电磁学第一章静电场

1、电磁学第一章静电场第1页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五电磁学是普通物理系列中最重要的基础课之一，是电工学、电子学、等离子体物理、磁流体力学、光的电磁理论等的基础，是经典物理的重要组成部分，也是近代物理和许多技术学科不可缺少的基础。课程介绍电磁学课程包括静电场、恒磁场、电磁感应、电磁介质、电路、麦克斯韦电磁场理论、电磁波等内容。第2页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五 * 电磁现象的基本概念和基本规律 * 电荷、电流产生电场、磁场的规律 * 电场和磁场的相互联系 * 电磁场对电荷、电流的作用 * 电磁场对物质的各种效应 电磁学研究对象：第3页，共22页

2、，2022年，5月20日，6点45分，星期五1静电的基本现象与基本规律一、两种电荷：带电体 物质的微观结构: 自由电荷、束缚电荷、载流子带电的过程是电子转移的过程: 摩擦起电、静电感应测量电量：验电器、静电计第4页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五二、电荷守恒定律：电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，也就是说，在任何物理过程中，电荷的代数和是守恒的。说明：1）是一切宏观过程和一切微观过程都必须遵循的基本规律。2）适用于所有的惯性系。电荷是一个相对论性不变量。第5页，共22页，2022年，5月20日，6点45分

3、，星期五三、导体、绝缘体和半导体1、导体：电荷能从产生的地方迅速转移或传导到其它部分的那种物体。2、绝缘体：电荷几乎只能停留在产生的地方的那种物体。3、半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间，且对温度、光照、杂质、压力、电磁场等外加条件极为敏感。四、物质的电结构 ：阅读教材P.4第6页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五一.库仑定律的建立Franklin 首先发现金属小杯内的软木小球完全不受杯上电荷的影响;在Franklin的建议下，Priestel做了实验 提出问题库仑定律第7页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五猜测答案现象与万有引力有相同规律由牛顿力学可

4、知：球壳对放置在壳外的物体有引力，而放置在球壳内任何位置的物体受力为零。类比：电力与距离平方成反比第8页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五设计实验1769年Robison首先用直接测量方法确定电力定律，得到两个同号电荷的斥力 两个异号电荷的引力比平方反比的方次要小些。（研究结果直到1801年发表才为世人所知）第9页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五Cavendish实验1772年Cavendish遵循Priestel的思想设计了实验验证电力平方反比律，如果实验测定带电的空腔导体的内表面确实没有电荷，就可以确定电力定律是遵从平方反比律的即他测出不大于 0.

5、02（未发表，100年以 后Maxwell整理他的大量手稿，才将此结果公诸于世。 第10页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五1785年Coulomb测出结果精度与十三年前Cavendish的实验精度相当库仑是扭称专家;电斥力扭称实验，数据只有几个，且不准确（由于漏电）不是大量精确的实验；与万有引力类比得第11页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五库仑定律的表述 在真空中，两个静止的点电荷q1和q2之间的相互作用力大小和q1 与q2的乘积成正比，和它们之间的距离r平方成反比；作用力的方向沿着他们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。第12页，共22页，2022

6、年，5月20日，6点45分，星期五k是引进单位制后引入的常数。讨论第13页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五上述公式并非都是大量实验的结果，是在事实基础上理性思维的结果。如力的方向：分析点电荷受力：只能沿连线，否则空间旋转180就不对称了注意第14页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五成立条件、适用范围、精度 条件：静止 真空 点电荷第15页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五点电荷：静止：点电荷相对静止，且相对于观察者也静止理想模型（已学过的）质点刚体平衡态（热学）点电荷：忽略了带电体形状、大小以及电荷分布情况的电荷。第16页，共22页

7、，2022年，5月20日，6点45分，星期五真空条件作用：为了除去其他电荷的影响，使两个点电荷只受对方作用。如果真空条件破坏会如何？不仅只有两个电荷；总作用力比真空时复杂些，但由于力的独立作用原理，两个点电荷之间的力仍遵循库仑定律因此可以推广到介质、导体 第17页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五三、说明：1、库仑定律只讨论两个静止（相对观察者和实验室参考系）的点电荷间的作用力。2、库仑定律指出，两静止电荷间的作用力是有心力，它的大小与两电荷间的距离服从平方反比律。3、补充电力叠加原理，利用库仑定律原则上可解决静电学中所有问题。第18页，共22页，2022年，5月20日，6

8、点45分，星期五理论地位和现代含义库仑定律是静电学的基础，说明了 带电体的相互作用问题 原子结构，分子结构，固体、液体的结构化学作用的微观本质， 都与电磁力有关，其中主要部分是库仑力第19页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五电量单位 MKSA制1库仑：当导线中通过1安培稳恒电流时，一秒钟内通过导线某一给定截面的电量为 1C=1As若F=1N, q1=q2=1C, r=1m 则 k=8.9880109Nm2/C2 9.00109Nm2/C2 第20页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五五、 库仑定律以库仑定律为例说明： 一个物理定律建立本身就是物理学取得很大进展的标志物理定律具有丰富、深刻的内涵和外延对于基本定律，我们究竟从那些方面考察？ 第21页，共22页，2022年，5月20日，6点45分，星期五物理定律建立的一般