期末考試定于第11周或12周周末，具體安排另行通知

本學期內容（38學時）第五篇

量子物理（部分內容）6學時第三篇電磁學32學時

電磁學電磁學研究電磁現象規(guī)律的學科電荷、電流產生電場、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，電磁場對物質的各種效應。

第一章真空中的靜電場

§1.1電荷

§1.2庫侖定律與疊加原理

§1.3電場電場強度

§1.4靜電場及其疊加§1.5電場線和電通量§1.6高斯定理§1.7利用高斯定律求靜電場的分布一.電荷的基本性質§1.1電荷1.電荷的種類（正電荷、負電荷）帶電體所帶電荷數量的多少稱為電量，用Q或q表示，單位為庫侖（C）；2.電荷量子化1906～1917年，密立根用液滴法測定了電子電荷，證明微小粒子帶電量的變化是不連續(xù)的，它只能是元電荷e的整數倍,即粒子的電荷是量子化的。基本電荷e=1.6×10-19C電子：Q=-e=-1.6×10-19C質子：Q=e=1.6×10-19C

電荷量子化：迄今所知，電子是自然界中存在的最小負電荷，質子是最小的正電荷。近代物理從理論上預言兩種夸克的存在宏觀的電磁規(guī)律認為宏觀帶電體的電荷是連續(xù)分布的點電荷——帶電體本身的線度比所研究的問題中所涉及的距離小的多時

電荷守恒定律的表述：在一個和外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內，正負電荷電量的代數和在任何物理過程中保持不變。

電荷守恒定律適用于一切宏觀和微觀過程(例如核反應和基本粒子過程)，是物理學中普遍的基本定律之一。3.電荷守恒定律四、電荷的相對論不變性：在不同的參照系內觀察，同一個帶電粒子的電量不變。電荷的這一性質叫做電荷的相對論不變性。§1.2

庫侖定律1.表述：在真空中，兩個靜止點電荷之間的相互作用力大小，與它們的電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比；作用力的方向沿著它們的聯(lián)線，同號電荷相斥，異號電荷相吸。大?。?785年，庫侖通過扭稱實驗得到。電荷2受電荷1的力為從電荷1指向電荷2的單位矢量.若表示電荷1受電荷2的力，表達式為為從電荷2指向電荷1的單位矢量.矢量表示：K的一種常用形式：令國際單位制（SI）中：真空介電常量有理化庫侖定律對空氣中的點電荷也成立實驗表明，庫侖力滿足線性疊加原理，即不因第三者的存在而改變兩者之間的相互作用。2.靜電力的疊加原理：§1.3電場電場強度

“電力”是怎樣傳遞的？早期：電磁理論是超距作用理論電荷電荷后來:法拉第提出近距作用

并提出力線和場的概念電荷電場電荷一.電場及其物質性場的物質性：

給電場中的帶電體施以力的作用。

當帶電體在電場中移動時，電場力作功，場具有能量。

變化的電場以光速在空間傳播，表明電場具有動量電場具有動量、能量，體現了它的物質性.靜止電荷產生的場叫做靜電場二.電場強度試驗電荷電量充分地小線度足夠地小條件試驗電荷放到場點P處，受力為實驗表明：確定場點比值

與試驗電荷無關定義：電場強度

物理意義：單位正電荷在電場中某點所受到的力。反映電場本身的性質場強單位：[N/C]、[V/m]1N/C=1V/m

為一矢量場

點電荷q在外場中受的電場力

三、場強的疊加原理當電場是由多個點電荷形成的，則試驗電荷受的力為：由場強定義：場強疊加原理：在多個點電荷產生的電場中某點的電場強度等于每個點電荷單獨存在時在該點所產生的電場強度的矢量和。§1.4靜止的點電荷的電場及其疊加由庫侖定律：由場強定義：2）

為從場源電荷指向場點的單位矢量由上述兩式得1）球對稱根據庫侖定律和場強的定義1)如果帶電體由n

個點電荷組成，如圖由場強的疊加原理任意帶電體的場強E=？

點電荷系的場強分量形式

連續(xù)帶電體的場強P把帶電體看作是由許多個電荷元組成電荷分布體電荷分布面電荷分布線電荷分布例1：如圖，求O點的電場強度。方向如圖所示解：且由題及點電荷場強的特點知：····e-ee-eaO故EO方向如圖所示例2求電偶極子在其中垂線上及延長線上任一點的場強.一對等量異號電荷，相距為l，當從它們到所討論的場點的距離比l

大得多時，這一對等量異號電荷稱為電偶極子。定義電偶極矩：分量法求解1.對中垂線上任一點p由對稱性知：r+rr-E+pE-aaxyr+rr-E+pE-aaxy

垂直平分線上的一點電偶極子中垂線上距離電偶極子中心較遠處各點的電場強度與電偶極子的極矩成正比，與該點到電偶極子中心的距離的三次方成反比，方向與電矩的方向相反2.對延長線上任一點ppr例3、求均勻帶電細棒中垂線上一點的場強。設棒長為,帶電量，電荷線密度為統(tǒng)一變量：將各變量均用q表示電場的方向垂直于帶電直線指向遠離直線的一方推廣：均勻帶電細棒中垂面上一點的場強均勻帶電細棒可以看成無限長無限長均勻帶電細棒的場強為：相當于點電荷的場強。例4.均勻帶電圓環(huán)軸線上的場(Q、R)解：1）在圓環(huán)上任取電荷元dq由對稱性分析知：dEdEr方向如圖dEdEr特例：圓心處x=0，Eo=0E的方向為沿著軸線指向遠方當相當于點電荷的場強。例5均勻帶電圓盤軸線上一點的場強。設圓盤帶電量為q，半徑為R解：帶電圓盤可看成許多同心的圓環(huán)組成，取一半徑為r，寬度為dr

的細圓環(huán),其上所帶電量為dEx相當于無限大帶電平面附近的電場，可看成是均勻場，場強垂直于板面，方向由電荷的符號決定。討論：當即無限大均勻帶電面在其兩側激發(fā)大小相等、方向相反的電場。當相當于點電荷的場強。通過以上例題1)清晰以點電荷電場公式為基礎，利用場強疊加原理求點電荷系或連續(xù)帶電體場分布的步驟2)典型的解作為基本結論記住并且能熟練使用。

O

r+

電偶極子在均勻電場中所受力矩因l極小，總可認為電偶子所在處場強均勻力矩M為：

F+=qE

，F-=-qE

M=2[qE(l/2