基礎(chǔ)物理學(xué)課件

1、基 礎(chǔ) 物 理 學(xué) BII,教材: 基礎(chǔ)物理學(xué)下冊(cè)，(17-25 ),課程相關(guān)信息,平時(shí)成績: 點(diǎn)名(#); 作業(yè)(1次/周); 隨堂測(cè)驗(yàn)(#) 小論文：物理教學(xué)演示工具制作策劃書(#) 總評(píng)成績: 平時(shí)成績40%, 期末考試60%.,網(wǎng)上交流區(qū): , B-20120-JCWLBII-ZY: 基礎(chǔ)物理BII,教師信箱: ,答疑時(shí)間: 周二課前后, 本教室,內(nèi)容區(qū): 課程文檔-課件, 測(cè)驗(yàn): 成績中心 課程工具: 職員信息和討論板,著眼于場(chǎng)的分布,（一般）, 電磁學(xué)的教學(xué)內(nèi)容17-23: 靜電學(xué)（真空、介質(zhì)、導(dǎo)體）; 穩(wěn)恒電流 靜磁學(xué)（真空, 介質(zhì)） 電磁感應(yīng) ; 電磁場(chǎng)與電磁波, 對(duì)象：,彌散

2、于空間的電磁場(chǎng)，,方法：, 觀點(diǎn)：,電磁作用是“場(chǎng)”的作用,基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律,綜合的普遍規(guī)律,（特殊）,（近距作用）,電 磁 學(xué), 研究電磁現(xiàn)象,的基本概念和基本規(guī)律：, 源場(chǎng); 電, 磁, E VS M, 效應(yīng)發(fā)光放熱,真空中靜電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng),17.1 電荷守恒定律 庫侖定律 疊加原理,17.2 電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 電場(chǎng)線和電通量,靜電場(chǎng) 相對(duì)觀測(cè)者靜止的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng),一. 電荷 電氣材料,電性力：同號(hào)相斥、異號(hào)相吸,電荷量：物體帶電的多少,電荷守恒定律 庫侖定律 疊加原理,電荷: 經(jīng)過摩擦的物質(zhì)上所出現(xiàn)的東西, 其呈現(xiàn)電荷 的狀態(tài)為帶電.,電氣材料: 起電物質(zhì) vs. 非起電物質(zhì).,兩種電荷：正電荷

3、 和負(fù)電荷,# 自然界的電現(xiàn)象: 質(zhì)子帶有的 與電子帶有的 引起的.,+,-,-,+,m, , n, p, f; vs. k, M, G, T, A.,電氣材料: 起電物質(zhì) vs. 非起電物質(zhì).,導(dǎo)體: 電荷能夠從產(chǎn)生的地方迅速轉(zhuǎn)移或傳導(dǎo)到其它 部分 的物體.,絕緣體: 電荷幾乎只能停留在產(chǎn)生的地方 的那種物體.,金屬、石墨、電解液(酸、堿、鹽類的水溶液) 、人體、地(球) 、電離了的氣體都是導(dǎo)體. 玻璃、絲綢、橡膠、琥珀、松香、硫磺、瓷器、油類、未電離的氣體等都是絕緣體.,半導(dǎo)體(#): 介于兩者之間,摩擦起電系列(+-): 毛皮, 橡膠; 玻璃, 絲綢; 塑料, 頭發(fā),二. 電荷守恒定律(

4、宏觀尺度和微觀尺度都成立),在沒有電荷進(jìn)出的一個(gè)封閉空間內(nèi), 正、負(fù)電荷的總量始終是相等的。,質(zhì)子和電子都是帶電荷的實(shí)體, 具有質(zhì)量,(pair annihilation),有電荷就有質(zhì)量, 靜質(zhì)量為零的粒子必為電中性.,宏觀帶電體的帶電量qe，準(zhǔn)連續(xù),e =1.60210-19庫侖，電子電量,那么, e是否是最基本的呢?,原子核結(jié)構(gòu): 在夸克模型中, 夸克帶分?jǐn)?shù)電荷,up quark down quark strange quark,見27, 28,# 帶電, 電荷量? 更小點(diǎn)?,沒能找到自由夸克, 但是超導(dǎo)鈮球上發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)電荷,密立根,三. 電荷量子化,1. 點(diǎn)電荷(理想模型),簡化為點(diǎn)電荷

5、的條件:,四. 庫侖定律,3.實(shí)驗(yàn)定出： k = 8.988010 9 Nm2/C2,SI: q 庫侖(C)，F(xiàn)牛頓(N)，r 米(m),2.庫侖定律,兩個(gè)點(diǎn)電荷之間:,9,庫侖定律適用的條件：, 點(diǎn)電荷理想模型 真空中 施力電荷對(duì)觀測(cè)者靜止(受力電荷可運(yùn)動(dòng)),有理化：,引入常量 0,則：,真空介電常數(shù),4.庫侖定律的說明：,真空中的靜電場(chǎng),庫侖,五.疊加原理,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷對(duì)一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)對(duì)該點(diǎn)電荷的作用力的矢量和.,#4 q1, q2, 有庫倫定律, 存在q3或 以至于無窮多個(gè), 如何?,例1. 按量子理論，在氫原子中，核外電子快速地運(yùn)動(dòng)著，并以一定

6、的概率出現(xiàn)在原子核(質(zhì)子)的周圍各處，在基態(tài)下，電子在半徑5.29nm的球面附近出現(xiàn)的概率最大. 計(jì)算基態(tài)下, 氫原子內(nèi)電子和質(zhì)子之間的靜電力和萬有引力, 并比較兩者的大小.引力常數(shù)為G=6.6710-11Nm2/kg2,解: 按庫侖定律計(jì)算,電子和質(zhì)子之間的靜電力為,應(yīng)用萬有引力定律, 電子和質(zhì)子之間的萬有引力為,由此得靜電力與萬有引力的比值為,原子中: 電子和質(zhì)子之間的靜電力萬有引力。由此,在處理電子和質(zhì)子之間的相互作用時(shí),只需考慮靜電力,萬有引力可以略去不計(jì). 在原子結(jié)合成分子,原子或分子組成液體或固體時(shí),它們的結(jié)合力在本質(zhì)上也都屬于電性力.,例2 氦原子核中的兩個(gè)質(zhì)子相距4.010-1

7、5m, 求這兩個(gè)質(zhì)子之間的靜電力.,解:兩個(gè)質(zhì)子之間的靜電力是斥力,它的大小為,質(zhì)子之間能結(jié)合在一起構(gòu)成原子核, 是由于核內(nèi)除了有靜電斥力外, 還存在更強(qiáng)大的引力 核力的緣故。,在相同條件下： 強(qiáng)相互作用電磁相互作用萬有引力作用。,這兩個(gè)質(zhì)子之間的核力:,14N,例3. 三個(gè)點(diǎn)電荷所帶的電荷量分別為q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各電荷間的距離如圖所示。求作用在q3上合力的大小和方向。,解:選用如圖所示的直角坐標(biāo)系。,q2,q1,q3,0.6m,0.52m,0.3m,按庫侖定律分別計(jì)算q1和q2對(duì)電荷q3的作用力,#5. 基本思路?,y,例3. 三個(gè)點(diǎn)電荷所帶的電荷量分別

8、為q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各電荷間的距離如圖所示。求作用在q3上合力的大小和方向。,解:選用如圖所示的直角坐標(biāo)系。,q2,q1,q3,0.6m,0.52m,0.3m,按庫侖定律分別計(jì)算q1和q2對(duì)電荷q3的作用力,#5. 基本思路?,#6 天花板置正電極, 你持等量負(fù)電荷, 平地飛升的Q？,兩個(gè)各帶電荷量為1C 的帶電體,當(dāng)它們相距1m時(shí), 作用力達(dá)9.0109 N.,六. 討論庫倫相互作用的大小,我們利用通常的起電方法不可能使一個(gè)有限大 (例如半徑為1m的球體)的物體的帶電量達(dá)到1C, 因?yàn)樵缭陔姾闪烤奂酱酥登?周圍的絕緣體已 被擊穿(#),物體上的電荷早已漏

9、掉。通常遇到的 靜電力還是很小的,只能吸引輕小物品.,通常在實(shí)驗(yàn)室里, 利用摩擦起電使物體能獲得的 電荷量10-7C數(shù)量級(jí), 若相距1m, 靜電力為10-2 N 若相距0.1m, 靜電力僅為1N的數(shù)量級(jí).,一. 電場(chǎng),電相互作用兩種觀點(diǎn),超距作用,電場(chǎng),電荷1,電荷2,電場(chǎng)1,電場(chǎng)2,靜電場(chǎng)：相對(duì)于觀察者靜止的電荷 在周圍空間激發(fā)的電場(chǎng)。,雷電,17.2 電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 電場(chǎng)線和電通量,二. 電場(chǎng)強(qiáng)度,點(diǎn)電荷(尺寸小),q0足夠小,對(duì)待測(cè)電場(chǎng)影響小,定義電場(chǎng)強(qiáng)度,電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力。,#7 郭晶晶起跳后( ), 其質(zhì)心運(yùn)動(dòng)(位置變動(dòng))決定于#?,三.電場(chǎng)強(qiáng)度的

10、計(jì)算,.兩個(gè)異號(hào)點(diǎn)電荷:電偶極子 .多個(gè)點(diǎn)電荷分布,頭腦中想象: 一個(gè)質(zhì)量很小的帶電質(zhì)點(diǎn)(正或負(fù)電荷)處于沒有重力的空間中, 運(yùn)動(dòng)(位置變動(dòng)), ,在頭腦中建立”按照什么樣的力來運(yùn)動(dòng)的呢?”這樣的想象, 如同打開電磁學(xué)的大門.,1. 點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng),由庫侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度定義:,“源”點(diǎn)電荷,場(chǎng)點(diǎn),（相對(duì)觀測(cè)者靜止）,#7 畫出場(chǎng)強(qiáng)分布來?,球面是場(chǎng)強(qiáng)等模面, 球?qū)ΨQ分布,球?qū)ΨQ分布= ？,qi,q2,q0,q1,2.電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理和點(diǎn)電荷系的場(chǎng)強(qiáng),電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理,場(chǎng)點(diǎn),電偶極子 軸線上場(chǎng)強(qiáng),電偶極子,一對(duì)靠得很近的等量異號(hào)的點(diǎn)電荷.,相對(duì)的概念，,物理模型(如有極分子),r l,P,稱為電偶

11、極矩,電偶極子中垂面上的電場(chǎng),r,方向?,從-q指向+q,電偶極子在電場(chǎng)中所受的力矩,用矢量形式表示為：,#8 一般情況下, 電偶極子在空間某位置激發(fā)的電場(chǎng)強(qiáng)度?,若 r l,電偶極子中垂面上的電場(chǎng),解: q1在P點(diǎn)所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)為#1,q2在P點(diǎn)所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)為#2,根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理，P點(diǎn)的總場(chǎng)強(qiáng)為#4,# 任給若干點(diǎn)電荷, 它們?cè)谥車婵罩屑ぐl(fā)的電場(chǎng)強(qiáng)度?,例3. 三個(gè)點(diǎn)電荷所帶的電荷量分別為q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各電荷間的距離如圖所示。求(1) 作用在q3上合力的大小和方向。(2) 求P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度.,q2,q1,q3,0.6m,0.52m,0.3m,P ,r,

12、q3在P點(diǎn)所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)為#3,3. 連續(xù)帶電體的場(chǎng)強(qiáng),面電荷 dq = dS,面電荷密度,線電荷 dq = dl,線電荷密度,將帶電體分割成無限多塊無限小的帶電體,體電荷 dq = dV,體電荷密度,# 有了疊加原理, 微元法,例4.直線AB均勻帶電, 電荷線密度為. P點(diǎn)到 AB的距離為a,AP和 BP與直線夾角1 和2 . 求P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)?,解：建立Oxy系如圖,原點(diǎn)O為P到直線的垂足,取線元dx,帶電,A B,A B,極限情況,當(dāng)AB 長度,(1,2 )(0,),無限長均勻帶電直線的場(chǎng)強(qiáng),圓柱面為等模面,#9. 畫場(chǎng)強(qiáng)分布圖?,P,例5. 均勻帶電環(huán)面如圖已知 , R1, R 2 , 以過環(huán)

13、心O的法線為z軸, 求z處P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng),解：,(1) 劃分電荷元,(2) 分析 大小,方向,正負(fù)成對(duì)出現(xiàn), 所有的dE積累為零,(3)積分求 ：,正負(fù)成對(duì)出現(xiàn), 所有的dE積累為零,(4) 分析結(jié)果的合理性和討論, 單位 ；, 令 z= 0，得 ，,合理；, 令 z R2 ，,合理。,則：,# z0, 反面的軸上P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)？, E的分布：,zm =?, 自己計(jì)算。, , 此為均勻帶電圓盤情形：,# 且R2, ?, 此為均勻帶電無限大平面：,(a) z 軸上E =？,(b) z 電荷線度處， E與z關(guān)系如何？,（a）,（b）,1. 電場(chǎng)線 ( 線 ),線上某點(diǎn)的切向即為該點(diǎn) 的方向,規(guī)定 線的密度給出

14、 的大小。,在電場(chǎng)中任一點(diǎn)處，通過垂直于電場(chǎng)強(qiáng)度E單位面積的電場(chǎng)線數(shù)等于該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)值,四. 電場(chǎng)線和電通量,大小呢? 畫出多少根?,關(guān)于電場(chǎng)的直觀表現(xiàn)方式,幾種電荷的 線分布,球?qū)ΨQ,無限長則圓柱對(duì)稱,電場(chǎng)線的實(shí)驗(yàn)演示: 針狀晶體碎屑撒到水平延展絕緣油中使之懸浮. 或水平光滑玻璃表面撒細(xì)小石膏晶粒.,點(diǎn)電荷q0,電偶極子,均勻帶電的直線段,(原因下一章講),兩 個(gè) 同 號(hào) 的 點(diǎn) 電 極,幾種電荷的 線分布的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,一對(duì)異號(hào)不等量點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線,電場(chǎng)線,單 個(gè) 帶 電 平 板 電 極,正 負(fù) 帶 電 平 行 平 板 電 極,五. 電通量e,1.定義：,面積分, 不是點(diǎn)函數(shù) 是代數(shù)量, 有正、負(fù)。,2. 的幾何意義:,對(duì)