大学物理教程

第四篇电磁学伏打的电堆——最早的电池，1800年伽伐尼的“动物电”能蓄电的莱顿瓶——最早的电容器1物理学的第二次大综合1831法拉第的电磁感应定律1865麦克斯韦电磁场统一理论光是电磁波1888实验证实电磁波的存在技术上发电机、电动机、无线电通讯技术等1785库仑定律

电荷与电荷间的相互作用1820电流的磁效应电流与电流间的相互作用2一、电荷1.电荷是物质的一种属性。2.电荷有两类，正电荷、负电荷。3.同性电荷相斥、异性电荷相吸。二、起电方法电荷从一个物体转移到另一个物体——多出来了1.摩擦起电第13章真空中的静电场13.1

电荷2.感应起电电荷在一个物体上移动——分布不均匀质子电子与质量比较3物体带电量都是基本电荷的整数倍。基本电荷就是一个电子所带电量的绝对值。电荷不能创造，也不会自行消失，只能从一个物体转移到另一个物体，在整个过程中电荷的代数和守恒（不变）。1891，提出电子；1896，发现电子。电子大小在10-18m范围内三、电荷守恒定律四、电荷具有量子性五、电荷具有相对论不变性在不同的参考系内观察，同一带电粒子的电量不变。与质量比较413.2真空中的库仑定律库仑——法国工程师、物理学家。1736——1806，在巴黎逝世。法国科学院悬赏征求改良航海指南针中的磁针问题。库仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，提出用细头发丝或丝线悬挂磁针。研究中发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置测出静电力和磁力的大小，这导致他发明扭秤。1785-1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。5

1785年，库仑总结出两个点电荷之间的作用规律。点电荷：带电体本身的线度<<到其它带电体的距离。一、库仑定律6F的方向在q1

q2的连线上7SI制

真空中的电容率两个静止点电荷之间的作用力符合牛顿第三定律，即库仑定律的适用范围：从微观到宏观。适用条件:真空;点电荷;电荷静止或低速。8例1：氢原子，电子绕质子旋转，质子质量Mp=1.6710-27kg,电子质量me=9.1110-31kg,求电子与质子间的库仑力Fe与万有引力F引之比。解：库仑力大小万有引力大小9二、静电力的叠加两个点电荷之间的作用力并不因其它点电荷的存在而有所改变，因此两个以上的点电荷对一个点电荷的作用力等于各个点电荷单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和。库仑力满足矢量叠加：10例2在边长为的正方形的四角，依次放置点电荷、、—和，它的正中放着一个正电荷求这个电荷受力的大小和方向。,解

两个2和的作用力相抵消，所受到的只是

对它的合力，其大小为

方向如图示，指向。11一电场实验证实了两静止电荷间存在相互作用的静电力，但其相互作用是怎样实现的？电荷A电场电荷B场是一种特殊形态的物质实物物质两种形态场13.3电场12二电场强度检验电荷为足够小的正点电荷,对原电场几乎无影响。：场源电荷：检验电荷是描写电场性质的物理量，与放进场中的电荷无关。场源电荷Q，某场点处检验电荷q0在电场中受力F定义：F/q0与放进去的q0无关，代表场中的性质。电场强度13电场中某点的电场强度为一个矢量，其大小等于单位正电荷在该点所受电场力的大小，方向与该正电荷在该点受力方向同。单位

电荷在电场中受的静电力电场强度是描写电场的物理量，与试验电荷无关。14三点电荷的电场强度15解

例3把一个点电荷（）放在电场中某点处，该电荷受到的电场力为，求该电荷所在处的电场强度.大小方向16四电场强度的叠加由力的叠加原理得所受合力

点电荷对的作用力点电荷系的场的叠加17故处总电场强度电场强度的叠加场中分布有许多点电荷，由场强叠加原理和点电荷的场强公式，就可以求出任意点的场强。18电荷连续分布情况可认为该带电体的电荷是由许多无限小的电荷元dq组成的，而每个电荷元可以看成是点电荷。设其中任一个电荷元dq在P点产生的场强为dE19电荷体密度点处电场强度电荷体分布的情况：20电荷面密度电荷线密度21电偶极矩（电矩）五电偶极子的电场强度电偶极子的轴讨论（1）电偶极子轴线延长线上一点的电场强度22

（2）电偶极子中垂线上一点的电场强度231、建立坐标系。2、确定电荷密度:4、确定电荷元的场5、求场强分量Ex、Ey。6、求总场体dq=dV,3、求电荷元电量体密度

,面密度,线密度面dq=dS,线dq=dl。六解题思路及应用举例作场对称性分析24例4：均匀带电直线长为2l，带电量q,求中垂线上一点的电场强度。解:线电荷密度25由场对称性,Ey=026讨论1.l>>x，无限长均匀带电直线，2.x>>l，无穷远点场强，相当于点电荷的电场。积分可得27由对称性有解例5正电荷均匀分布在半径为的圆环上.计算在环的轴线上任一点的电场强度.28讨论（1）（点电荷电场强度）（2）（