《大学物理教程》04-电磁学-01

1、? ?大学物理教程大学物理教程?04-?04-电磁电磁学学-01-012电磁学的研究对象电磁学的研究对象: :电磁场的规律电磁场的规律( (场分布及性质场分布及性质) )；物质的电学和磁学性质物质的电学和磁学性质( (场与物质相互场与物质相互 作用的规律作用的规律) )。电磁学的研究方法与力、热学比较电磁学的研究方法与力、热学比较: :共同点：从实验出发共同点：从实验出发, ,抽象出概念抽象出概念; ; 总结出规律总结出规律( (定律定律);); 用严密的逻辑推理证明根本定理用严密的逻辑推理证明根本定理 ( (定律的具体化定律的具体化, ,深入化深入化);); 应用规律解决实际问题应用规律解决

2、实际问题. .不同点不同点: :研究对象的特点不同研究对象的特点不同: : 孤立孤立, ,离散的系统离散的系统; ; 连续分布的三维矢量场连续分布的三维矢量场. .采用的数学方法不同采用的数学方法不同: : 3第第1010章章 静电场静电场410.1 电荷电荷 库仑定律库仑定律1. 1. 电荷电荷实验说明实验说明: :自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷自然界中只存在两种电荷：正电荷和负电荷; ; 同性电荷互相排斥，异性电荷互相吸引。同性电荷互相排斥，异性电荷互相吸引。 静电力静电力+-+-+一、电荷一、电荷5带电体的电带电体的电( (荷荷) )量：量：2. 2. 电荷守恒定律电荷守恒定律

3、电荷既不能被创造，也不能被消灭。电荷既不能被创造，也不能被消灭。3. 3. 电荷量子化电荷量子化电子电量电子电量: : 1010-19 -19 C C, 3, 2, 1nneq密立根密立根在孤立系统中在孤立系统中, ,电荷的代数和保持不电荷的代数和保持不变变. .自然界的根本守恒定律之一自然界的根本守恒定律之一6 1.定义：当带电体的线度比起它与其它带电体定义：当带电体的线度比起它与其它带电体 之间的距离来充分小时之间的距离来充分小时,那么称该带电体那么称该带电体 为点电荷。为点电荷。4 4、点电荷、点电荷: :2.2.说明：说明： 1)1)突出影响静电力的主要因素突出影响静电力的主要因素.

4、. 2)“ 2)“充分小充分小是指在测量的精度范围之内，带是指在测量的精度范围之内，带 电体大小电体大小, ,形状的改变不会引起相互作用力形状的改变不会引起相互作用力 的变化。的变化。7二、二、 库仑定律库仑定律( Coulomb Law)1.1.表述表述: : 在真空中，两个静止点电荷之间的相互作用在真空中，两个静止点电荷之间的相互作用 力大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们之间力大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着它们的连线，距离的平方成反比；作用力的方向沿着它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。同号电荷相斥，异号电荷相吸。1785年，年，法法库

5、仑库仑C.A.Coulomb)17851785年，库仑通过扭称实验得到。年，库仑通过扭称实验得到。8 2.2.说明说明: :rerqqkF2211)1)数学表达式数学表达式其中其中, , 为为 方向的单位矢量方向的单位矢量. .rerrq1q2221rqqkF 大小：大小：q1q2电荷电荷2 2 受电荷受电荷 1 1的力的力rerqqkF221rere：从电荷：从电荷1 1指向电荷指向电荷2 2。假设表示假设表示“电荷电荷1 1受电荷受电荷2 2的力的力，表达式仍为：，表达式仍为：rerqqkF221但但re从电荷从电荷2 2指向电荷指向电荷1 1q1q2re10k = 8.9910 9 Nm

6、2c-2 9.010 9 Nm2 c -22)关于关于k 在国际单位制中在国际单位制中: :041k212120mNc1085.841k单位制有理化单位制有理化, ,令令rerqqF221041由此可得到数学表达式由此可得到数学表达式叫做叫做真空电容率真空电容率或或真空介电常量真空介电常量。 011iiiirrqqkF0300q0q1q2F2F1F3. 3. 静电力的迭加原理静电力的迭加原理1 1 表述：假设干点电荷同时存在时，施于某一电表述：假设干点电荷同时存在时，施于某一电荷的力等于各点电荷单独存在时施于该电荷的静电荷的力等于各点电荷单独存在时施于该电荷的静电力的矢量和力的矢量和. . 即

7、：即： 2 2说明：说明： 是独立于库仑定律之外的实验规律是独立于库仑定律之外的实验规律. . 原那么上可求出任意两个带电体之间原那么上可求出任意两个带电体之间 的相互作用力。的相互作用力。r02r011210.2 10.2 静电场静电场 电场强度电场强度一、静电场一、静电场电荷电荷1 1电荷电荷2 2电场电场1 1电场电场2 2产生产生作用作用作用作用产生产生3 3 电场的观点电场的观点电荷是通过电场相互作用的。如图：电荷是通过电场相互作用的。如图：电场F12F21q1q21 1早期：电磁理论是超距作用理论早期：电磁理论是超距作用理论2 2后来后来: : 法拉第提出近距作用法拉第提出近距作用

8、 对放其内的任何电荷都有作用力；对放其内的任何电荷都有作用力； 电场力对移动电荷作功。电场力对移动电荷作功。2.2.静电场静电场 相对于观察者静止的电荷产生的电场。相对于观察者静止的电荷产生的电场。 是电磁场的一种特殊形式。是电磁场的一种特殊形式。二、电场强度二、电场强度 (electric field strength)(electric field strength)空间带电体电量为：空间带电体电量为：Q描述场中各点电场的强弱的物理量是：描述场中各点电场的强弱的物理量是：电场强度。电场强度。0qQP检验检验电荷电荷条件条件 电量充分地小电量充分地小 线度足够地小线度足够地小F检验电荷放到场点检验电荷放到场点P P处，处，检验电荷受力为检验电荷受力为F试验说明：确定场点，比值试验说明：确定场点，比值0qF与试验电荷无关。与试验电荷无关。0qFE电场强度定义：电场强度定义： 静电场中某点的电场强度为一矢量。其大小等于静电场中某点的电场强度为一矢量。其大小等于单位检验电荷在该点所受的电场力单位检验电荷在该点所受的电场力, ,其方向与正电荷其方向与正电荷在该点所受的电场力的方向一致。在该点所受的电场力的方向一致。 即即电场中某点的