大学物理：电磁学课件

电磁学一、电磁学发展历史二、电磁学的研究对象、方法、内容三、电磁学于科学技术的密切关系电磁学一、电磁学发展历史二、电磁学的研究对象、方法、内容三、1、古代—18世纪

人们对电磁现象只是原始认识、零星记载。如摩擦起电、雷电、磁铁、指南针等。无实验，不系统。

公元前6世纪希腊学者泰勒斯观察到：布擦过的琥珀能吸引轻小物体。（电现象）四个阶段：1、古代—18世纪；2、18世纪——18193.1820—19世纪末；4、20世纪——一、电磁学发展历史1、古代—18世纪人们对电磁现象只是原始认识、零

中国在公元前4—3世纪，战国《韩非子》中记载：“司南”（天然磁石做成的指向工具）；《吕氏春秋》：“磁石召铁”。

公元前1世纪，王充《论衡》中记有：“顿牟缀芥，磁石引针”字句（顿牟即琥珀，缀芥即吸拾轻小物体）。

宋代沈括改进指南形制，发明了指南针，还发现了地磁偏现象。12世纪，指南针传入阿拉伯和欧洲，为世界文明做出了贡献。（电、磁现象）（磁现象）中国在公元前4—3世纪，战国《韩非子》中记

16世纪，英国的吉尔伯特：制作了第一个验电器以检验物体是否带电；发现了磁石对铁块吸引力与磁石大小成正比；发现了多种物质具有摩擦起电性质；创造Electricity（电）术语。

美国伟大的科学家、政治家和美国独立之父富兰克林（1706-1790）：发现了尖端放电；发明了避雷针；用风筝从雷云中收集电荷给莱顿瓶充电而得到电火花，证明了闪电是一种电现象，统一了天电和地电。16世纪，英国的吉尔伯特：制作了第一个验电器

富兰克林认为：摩擦起电是电在物体之间的转移，从而发现了电荷守恒原理。他第一个用数学上的正负表示两种电荷，首创了导体、充电、放电的术语。

中国古代对雷电的成因、摩擦起电、磁现象都有大量的记载和研究。

“电”字最早见于西周时期的青铜器上的铭文中，实际上是对雷电现象的记录。对“电”赋予科学含义则是在近代西学东渐之后。富兰克林认为：摩擦起电是电在物体之间的转移，从2、18世纪——1819

18世纪中叶，牛顿力学正当辉煌。人们对电力和磁力又有许多猜测。许多科学家意识到“电的吸引遵循与万有引力定律相同的平方反比定律”，但都没有严格的科学论证。

库伦定律的发现才使电磁学真正进入了定量的研究，是电磁学真正成为一门学科的开始。2、18世纪——181918世纪中叶，牛顿力学

库伦设计了精密的扭秤实验和电摆实验，得到了完整的与万有引力定律惊人地相似的库伦定律（电荷相互作用的平方反比定律）

实际上，苏格兰的罗比森和卡文迪许在库伦之前十多年就已经做过电力的定量实验研究，确定了电力平方反比定律，可惜没有及时发表而未对科学发展起到应有的推动作用。

库伦定律是电磁学基本定律之一。库伦设计了精密的扭秤实验和电摆实验，得到了完整

在库伦以后，通过泊松、高斯等科学家的研究，形成了静电场和静磁场的（超距作用）理论。

伽伐尼于1786年发现了电流，后经伏特、欧姆等人发现了关于电流的定律，使电学从静电发展到动电领域。

在1820年以前，电和磁是独立研究的。此前，库伦、安培、托马斯.杨、毕奥等都坚持电和磁的独立性，尽管电作用和磁作用有相似性。然而，电和磁的联系还是受到了关注。富兰克林在1751年发现莱顿瓶放电可以使钢针磁化，英国戴维斯发现磁铁能吸引或排斥碳棒电极间的弧光。在库伦以后，通过泊松、高斯等科学家的研究，电和磁究竟有没有联系？

奥斯特,丹麦物理学家

HansChristianOersted深受康德哲学关于“自然力”统一观点的影响，试图找出电、磁之间的关系

奥斯特做出了一项划时代意义的发现！3.1820—19世纪末

奥斯特认为自然界各种基本力是可以相互转化的，深信电和磁有某种联系。1820年，他做起了电生磁的实验。电和磁究竟有没有联系？奥斯特,丹麦物理学家Ha

开始以为电流磁效应是纵向的，企图用通电导线吸引前方的磁针，结果毫无动静。后来在演讲时，把磁针放在导线侧面，接通电源时，突然发现磁针向垂直于导线的方向偏转。

经过反复实验，终于发现电流磁效应沿着围绕导线的螺旋方向。开始以为电流磁效应是纵向的，企图用通电导线吸引

奥斯特的发现，为物理学新的大综合（电和磁）开辟了道路。法拉第评价说：“猛然打开了科学中黑暗领域的大门”。（大量的未知物理现象及规律！）

此后，毕奥、萨伐尔、拉普拉斯、安培又对电流磁效应做了进一步定量研究，形成了更系统的理论体系。

电流的磁效应又引起了逆向思考：磁能否生电？菲涅耳、安培、阿拉果等做了大量实验。直到十年后，英国的法拉第和美国的亨利才发现磁生电即电磁感应现象。奥斯特的发现，为物理学新的大综合（电和磁）开辟

亨利比法拉第早一年发现电磁感应，但没有发表。法拉第不但独立地发现了电磁感应，而且其工作深度和广度远远超过亨利。因此，人们把发现电磁感应的功劳归于法拉第。

法拉第1821年研制出电旋转器（历史上第一台电动机）。以后年复一年进行一系列磁生电的实验。直到1831年8月29日，终于发现了电磁感应。1831年11月24日，他向皇家学会系统地报告了他的发现：

变化的电流、变化的磁场、运动的稳恒电流、运动的磁铁、磁极附近的导线都可以感生出电流。亨利比法拉第早一年发现电磁感应，但没有发表。法

法拉第还提出了力线和场的概念，进一步揭示了电与磁的联系，对电磁学乃至整个物理学的发展都有重要影响。

在库伦、安培、毕奥、法拉第等研究的基础上，麦克斯韦集前人之大成，于19世纪80年代，创造性地提出了感生电场和位移电流的假说，以他的数学天赋，建立了一套电磁学方程组（麦克斯韦方程组），形成了完整的电磁学理论，使人类对电磁现象的认识达到了一个前所未有的高度。法拉第还提出了力线和场的概念，进一步揭示了电

所有电磁学问题都归结于解麦克斯韦方程，其地位相当于力学中的牛顿定律地位。由该方程组还预言了电磁波的存在，并且得到了电磁波的传播速度与光速相同，从而把电、磁、光统一于一体。

麦克斯韦电磁理论是自牛顿实现天上和地上物体运动的统一后的又一次大统一。他的理论成果也是现代无线电电子技术和通信技术的理论基础。（麦克斯韦——牛顿、爱因斯坦以外的第三位为巨人）。所有电磁学问题都归结于解麦克斯韦方程，其地位4、20世纪——20世纪初，现代物理（相对论和量子力学）的诞生，又使电磁学得到了进一步的发展。

爱因斯坦的相对论不但使人们对牛顿力学有了更全面的认识，也使人们对电磁现象和理论有了更深刻的理解。

由相对论可以证明，电磁规律遵守洛仑玆变换，从不同的参考系观测，同一电磁场可以表现为只有磁场、或只有电场、或电场与磁场并存。说明电磁场是一个高度统一的实体，电场和磁场不可分割。4、20世纪——20世纪初，现代物理（相对论和

将量子力学和电磁学结合又形成了量子电动力学，可以解决微观系统的运动问题，结合相对论理论，可以处理微观高速运动问题。将量子力学和电磁学结合又形成了量子电动力学，可

对象：电磁场规律及物质电磁性质

方法：实验事实—抽象概念----总结规律----逻辑推理-----用于实例

主要内容：（1）静电场、稳恒磁场、变化的电磁场等；（2）电磁场与物质的相互作用；（3）电路二、电磁学的研究对象、方法、内容对象：电磁场规律及物质电磁性质二、电磁学的研究对象、方法、

没有麦克斯韦，就没有现代通讯和电子技术，许多高新技术也只是空谈。没有法拉第，就没有电力照明。一句话，没有物理学就不可能有现代社会文明。社会进步依赖于物理学的发展。三、电磁学于科学技术的密切关系

电磁学与科学技术的关系主要体现在：1.电能易转化和远距离输送（方便）没有麦克斯韦，就没有现代通讯和电子技术，许多2.电磁仪表灵敏度高（便于测量）3.电磁波传播迅速（通讯）4.物质微观结构基础（与材料、物质科学密切相关）量子力学结合电磁学。研究材料性能必然涉及微观电磁结构。带电系统2.电磁仪表灵敏度高（便于测量）3.电磁波传播迅速（通讯）4大自然的一个奥妙——平方反比定律万有引力

宇宙中天体的运行（地球上物体的重力）受引力平方反比定律支配。是保守力、有心力，机械能守恒、角动量守恒成立。如果不是平方反比，如果是3次方反比呢？宇宙还会是现在的摸样吗？卫星、航天器还会稳定地运行吗？想一想！大自然的一个奥妙——平方反比定律万有引力宇宙奇特的是：电相互作用遵循的库仑定律也是平方反比定律：磁相互作用遵循的规律也是平方反比定律以上是电磁学中最基本的实验规律？

由以上基本的实验规律可以分别得到电的、磁的环流定理和高斯定理，加上法拉第定律（是磁的环流定理的一部分）。引进电、磁场的概念后，又得到麦克斯韦方程组。奇特的是：磁相互作用遵循的规律也是平方反比定律以上是电磁学中

如果不是平方反比？是其他次方反比或别的形式？现在形式的高斯定理和环流定理就不存在（推导高斯定理时，正好是平方反比，能约掉一些东西），就没有麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组的意义在于预言电磁波的存在且电磁波传播速度是光速。

试问：如果没有电磁平方反比定律，电磁光能统一吗？还有现代通信技术吗？还有电视台、电视机、收音机、手机等通信手段吗？

物理知识的重要可见一斑！想一想！如果不是平方反比？是其他次方反比或别的形式？现

为什么宇宙中引力、电磁力都一样遵守平方反比定律呢？它们有内在联系吗？能统一吗？是否在本质上属于一种力呢？宇宙中物质相互作用归纳起来有四种，引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。弱电相互作用已经统一。实际上在宇宙诞生初期，四种相互作用是统一的，宇宙是混沌的。后来逐渐分化为四种相互作用，以后出现各种基本粒子、原子、分子、组成天体、宇宙演变成现在状态，我们生存的地球呈现出千姿百态的景象。

想一想！为什么宇宙中引力、电磁力都一样遵守平方反比定律

爱因斯坦相信四种相互作用能统一——大统一理论。大统一理论是物理学家追求的一个目标！爱因斯坦相信四种相互作用能统一——大统一理论

电磁学理论建立在三大实验定律基础之上。三大实验定律是库伦定律、毕奥-萨伐尔定律、法拉第定律。由此得出电场高斯定理、磁场高斯定理。最后是麦克斯韦方程组。——学习电磁学的大框架。电磁学的主线条1.基本电现象、库仑定律——电场概念及其描述（电场强度、电势及计算）——电场性质（高斯定理、环流定理及其应用）——电场与物质相互作用规律（导体、电介质）——电场和非静电场作用下导体中的电流及其规律。电磁学理论建立在三大实验定律基础之上。三大实验2.基本磁现象——磁场概念及描述（磁感应强度及计算、毕奥萨伐尔定律）——磁场性质（高斯定理、环流定理及应用）——磁场对电流、运动电荷的作用——磁场与物质相互作用（磁介质）。

3.法拉第定律——感应电动势及本质、感生电场———静电场、稳恒磁场、变化的电磁场高斯定理和环流定理——麦克斯韦方程——电磁学理论体系。2.基本磁现象——磁场概念及描述（磁感应强度及

第一章静电场的基本规律本章学习思路1、什么是电荷、带电体；电荷有何性质；带电体之间的作用遵守什么规律（与万有引力作用有何相似之处）；电相互作用通过什么传递；

2、电场有何性质，如何描述电场（电场看不见，从什么角度描述）。反映电场性质的基本数学定理？（两个定理）

3、两个描述电场的基本物理量——场强、电势。场强、电势图示法场强、电势的基本计算方法如何？第一章静电场的基本规律本章学习思路1-1静电场基本现象和基本实验规律一、电荷及基本性质

很久以前，人们发现两种不同材料摩檫后，可以吸引轻小物体（如纸屑、毛发等）。物体具有这种吸引轻小物体的性质，就说它“带了电”或“有了电荷”，带电的物体叫带电体（电荷）使物体带电叫起电，如摩檫起电、感应起电。研究发现，电荷有如下性质：1、电荷两种，+同斥异吸+++1-1静电场基本现象和基本实验规律一、电荷及基本性质

历史上规定：玻璃棒被丝绸摩擦带“+”电，被毛皮摩擦带“”电。带电多少——电量Q或q单位C2、电荷量子化

实验证明，宏观物体带电本质是微观带电粒子的转移，带电种类源于微观粒子电荷种类。物质分子原子

现代物理证明：原子核核外电子质子中子

质子、电子——电荷携带者，自然界还有反质子和正电子。如果规定相反？反物质？历史上规定：玻璃棒被丝绸摩擦带“+”电，被毛皮摩擦带密里根1913年测出（油滴实验）：

任何带电体

电量是最小单元的整数倍电荷的变化是不连续的视为连续理论上预言存在分数电荷：至今未发现。正常情况下，物体任何宏观小部分显中性巧妙的测量方法！（物理实验）密里根1913年测出（油滴实验）：任何带电体电量是最小单3、电荷守恒

实验证明：在一个与外界无电荷交换的系统内，正负电荷代数和在任何物理过程中保持不变。——电荷守恒定律4、相对论不变性

实验证明：在不同参照系中观察，同一电荷电量不变。二、库仑定律

库仑定律是电磁学的一条基本实验定律，与毕奥—萨伐尔定律、法拉第电磁感应定律一道构成了电磁学理论的实验基础。电磁学理论体系在此基础上形成。3、电荷守恒1785年，法国的库仑通过实验总结了两点电荷之间的作用力公式——库仑定律。点电荷——理想模型即电荷集中于一点的带电体。

当一个带电体的线度相对于它到其它带电体的距离而言，足够小时，其形状大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，可以视为点电荷。目的是使问题简化。类似于质点模型。18世纪中叶以后，人们着手研究电荷之间的相互作用力的定量规律，最先研究的是静止电荷之间的作用力。研究静止电荷之间相互作用的理论叫静电学。1785年，法国的库仑通过实验总结了两点电荷之间库仑定律表述：

自由空间中两个静止点电荷之间的作用力（斥力或吸力，称库仑力）与它们的电量成正比，与它们之间的距离成反比，方向沿着它们的连线。库仑力大小：方向：连线，同斥异吸库仑定律表述：库仑力大小：方向：连线，同斥异吸方向：连线，同斥异吸矢量公式：方向：连线，同斥异吸矢量公式：三、静电力叠加原理

库仑定律是两个点电荷之间的作用力规律。当空间存在多个电荷时，其中两个电荷之间的作用力是否会受另外其它电荷的影响呢？三、静电力叠加原理库仑定律是两个点电荷之间的作

实验表明：两个点电荷间的作用力将不受第三个电荷的影响。作用于某点电荷的总静电力等于其它电荷单独存在时作用于该电荷的矢量和。——静电力叠加原理（独立于库仑定律之外）推广：

实验表明：两个点电荷间的作用力将不受第三个

电荷或带电体之间的相互作用力是如何传递的？电荷或带电体之间的相互作用力是如何传递的？1-2静电场及其描述一、电场的概念

在非接触的两电荷间的作用力是如何传递的呢？

日常中，手推车、马拉车、两物体摩擦都有接触。宏观上，弹性力、摩擦力都是接触力。这种力的作用叫“接触作用”或“近距作用”

而电磁力、重力不需要接触能够发生。这种宏观非接触力如何发生？历史上有过两种观点：1-2静电场及其描述一、电场的概念“超距作用观”——无需媒质、时间，直接作用“近距作用观”——通过媒质“以太”传递（以太绝对静止，无处不在）

现代物理证明：上述两种观点都错。电磁力传递快（以光速传递），并非不需要时间，“以太”也不存在。

电磁力是通过“场”来传递的（实际上媒介是光子—电磁场的量子）“超距作用观”——无需媒质、时间，直接作用电荷电荷电场

电场是存在于电荷周围的一种特殊物质。对引入场中的其它电荷以作用。虽与实物（电子、质子、中子构成的物质）不同，却是一种物质形态。

物质性表现在：（1）具有能量、质量、动量，且在场中过程，能量、质量、动量守恒。（2）与实物可以转换，如电荷电荷电场电场是存在于电荷周围的一种特殊物质

与实物有别：实物具有不可入性场可以叠加，可以同时占据同一空间静电场——相对于观察者静止的电荷产生的电场如何描述电场及其性质？电场的主要表现：

（1）对引入场中的带电体有作用力（力的性质）

（2）对在场中移动的带电体做功（能量的性质）与实物有别：实物具有不可入性场可以叠加，可以同时占据同一空

本章将从力和能量的角度分别对静电场进行定量描述与研究，从而引进电场强度和电势两个重要的物理量。二、电场强度（从力的角度描述电场）

现用试探电荷在场中的受力情况研究各点场的性质。为保证测量准确，须满足两个条件：（1）数值足够小，不影响原有电荷分布。（2）线度足够小，能反映某点的场的性质。本章将从力和能量的角度分别对静电场进行定量描述

试验结果：（1）某点

（2）不同点不同，（反映了场中各点力的性质）定义：

称为电场强度即单位正电荷所受的电场力（N/C,V/m)试验结果：（1）某点（2）不同点不同，（反映了场中各点注意：

数值应足够小，否则例如：带电金属球不足够小注意：数值应足够小，否则例如：带电金属球不足够小

空间存在多个带电体，某点的电场强度如何计算？空间存在多个带电体，某点的电场强度如何计算？三、电场强度叠加原理得

n个点电荷产生的电场中某点的电场强度等于每个电荷单独存在时在该点所产生的电场强度的矢量和。——电场强度叠加原理三、电场强度叠加原理得n个点电荷产生的电场中某四、电场强度计算基本方法（叠加法）1、点电荷电场强度由库伦定律方向

（基础）四、电场强度计算基本方法（叠加法）1、点电荷电场强度由2、点电荷组电场强度

方法一：多边形法则或多次平行四边形法则。麻烦！根据叠加原理：2、点电荷组电场强度方法一：多边形法则或多次平行四

方法二：正交投影分解合成方法二：正交投影分解合成大学物理：电磁学课件3、连续带电体电场强度

视为无限多点电荷组成。即

“点电荷组”3、连续带电体电场强度视为无限多点电荷组成。对照点电荷组连续带电体对照点电荷组连续带电体大学物理：电磁学课件五、由分布求带电体在电场中的受力点电荷连续带电体

五、由分布求带电体在电场中的受力点电荷连续带电六、电场图示法（形象描述）——电力线由可知空间分布，但不直观

为了直观地反映空间各点的大小和方向，引入电力线概念形象地描述分布。电力线绘制规则：切向//六、电场图示法（形象描述）——电力线由可知空间分布几种典型的电力线：正电荷负电荷等量异号平行带电板几种典型的电力线：正电荷负电荷等量异号平行带电板

带电直线

电力线实验显示等量同号电荷等量异号电荷带电直线电力线实验显示等量同号电荷等量异号电电力线性质：

（1）从正电荷（或无穷远）发出终止于负电荷（或伸向无穷远）。

（2）在没有电荷存在的地方，任何两电力线不相交（因为任一点场强只有一个方向）。

（3）电力线不闭合，不会在没有电荷的地方中断。

思考：电力线是电场强度方向，与电荷受力方向平行。那么，电力线与电荷运动轨迹相同吗？电力线性质：（1）从正电荷（或无穷远）发出终止于负

电力线切向是电场强度方向，在电场中运动的电荷受力方向沿切向即加速度方向；运动轨迹的切向是速度方向。七、电偶极子问题

电偶极子是一个特殊的点电荷组，也是一种理想模型1、等量异号电荷系统的电场电力线切向是电场强度方向，在电场中运动的电延线P点中⊥线上Q点：

延线P点中⊥线上Q点：2、电偶极子

令两相距很近的等量异号电荷系统叫电偶极矩。叫电偶极子。（理想模型）2、电偶极子令两相距很近的等量异号电荷系统叫电偶极矩。叫电大学物理：电磁学课件任一点任一点3、偶极子在外电场中的力矩3、偶极子在外电场中的力矩1-3电场强度、电场力计算举例掌握基本方法！利用点电荷公式叠加（叠加法）1-3电场强度、电场力计算举例掌利用点电荷公式叠加利用点电荷公式叠加一、点电荷组例题1：求右图中垂线上最大场强解：一、点电荷组例题1：求右图中垂线上最大场强解：例题2：求图中P点场强解：例题2：求图中P点场强解：思考：二、连续带电体例题1：右图，四分之一圆弧带电，半径，求圆心处场强。解：思考：二、连续带电体例题1：右图，四分之一圆弧带电解：解：例题2：求均匀带电直线（电量）延长线上的场强解：例题2：求均匀带电直线（电量）延长线上的场强解：例题3：右图

均匀带电直线（电荷线密度）求任一点的场强。解：例题3：右图均匀带电直线（电荷线密度）求任一点大学物理：电磁学课件大学物理：电磁学课件讨论：（1）讨论：（1）（点电荷）（无限长）此时

（点电荷）（无限长）此时（2）半无限长端面上（2）半无限长端面上思考：右下图P点场强以上抵消思考：右下图P点场强以上抵消例题4：

（1）求均匀带电圆环（半径，电荷）轴线上的电场。（2）求均匀带电圆盘（半径，电荷面密度）轴线上的电场（1）（2）例题4：（1）求均匀带电圆环（半径，电荷解：（1）由对称性，点电荷圆心处E=0（1）解：（1）由对称性，点电荷圆心处E=0（1）（2）视为无限多带电圆环构成圆环电量

根据电量q、半径R的圆环轴线上场强表达式：（2）视为无限多带电圆环构成圆环电量根据电量q另解：视为点电荷叠加另解：视为点电荷叠加讨论：（级数展开，取前两项）讨论：（级数展开，取前两项）思考：例题5：求右图带电球面球心处场强。解：圆心处场强？变思考：例题5：求右图带电球面球心处场强。解：圆心处场强？变由对称性分析E方向向下由对称性分析E方向向下练习：均匀带电球面球心处的场强？练习：均匀带电球面球心处的场强？三、电场力计算例题1：求证：图中两电偶极子间作用力证：由前面的例题已知：电偶极子延长线上的场强为此处，在处产生的场强为视为整体；视为两个点电荷；三、电场力计算例题1：求证：图中两电偶极子间作用力证：由前面证毕证毕例题2：

求均匀带电圆环与其轴线上均匀带电直线之间的作用力。解：圆环轴线上场强为例题2：求均匀带电圆环与其轴线上均匀带电直线之间的1-4电通量高斯定理

电荷是激发电场的源头。场与源有何关系？表示某点的场与源（空间电荷）的关系。那么，就总体而言，整个空间的场源关系如何？这是高斯定理表述的内容。

高斯定理在理论上和实际应用上都很重要，而且是麦克斯韦方程组的组成部分。为阐述高斯定理，先引入电通量概念。1-4电通量高斯定理电荷是激一、电通量定义：通过某面积的电力线数目称为该面积的电通量。1、均匀场中的平面积根据前面画电力线的规定：一、电通量定义：通过某面积的电力线数目称为该面积的电通量。1大学物理：电磁学课件2、任意场中的曲面积（小，均匀）2、任意场中的曲面积（小，均匀）3、闭合曲面

以曲面外法线为正，则电力线穿出为正。注意：是标量，非点函数（与面积对应）矢量场通量如3、闭合曲面以曲面外法线为正，则电力线穿出为正能流电流电位移通量磁通量流体流量二、高斯定理闭合曲面电通量与空间电荷的关系即场源关系表述：电场中任一闭合曲面的电通量等于该闭合曲面内电荷的代数和除以，与闭合曲面外电荷无关。能流电流电位移通量磁通量流体流量二、高斯定理闭合曲面电通量与推导（不严格）：从特例出发，

库仑定律+叠加原理第一步：q于球面中心，成立成立推导（不严格）：从特例出发，库仑定律+叠加第二步：q被任意曲面包围，成立

通过任意曲面S的电通量（电力线数目）与球面的相同。成立第三步：q在任意曲面S外，成立

进出电力线数目相等，代数和为0.成立第二步：q被任意曲面包围，成立通过任意曲面S第四步：n个电荷在任意曲面S内，k-n个电荷在S外。S上某点：成立=0S上某点场强是内外电荷的电场叠加第四步：n个电荷在任意曲面S内，k-n个电荷在S外。S上某点强调：（1）库仑定律（平方反比）+叠加原理高斯定理（2）只与S内电荷有关，但是S内外电荷共同产生的。（区别与的积分）强调：（1）库仑定律（平方反比）+叠加原理高斯（3）静电场是有源场，q是发出（汇聚）电通量之源。定理的核心思想。静电场的根本性质之一麦克斯韦方程组的组成部分！（4）（3）静电场是有源场，q是发出（汇聚）电通量之源。定理的核心1-5电通量计算与高斯定理应用举例一、电通量计算方法：（1）（均匀场，平面积）（2）利用

例题1：求（1）S的电通量；（2）的电通量。（1）（2）1-5电通量计算与高斯定理应用举例一、电通（1）（2）解：（1）（2）（1）（2）解：（1）（2）例题2：（1）q于立方体中心，求每个面电通量。（2）q于立方体顶角，求每个面电通量。（3）求圆面的电通量（1）（2）（3）例题2：（1）q于立方体中心，求每个面电通量。（2）q于立方解：（1）（2）与邻面，（1）（2）解：（1）（2）与邻面，（1）（2）（3）练习：求侧面电通量球冠面积（3）练习：求侧面电通量球冠面积例题3：已知求立方体中电量。解：有五个面电通量为0二、高斯定理用于求解特殊对称性问题的场强

高斯定理在理论上有重要意义。有时用于求解场强（特殊对称）也十分方便。例题3：已知求立方体中电量。解：有五个面电通量为0二、高斯定合适SE在S上等值且S三类对称性问题：掌握基本方法！S球对称问题：电荷分布、电场分布球对称合适SE在S上等值且S三类对称性问题：掌握基本方法！SS轴对称问题：电荷、电场分布关于轴对称平面对称问题：电场分布关于平面对称SS轴对称问题：电荷、电场分布关于轴对称平面对称问题：电场分（一）球对称问题例题1：求下述问题的场强（1）点电荷；（2）电荷、半径的均匀带电球面；（3）电荷、半径的均匀带电球体。（一）球对称问题例题1：求下述问题的场强（1）点电荷解（1）设高斯球面S，S上E等值解（1）设高斯球面S，S上E等值（2）

视为无限多点电荷构成由对称性分析，场强沿半径方向，且垂直于高斯面。带电球面外，相当于点电荷。均匀带电球面（2）视为无限多点电荷构成由对称性分析，场强沿半径方向，（3）

均匀带电球体（3）均匀带电球体大学物理：电磁学课件练习：与上例同，只是分区计算电荷。有厚度带电球壳练习：与上例同，只是分区计算电荷。有厚度带电球壳同心带电球面同心带电球面电荷密度沿半径方向变化如作业题电荷密度沿半径方向变化如作业题大学物理：电磁学课件成立电荷和场强分布均无球对称性思考：高斯定理是否成立？能否用高斯定理求解场强？成立电荷和场强分布均无球对称性思考：高斯定理是否成立？（二）、轴对称问题（场强关于轴是对称的）例题2：求下列带电体场强分布（1）无限长均匀带电直线（电荷线密度）（2）无限长均匀带电圆柱面（电荷面密度、半径）（3）无限长均匀带电圆柱体（电荷体密度、半径）（1）（2）（3）（二）、轴对称问题（场强关于轴是对称的）例题2：求下列带电体解（1）：

视为无限多点电荷组成。根据对称性分析，场强方向垂直于直线，关于直线对称，取圆柱高斯面。场强垂直于圆柱侧面且等值。解（1）：视为无限多点电荷组成。根据对称性分析，场强（2）

（2）（3）

视为无限多圆柱面构成，场强关于轴线对称，沿半径向外。与均匀带电球比较（3）视为无限多圆柱面构成，场强关于轴线对称思考：分区计算电荷无限长思考：分区计算电荷无限长无限长无限长无限长圆柱体内电荷密度沿半径方向变化想一想？无限长圆柱体内电荷密度沿半径方向变化想一想？（近处）有限长带电直线能用高斯定理求场强吗？思考：有限长带电圆柱面、圆柱体？想一想？成立没有轴对称性场强（近处）有限长带电直线能用高斯定理求场强吗？思考：有限长带电三、平面对称性例题3：（1）无限大均匀带电平面（电荷面密度）；（2）无限大均匀带电平板（电荷体密度，厚度）解（1）：

视无限多点电荷构成。由对称性，电场垂直平面向外。取柱形高斯面。S三、平面对称性例题3：（1）无限大均匀带电平面（电荷面密度

平面两侧为均匀电场。电力线垂直圆柱高斯面底面，侧面电通量为0.问：有限大带电平面能用高斯定理求场强吗？成立平面两侧为均匀电场。电力线垂直圆柱高斯面底面，侧面（2）

视为无限多带电平面构成。由对称性分析，场强垂直平面向外，两侧对称分布。无限大均匀带电平板（2）视为无限多带电平面构成。由对称性分析，场强垂对称面对称面（四）高斯定理+电场叠加原理求场强

有时不能直接用高斯定理求场强。但可以分别用高斯定理求各带电体场强，再叠加求复杂带电体场强。例题4：ⅠⅡⅢⅠⅡⅢ解：求两平行均匀带电平面的场强0

AB总（四）高斯定理+电场叠加原理求场强有时不能直接用高思考：叠加原理思考：叠加原理大学物理：电磁学课件d相互作用力？不能重复算电场！叠加？思考：d相互作用力？不能重复算电场！叠加？思考：例题5：在均匀带电球体内挖一球形空腔，求腔内场强解：能直接用定理求解吗？（S上场强没有对称性）应该如何求解？？想一想否！例题5：在均匀带电球体内挖一球形空腔，求腔内场强解：能直接用方法：视为两个带相反电荷的球体叠加（补偿法）。两个均匀带电球体电场均由高斯定理求出场强，再叠加。球内空腔内P点在两个球内！均匀带电球体的场强分布方法：视为两个带相反电荷的球体叠加（补偿法）。球内空腔内P点

可以视为两个带电球体（电荷密度相同、带相反电荷）产生的场强叠加。腔内任一点P点场强为：可以视为两个带电球体（电荷密度相同、带相反电荷）产练习：

能直接用定理求解吗？否！练习：能直接用定理求解吗？否！例题6：求均匀无限长带电平板中垂面上场强。无限长？想一想能否用高斯定理直接求解？无特殊对称性！例题6：求均匀无限长带电平板中垂面上场强。无限长？想一想能否无限长解：视为无限多带电直线叠加掌握基本方法！

高斯定理求带电直线场强结果：无限长解：视为无限多带电直线叠加掌握基本方法！高斯定无限长无限大带电平面无限长无限大带电平面练习：无限长带电直线叠加无限长带电平板练习：无限长带电直线叠加无限长带电平板（对称性）无限长半圆柱面轴线上场强？带电直线叠加练习：（对称性）无限长半圆柱面轴线上场强？带电直线叠加练习：例题7：

如图，无限长带电圆柱面，电荷面密度求轴线上场强。解：视无限多带电直线场强叠加例题7：如图，无限长带电圆柱面，电荷面密度求轴线上场大学物理：电磁学课件例题8：

一带电平板，如图，电荷体密度为求板外场强。解：

视为无限多带电平面产生的场强的叠加。例题8：一带电平板，如图，电荷体密度为注意：在求解电场强度时，一定要分析用什么方法。是点电荷叠加法、还是高斯定理法？高斯定理只能用于求三种对称性问题的场强。认真学习例题。

高斯定理求三种对称性问题的场强：注意：高斯定理求三种对称性问题的场强：叠加法：叠加法：1-6电势

从能量角度描述电场，则引入电势一、静电力做功特征与保守性

现将试验电荷在电荷的电场中从移到。所以，静电力做功与路径无关1-6电势

如果在任意带电体系（视为n个点电荷构成）的场中，移动

所以，做功仍然与路径无关（保守力）如果在任意带电体系（视为n个点电荷构成）的场中——静电场环流定理保守力——静电场环流定理保守力

表述：在静电场中，电场强度沿闭合路径一周的线积分等于0.表述：在静电场中，电场强度沿闭合路径一周的线积分注：

（1）静电场是保守场（静电力是保守力）。可以引入势能。

（2）库仑定理+叠加原理结果。（3）与静电力线不闭合性质等价。如果闭合（矛盾）取电力线为闭合积分路径麦克斯韦方程组的组成部分！定理的核心思想；静电场的根本性质之一注：（1）静电场是保守场（静电力是保守力）。可以引入势二、点电荷在静电场中的电势能力学：重力、引力、弹簧力是保守力，可引进势能。静电场：（与激发电场的电荷系统的相互作用能）二、点电荷在静电场中的电势能力学：重力、引力、弹簧力是保守力

上式只给出势能之差。要给出各点的势能，必须选择参考点C（规定)P点电势能即把从P移到C，电场力做的功。上式只给出势能之差。要给出各点的势能，必须选择参考点注：

点电荷在某点电势能WP属于该点电荷与电场（或激发该电场的电荷）构成的系统WP是相对的，与参考点C的选择有关系统注：点电荷在某点电势能WP属于该点电荷与电场（或三、电势电势差在特定的场中，某点但不变，

是位置的标量函数，反映电场性质（从能量角度）定义：电势

（伏）

意义：单位正电荷的电势能单位正电荷从P到C，电场力做的功从P到C，场强的线积分C——参考点三、电势电势差在特定的场中，某点但不变，是位置的标电势差：

意义：单位正电荷从a到b，电场力做的功从a到b，场强的线积分已知电势分布，可求：前面有电势差：意义：单位正电荷从a到b强调：（1）U相对的，与C有关，与C无关。无特殊声明，C取无穷远。实际应用中，取地、机壳为参考点C。但无限大带电平面等，C不能取无穷远。强调：（1）U相对的，与C有关，与C无关。无特殊声明，C取（2）U—标量位置点函数（区别场强）（3）

当

（4）沿力线U↓

（5）U引入是必然结果（2）U—标量位置点函数（区别场强）（3）当（4）沿力线四、电势计算基本方法（一）叠加法1、点电荷不能认为正电荷在空间各点产生的电势一定是正的，不但与电荷正负有关，还与参考点位置有关四、电势计算基本方法（一）叠加法1、点电荷不能认为正电荷在空注：是q0与q相互作用能例如

参考点在无穷远时，正电荷电势为正，负电荷电势为负注：是q0与q相互作用能例如参考点在无穷远时，正2、点电荷组电势叠加原理——电势叠加原理

即多个点电荷（或多个带电体）产生的电势等于各点电荷（或带电体）单独存在时在该点电势代数和。区别！2、点电荷组电势叠加原理——电势叠加原理3、连续电荷（二）已知E分布积分求U

当E沿路径分布已知，或可求出E的分布时，先求E再求U。1-7电势计算举例一、叠加法求电势区别！3、连续电荷（二）已知E分布积分求U当E沿路径分由点电荷电势叠加求复杂带电体系的电势例题1：求电偶极子电场中任一点P的电势解：由点电荷电势叠加求复杂带电体系的电势例题1：求电偶极子电场中例题2：如图（2）U=0位置（电荷连线方向上）；（3）

解：（1）

(2)分析：U=0的位置可以在两电荷连线之间，或连线外。例题2：如图（2）U=0位置（电荷连线方向上）；（3）解：

（3）

（3）练习：比较与

练习：比较与（1）（2）（3）例题3：求（1）均匀带电圆环轴线上电势分布。（2）带电圆弧圆心处电势（3）均匀带电直线延长线上电势分布解：（1）回顾电场强度求法有何区别（1）（2）（3）例题3：求（1）均匀带电圆环轴线上电势分布（2）（3）（2）（3）（2）（3）（2）（3）练习：（两段迭加）

练习：（两段迭加）大学物理：电磁学课件二、由E积分求U已知E沿积分路径的分布，或用高斯定理能求出E沿积分路径的分布例题4：求（1）均匀带电球面的电势分布；（2）均匀带电球体的电势分布。（1）（2）二、由E积分求U已知E沿积分路径的分布，或用高斯定理能求出E解：（1）均匀带电球面场强分布：（1）（高斯定理结果）相当于点电荷解：（1）均匀带电球面场强分布：（1）（高斯定理结果）相当于（2）（高斯定理结果）（2）（高斯定理结果）相当于点电荷思考：U分布？方法一电势叠加相当于点电荷思考：U分布？方法一电势叠加方法二三段积分两段积分一段积分方法二三段积分两段积分一段积分例题5：

右图为两平行的无限大带电平面，求电势分布。（1）以为参考点；（2）以为参考点。解：分析：以为参考点（两平面间）（两平面外）以为参考点电场已知例题5：右图为两平行的无限大带电平面，求电势分布。（以为参考点（1）以为参考点（1）（2）以为参考点4-20（2）以为参考点4-20已知E沿积分路径的分布，或用高斯定理能求出E沿积分路径的分布已知E沿积分路径的分布，或用高斯定理能求出E沿积分路径的分布例题6：如图（1）无限长带电直线的电势分布（参考点）（电荷线密度）（2）同轴无限长带电圆筒的电势分布（参考点：外筒）（电荷线密度分别为，半径分别为）ⅠⅡⅢ（2）（1）例题6：如图（1）无限长带电直线的电势分布（参考点（1）解：（1）（1）解：（1）（2）ⅠⅡⅢ（2）（两筒电势差）（2）ⅠⅡⅢ（2）（两筒电势差）例题7：已知解：实际上是均匀带电圆环轴线上电势例题7：已知解：实际上是均匀带电圆环轴线上电势例题8：如图（1）、哪点电势高？（2）负电荷从移到，电场做正功还是负功？解：（1）（2）例题8：如图（1）、哪点电势高？（2）负电荷从三、由已知U结果再叠加求复杂带电体的U例题9：如图，求：（1）两同心带电球面的电势分布。（2）均匀带电球面的球心处有点电荷，球内任一点的电势（1）（2）三、由已知U结果再叠加求复杂带电体的U例题9：如图，求：（1解：（1）（1）叠加原理解：（1）（1）叠加原理（2）（2）思考：两球体电势叠加利用均匀带电球体电势公式（2）（2）思考：两球体电势叠加利用均匀带电球体电势公式例题10：求均匀带电圆盘轴线上的电势分布。解：或

（无限多圆环叠加）（无限多点电荷叠加）思考：例题10：求均匀带电圆盘轴线上解：或（无限多圆环叠加）（无例题11：

如图，均匀带电圆锥面。求尖锥处电势。解：视无限多圆环构成例题11：如图，均匀带电圆锥面。求尖锥处电势。解：视1-8等势面场强与电势的关系一、等势面

用电力线可以形象地描述场强分布，同样可以用一组图形或几何方法描述电势分布，且电力线与等势面有关系等势面——电场中电势相同的点构成的曲面+1-8等势面场强与电势的关系一、等势作心电图时人体的等势面分布电偶极子的电场线和等势面等势面性质：（1）与电力线处处垂直作心电图时人体的等势面分布电偶极子的电场线和等势面等势面性质等势面证：(2)电力线由高等势面指向低等势面（指向电势降低的方向）12证：沿电力线（沿力线U↓）等势面证：(2)电力线由高等势面指向低等势面（指（3）等势面密处场强大（电力线也密），稀处场强小。证：+（3）等势面密处场强大（电力线也密），稀处场强小。证：+二、场强与电势的微分关系积分关系

U是的积分，应是U的微分？U是标量点函数，沿各个方向是变化的，不同的方向，变化率不同。现引入方向导数表示函数沿某方向的变化情况。不同方向，同样距离，函数增量不同。二、场强与电势的微分关系积分关系U是的积分，应是U的微分？

方向电势的方向导数：

方向（垂直等势面）电势的方向导数：可见，场中某点存在一最大的方向导数（垂直于等势面的方向），其它方向的方向导数是其投影。方向电势的方向导数：方向（垂直等势面由此，引入一矢量，称为电势梯度：（电势增加最快的方向）由此，引入一矢量，称为电势梯度：（电势增加最快的方向）与关系如何？而等势面指向的方向即显然：

与关系如何？而等势面指向的方直角坐标系中例如：点电荷

直角坐标系中例如：点电荷令——梯度算符∴已知，可求求解电场强度的又一方法令——梯度算符∴已知大学物理：电磁学课件大学物理：电磁学课件注意变量：-

例题1：计算电偶极子电场中任一点场强-解：（前面例题）注意变量：-例题1：计算电偶极子电场中任一点场强--（前面例题）（前面例题）极坐标表示-（前面例题）（前面例题）极坐标表示-或

直角坐标表示-或直角坐标表示例2：负斜率例2：负斜率

小结一、基本内容基本概念与物理量

电荷基本性质；场强与电势的定义及理解；电通量；电力线与等势面。基本定律电荷守恒；库仑定律；叠加原理基本定理有源场无保旋守场场小结一、基本内二、基本计算（一）场强计算1、高斯定理求三种对称性问题的场强2、叠加法求场强点电荷组二、基本计算（一）场强计算1、高斯定理求三种对称性问题的场强连续电荷注意对称性分析，可能组合带电体连续电荷注意对称性分析，可能组合带电体（三）、由电势求场强二、电势的计算（一）高斯定理可以求场强或电场分布已知三种对称性问题（三）、由电势求场强二、电势的计算（一）高斯定理可以求场强或1、点电荷组（二）叠加法求电势（代数和）2、连续电荷3、组合带电体

1、点电荷组（二）叠加法求电势（代数和）2、连续电荷3、组合三、其他量计算三、其他量计算电磁学一、电磁学发展历史二、电磁学的研究对象、方法、内容三、电磁学于科学技术的密切关系电磁学一、电磁学发展历史二、电磁学的研究对象、方法、内容三、1、古代—18世纪

人们对电磁现象只是原始认识、零星记载。如摩擦起电、雷电、磁铁、指南针等。无实验，不系统。

公元前6世纪希腊学者泰勒斯观察到：布擦过的琥珀能吸引轻小物体。（电现象）四个阶段：1、古代—18世纪；2、18世纪——18193.1820—19世纪末；4、20世纪——一、电磁学发展历史1、古代—18世纪人们对电磁现象只是原始认识、零

中国在公元前4—3世纪，战国《韩非子》中记载：“司南”（天然磁石做成的指向工具）；《吕氏春秋》：“磁石召铁”。

公元前1世纪，王充《论衡》中记有：“顿牟缀芥，磁石引针”字句（顿牟即琥珀，缀芥即吸拾轻小物体）。

宋代沈括改进指南形制，发明了指南针，还发现了地磁偏现象。12世纪，指南针传入阿拉伯和欧洲，为世界文明做出了贡献。（电、磁现象）（磁现象）中国在公元前4—3世纪，战国《韩非子》中记

16世纪，英国的吉尔伯特：制作了第一个验电器以检验物体是否带电；发现了磁石对铁块吸引力与磁石大小成正比；发现了多种物质具有摩擦起电性质；创造Electricity（电）术语。

美国伟大的科学家、政治家和美国独立之父富兰克林（1706-1790）：发现了尖端放电；发明了避雷针；用风筝从雷云中收集电荷给莱顿瓶充电而得到电火花，证明了闪电是一种电现象，统一了天电和地电。16世纪，英国的吉尔伯特：制作了第一个验电器

富兰克林认为：摩擦起电是电在物体之间的转移，从而发现了电荷守恒原理。他第一个用数学上的正负表示两种电荷，首创了导体、充电、放电的术语。

中国古代对雷电的成因、摩擦起电、磁现象都有大量的记载和研究。

“电”字最早见于西周时期的青铜器上的铭文中，实际上是对雷电现象的记录。对“电”赋予科学含义则是在近代西学东渐之后。富兰克林认为：摩擦起电是电在物体之间的转移，从2、18世纪——1819

18世纪中叶，牛顿力学正当辉煌。人们对电力和磁力又有许多猜测。许多科学家意识到“电的吸引遵循与万有引力定律相同的平方反比定律”，但都没有严格的科学论证。

库伦定律的发现才使电磁学真正进入了定量的研究，是电磁学真正成为一门学科的开始。2、18世纪——181918世纪中叶，牛顿力学

库伦设计了精密的扭秤实验和电摆实验，得到了完整的与万有引力定律惊人地相似的库伦定律（电荷相互作用的平方反比定律）

实际上，苏格兰的罗比森和卡文迪许在库伦之前十多年就已经做过电力的定量实验研究，确定了电力平方反比定律，可惜没有及时发表而未对科学发展起到应有的推动作用。

库伦定律是电磁学基本定律之一。库伦设计了精密的扭秤实验和电摆实验，得到了完整

在库伦以后，通过泊松、高斯等科学家的研究，形成了静电场和静磁场的（超距作用）理论。

伽伐尼于1786年发现了电流，后经伏特、欧姆等人发现了关于电流的定律，使电学从静电发展到动电领域。

在1820年以前，电和磁是独立研究的。此前，库伦、安培、托马斯.杨、毕奥等都坚持电和磁的独立性，尽管电作用和磁作用有相似性。然而，电和磁的联系还是受到了关注。富兰克林在1751年发现莱顿瓶放电可以使钢针磁化，英国戴维斯发现磁铁能吸引或排斥碳棒电极间的弧光。在库伦以后，通过泊松、高斯等科学家的研究，电和磁究竟有没有联系？

奥斯特,丹麦物理学家

HansChristianOersted深受康德哲学关于“自然力”统一观点的影响，试图找出电、磁之间的关系

奥斯特做出了一项划时代意义的发现！3.1820—19世纪末

奥斯特认为自然界各种基本力是可以相互转化的，深信电和磁有某种联系。1820年，他做起了电生磁的实验。电和磁究竟有没有联系？奥斯特,丹麦物理学家Ha

开始以为电流磁效应是纵向的，企图用通电导线吸引前方的磁针，结果毫无动静。后来在演讲时，把磁针放在导线侧面，接通电源时，突然发现磁针向垂直于导线的方向偏转。

经过反复实验，终于发现电流磁效应沿着围绕导线的螺旋方向。开始以为电流磁效应是纵向的，企图用通电导线吸引

奥斯特的发现，为物理学新的大综合（电和磁）开辟了道路。法拉第评价说：“猛然打开了科学中黑暗领域的大门”。（大量的未知物理现象及规律！）

此后，毕奥、萨伐尔、拉普拉斯、安培又对电流磁效应做了进一步定量研究，形成了更系统的理论体系。

电流的磁效应又引起了逆向思考：磁能否生电？菲涅耳、安培、阿拉果等做了大量实验。直到十年后，英国的法拉第和美国的亨利才发现磁生电即电磁感应现象。奥斯特的发现，为物理学新的大综合（电和磁）开辟

亨利比法拉第早一年发现电磁感应，但没有发表。法拉第不但独立地发现了电磁感应，而且其工作深度和广度远远超过亨利。因此，人们把发现电磁感应的功劳归于法拉第。

法拉第1821年研制出电旋转器（历史上第一台电动机）。以后年复一年进行一系列磁生电的实验。直到1831年8月29日，终于发现了电磁感应。1831年11月24日，他向皇家学会系统地报告了他的发现：

变化的电流、变化的磁场、运动的稳恒电流、运动的磁铁、磁极附近的导线都可以感生出电流。亨利比法拉第早一年发现电磁感应，但没有发表。法

法拉第还提出了力线和场的概念，进一步揭示了电与磁的联系，对电磁学乃至整个物理学的发展都有重要影响。

在库伦、安培、毕奥、法拉第等研究的基础上，麦克斯韦集前人之大成，于19世纪80年代，创造性地提出了感生电场和位移电流的假说，以他的数学天赋，建立了一套电磁学方程组（麦克斯韦方程组），形成了完整的电磁学理论，使人类对电磁现象的认识达到了一个前所未有的高度。法拉第还提出了力线和场的概念，进一步揭示了电

所有电磁学问题都归结于解麦克斯韦方程，其地位相当于力学中的牛顿定律地位。由该方程组还预言了电磁波的存在，并且得到了电磁波的传播速度与光速相同，从而把电、磁、光统一于一体。

麦克斯韦电磁理论是自牛顿实现天上和地上物体运动的统一后的又一次大统一。他的理论成果也是现代无线电电子技术和通信技术的理论基础。（麦克斯韦——牛顿、爱因斯坦以外的第三位为巨人）。所有电磁学问题都归结于解麦克斯韦方程，其地位4、20世纪——20世纪初，现代物理（相对论和量子力学）的诞生，又使电磁学得到了进一步的发展。

爱因斯坦的相对论不但使人们对牛顿力学有了更全面的认识，也使人们对电磁现象和理论有了更深刻的理解。

由相对论可以证明，电磁规律遵守洛仑玆变换，从不同的参考系观测，同一电磁场可以表现为只有磁场、或只有电场、或电场与磁场并存。说明电磁场是一个高度统一的实体，电场和磁场不可分割。4、20世纪——20世纪初，现代物理（相对论和

将量子力学和电磁学结合又形成了量子电动力学，可以解决微观系统的运动问题，结合相对论理论，可以处理微观高速运动问题。将量子力学和电磁学结合又形成了量子电动力学，可

对象：电磁场规律及物质电磁性质

方法：实验事实—抽象概念----总结规律----逻辑推理-----用于实例

主要内容：（1）静电场、稳恒磁场、变化的电磁场等；（2）电磁场与物质的相互作用；（3）电路二、电磁学的研究对象、方法、内容对象：电磁场规律及物质电磁性质二、电磁学的研究对象、方法、

没有麦克斯韦，就没有现代通讯和电子技术，许多高新技术也只是空谈。没有法拉第，就没有电力照明。一句话，没有物理学就不可能有现代社会文明。社会进步依赖于物理学的发展。三、电磁学于科学技术的密切关系

电磁学与科学技术的关系主要体现在：1.电能易转化和远距离输送（方便）没有麦克斯韦，就没有现代通讯和电子技术，许多2.电磁仪表灵敏度高（便于测量）3.电磁波传播迅速（通讯）4.物质微观结构基础（与材料、物质科学密切相关）量子力学结合电磁学。研究材料性能必然涉及微观电磁结构。带电系统2.电磁仪表灵敏度高（便于测量）3.电磁波传播迅速（通讯）4大自然的一个奥妙——平方反比定律万有引力

宇宙中天体的运行（地球上物体的重力）受引力平方反比定律支配。是保守力、有心力，机械能守恒、角动量守恒成立。如果不是平方反比，如果是3次方反比呢？宇宙还会是现在的摸样吗？卫星、航天器还会稳定地运行吗？想一想！大自然的一个奥妙——平方反比定律万有引力宇宙奇特的是：电相互作用遵循的库仑定律也是平方反比定律：磁相互作用遵循的规律也是平方反比定律以上是电磁学中最基本的实验规律？

由以上基本的实验规律可以分别得到电的、磁的环流定理和高斯定理，加上法拉第定律（是磁的环流定理的一部分）。引进电、磁场的概念后，又得到麦克斯韦方程组。奇特的是：磁相互作用遵循的规律也是平方反比定律以上是电磁学中

如果不是平方反比？是其他次方反比或别的形式？现在形式的高斯定理和环流定理就不存在（推导高斯定理时，正好是平方反比，能约掉一些东西），就没有麦克斯韦方程组。

麦克斯韦方程组的意义在于预言电磁波的存在且电磁波传播速度是光速。

试问：如果没有电磁平方反比定律，电磁光能统一吗？还有现代通信技术吗？还有电视台、电视机、收音机、手机等通信手段吗？

物理知识的重要可见一斑！想一想！如果不是平方反比？是其他次方反比或别的形式？现

为什么宇宙中引力、电磁力都一样遵守平方反比定律呢？它们有内在联系吗？能统一吗？是否在本质上属于一种力呢？宇宙中物质相互作用归纳起来有四种，引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。弱电相互作用已经统一。实际上在宇宙诞生初期，四种相互作用是统一的，宇宙是混沌的。后来逐渐分化为四种相互作用，以后出现各种基本粒子、原子、分子、组成天体、宇宙演变成现在状态，我们生存的地球呈现出千姿百态的景象。

想一想！为什么宇宙中引力、电磁力都一样遵守平方反比定律

爱因斯坦相信四种相互作用能统一——大统一理论。大统一理论是物理学家追求的一个目标！爱因斯坦相信四种相互作用能统一——大统一理论

电磁学理论建立在三大实验定律基础之上。三大实验定律是库伦定律、毕奥-萨伐尔定律、法拉第定律。由此得出电场高斯定理、磁场高斯定理。最后是麦克斯韦方程组。——学习电磁学的大框架。电磁学的主线条1.基本电现象、库仑定律——电场概念及其描述（电场强度、电势及计算）——电场性质（高斯定理、环流定理及其应用）——电场与物质相互作用规律（导体、电介质）——电场和非静电场作用下导体中的电流及其规律。电磁学理论建立在三大实验定律基础之上。三大实验2.基本磁现象——磁场概念及描述（磁感应强度及计算、毕奥萨伐尔定律）——磁场性质（高斯定理、环流定理及应用）——磁场对电流、运动电荷的作用——磁场与物质相互作用（磁介质）。

3.法拉第定律——感应电动势及本质、感生电场———静电场、稳恒磁场、变化的电磁场高斯定理和环流定理——麦克斯韦方程——电磁学理论体系。2.基本磁现象——磁场概念及描述（磁感应强度及

第一章静电场的基本规律本章学习思路1、什么是电荷、带电体；电荷有何性质；带电体之间的作用遵守什么规律（与万有引力作用有何相似之处）；电相互作用通过什么传递；

2、电场有何性质，如何描述电场（电场看不见，从什么角度描述）。反映电场性质的基本数学定理？（两个定理）

3、两个描述电场的基本物理量——场强、电势。场强、电势图示法场强、电势的基本计算方法如何？第一章静电场的基本规律本章学习思路1-1静电场基本现象和基本实验规律一、电荷及基本性质

很久以前，人们发现两种不同材料摩檫后，可以吸引轻小物体（如纸屑、毛发等）。物体具有这种吸引轻小物体的性质，就说它“带了电”或“有了电荷”，带电的物体叫带电体（电荷）使物体带电叫起电，如摩檫起电、感应起电。研究发现，电荷有如下性质：1、电荷两种，+同斥异吸+++1-1静电场基本现象和基本实验规律一、电荷及基本性质

历史上规定：玻璃棒被丝绸摩擦带“+”电，被毛皮摩擦带“”电。带电多少——电量Q或q单位C2、电荷量子化

实验证明，宏观物体带电本质是微观带电粒子的转移，带电种类源于微观粒子电荷种类。物质分子原子

现代物理证明：原子核核外电子质子中子

质子、电子——电荷携带者，自然界还有反质子和正电子。如果规定相反？反物质？历史上规定：玻璃棒被丝绸摩擦带“+”电，被毛皮摩擦带密里根1913年测出（油滴实验）：

任何带电体

电量是最小单元的整数倍电荷的变化是不连续的视为连续理论上预言存在分数电荷：至今未发现。正常情况下，物体任何宏观小部分显中性巧妙的测量方法！（物理实验）密里根1913年测出（油滴实验）：任何带电体电量是最小单3、电荷守恒

实验证明：在