第一章电力和电场1-2节20150921

大学物理学 李国强物理与电子学院Email：gqli1980@Tel公室：B座，309室------电磁学部分个人简介工作经历2014.04-2015.04美国西北太平洋国家实验室访问学者2012.09

凝聚态物理博士生导师2012.01–现在河南大学物理与电子学院副教授2008.12–2011.12河南大学物理与电子学院讲师教育经历2005.09-2008.12南京大学材料系工学博士材料学2005.09-2007.08日本国家材料物质研究所（NIMS）初级研究员2003.09-2005.06南京大学物理系硕士课程凝聚态物理学1999.09-2003.07华南师范大学物理系理学学士物理学科学研究专业：凝聚态物理学主持完成项目：国家自然科学基金1项；国家博士后基金1项；省科技厅项目1项；研究领域：能源与环境材料物理半导体光催化材料物理低维材料物理教学《半导体材料》《物理学前沿进展》《仪器分析》《新能源材料与技术》教材和参考书罗伯特C理查森程守洙,江之永《普通物理学》学习指导 胡盘新等高等教育出版社《普通物理学》习题分析与解答 孙西疆等 高等教育出版社课程安排及考试座位固定上课时间：13周，每周4节考试成绩计算：**每章讲完进行考试：总共3次。（三次考试未考或都不及格，不能参加最后期末考试）最后进行期末考试：1次。目录第一章电力和电场第二章电势第三章电流与电路第四章磁力与磁场第五章电磁感应电场磁场电磁相互作用电磁学是研究电、磁和电磁的相互作用现象及其规律和应用的物理学分支学科。电磁学是一门重要的基础课经典力学归结为--牛顿运动定律经典电磁学归结为麦克斯韦方程组电磁学核心只有四个部分:库仑定律安培定律法拉第电磁感应定律静电稳恒电、磁场电磁感应电路电磁波光学（波动）麦克斯韦方程组

第一章电力与电场

§1.1电荷§1.2导体与绝缘体§1.3库仑定律*§1.4电场*§1.5均匀电场中点电荷的运动§1.6导体的静电平衡§1.7电场的高斯定律*

§1.1电荷晋朝张华《博物志》：“今人梳头，脱著衣时，有随梳解结有光者，亦有咤声”人类早期关于摩擦起电的文字记载：问题1：秋冬季节，人脱衣服时，以及与人和金属接触时会被静电电击一下。通常这个过程传递电量是1nC。(a)如果电量只是传递电子，问传递了多少个电子？(b)如果身体上有净电荷-1nC，请估计多余电荷占带电粒子的比例？假设质子和中子数相等。粒子质量电量质子1.673*10-27kg+1.602*10-19C电子9.109*10-31kg-1.602*10-19C中子1.675*10-27kg0§1.1电荷人们利用丝绸摩擦玻璃棒，结果发现经摩擦后的玻璃棒能吸引微小物体，我们就称玻璃棒带了电荷.电荷有两种：正电荷和负电荷.（+positive）（-negative）玻璃棒带的电荷是正电荷，丝绸带的电荷是负电荷（富兰克林）.1.电荷(charge)及其种类确切地讲，在室温下表面光滑的玻璃棒经丝绸摩擦后所带的电才是正电。------玻璃棒带正电丝绸带负电电子移动---毛皮带正电---电子移动硬橡胶棒带负电

2.电荷的基本性质

(1)力的性质：同性相斥，异性相吸(2)量子性：电荷总是以一个基本单元的整数倍出现.Q=Ne式中e

是元电荷elementarycharge，其大小为电子所带电量的绝对值.

e

＝1.602×10－19C

Likechargesrepeloneanother;unlikechargesattractonanother（3）电荷守恒定律(conservationofcharge)：对于一个孤立系统，不论其内部进行什么过程，系统的总电量不变.电荷守恒定律是自然界的一个普遍规律（4）相对论不变性：不同惯性系中观察者对电荷进行测量所得到的量值都相同（电荷是一个相对性不变量）。Thenetchargeofaclosedsystemneverchanges.3.原子基本结构与相关参数原子核p+ne-粒子质量电量质子p1.673*10-27kg+1.602*10-19C电子e9.109*10-31kg-1.602*10-19C中子n1.675*10-27kg0问题1：秋冬季节，人脱衣服时，以及与人和金属接触时会被静电电击一下。通常这个过程传递电量是1nC。(a)如果电量只是传递电子，问传递了多少个电子？(b)如果身体上有净电荷-1nC，请估计多余电荷占带电粒子的比例？假设质子和中子数相等。粒子质量电量质子1.673*10-27kg+1.602*10-19C电子9.109*10-31kg-1.602*10-19C中子1.675*10-27kg0解：n=Q/e=-1x10-9C/-1.6x10-19C=6x1010(1)n转移电子数，Q转移电量，e元电荷(2)假设体重是70kg，原子核的总重量近似与体重，中子与质子数相同N=G/(mp+mn)=70kg/2x1.7x10-27kg=2x1028N原子核总数，G体重，mp质子质量，mn质子质量因为，N与质子数相同所以，

多余电荷所占比例：n/（2N+n）x100%=(？)%

问题2：带电物体可以吸附轻小物体，例如羽毛可以吸附在带电的衣服上面，其微观机制是什么？184.极化（polarization）极化：在一个中性物体中，正负电荷的中心不重合的现象。--------+-+-橡胶棒纸片+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-Polarizedbyinduction诱导极化极化物体可以受到电力的作用，即使静电荷为零。极化分子：水单个水分子+0.35e+0.35e-0.7e0.27nm液态水氢键相关水的性能：室温是液体不是气体较大的比热较大的沸点固体密度比液体小较大的表面张力与某些表面有较大的粘滞力极性分子的良好溶剂问题2：带电物体可以吸附轻小物体，例如羽毛可以吸附在带电的衣服上面，其微观机制是什么？--------++--++答：羽毛在接近带电的衣服时，其内部发生极化，靠近衣服一侧聚集正电荷。正负电荷相互吸引。最终羽毛粘在带电的羽绒服上。§1.2导体与绝缘体

原子原子核p+ne-导体conductor：电荷容易在其中移动的材料

金属Cu；自来水半导体semiconductor：介于导体与绝缘体之间的材料

掺杂的单晶硅（P:Si；B:Si）绝缘体insulator：电荷很难在其中移动的材料

空气；纯水；纯单晶硅Si最直观的分类带电绝缘体摩擦起电接触导体带电++++++------玻璃棒丝绸++++++---+++++++++感应使导体带电++++++------玻璃棒丝绸++++++---+++++++++---+++-------e---++++++----------------激光打印机工作原理硒是一种光照后电阻变化较大的金属。没光照，绝缘体；光照，导体。Se/Al习题1mol水中H+的带电总量（pH=7）？用毛皮摩擦一个中性的气球，当气球有一个-0.6nC的静电荷量时，（a）假设只有电子发生转移，请问电子转移方向？（