电磁学第一讲

电磁学第一讲第1页，课件共36页，创作于2023年2月学习心得确立奋斗目标树立自信心低调做人高调做事第2页，课件共36页，创作于2023年2月如何学好电磁学请跟我走变化在个人第3页，课件共36页，创作于2023年2月人类早期：摩擦生电、雷电、天然磁石的指向对电磁现象的系统研究始于16世纪19世纪中期，描述电场、磁场的性质以及电、磁场相互关系的库仑定律、高斯定律、安培定律、法拉第电磁感应定律已相继建立，法拉第关于力线和场的概念已经提出。1847-1853年间，W.汤姆逊提出了铁磁质内磁场强度H和磁感应强度B的定义并且于1851年提出了《磁的数学理论》。1865年，麦克斯韦创立电磁场理论电磁学发展简史第4页，课件共36页，创作于2023年2月MAXWELL（1831-1879）简介麦克斯韦1831年6月出生于英国爱丁堡，他的父亲是一位律师，但对研究科学问题有强烈爱好，这对麦克斯韦的一生有深刻影响。麦克斯韦10岁进入爱丁堡中学，14岁在中学时期就发表了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》，反映了他在几何和代数方面的丰富知识。16岁进入爱丁堡大学学习物理，三年后，他转学到剑桥大学三一学院。在剑桥学习时，打下了扎实的数学基础，为他以后把数学分析和实验研究紧密结合创造了条件。第5页，课件共36页，创作于2023年2月1879年11月3日，麦克斯韦逝世，时年49岁，在他的一生中共写了100多篇有价值的论文。他精心研究了法拉第的《电学的实验研究》，以法拉第的力线概念为指导，透过这些似乎杂乱无章的实验记录，运用场论的观点，以演绎法建立了系统的电磁场理论。于1873年出版的《电学和磁学论》一书。这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》、达尔文的《物种起源》和赖尔的《地质学原理》相媲美的里程碑式的著作。从出生地来说他属于爱丁堡，从功绩上来说他属于全世界。——普朗克第6页，课件共36页，创作于2023年2月

1.电荷摩擦起电第7页，课件共36页，创作于2023年2月点电荷可以简化为点电荷的条件:Q1rddr<<观察点P4.库仑定律库仑定律：在真空中，两个静止点电荷之间相互作用力与这两个点电荷的电荷量q1和q2的乘积成正比，而与这两个点电荷之间的距离r12（或r21）的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，同号相斥，异号相吸。库仑定律第8页，课件共36页，创作于2023年2月4.库仑定律1785年，法国库仑（C.A.Coulomb)适用于点电荷叠加性q0q1q2r02F2r01F1F库仑定律库仑第9页，课件共36页，创作于2023年2月1747年，室温下

丝绸摩擦过的玻璃棒----正电荷

毛皮摩擦过的橡胶棒----负电荷第10页，课件共36页，创作于2023年2月电荷的基本性质1同性相斥；异性相吸。高能电子束散射实验测出的质子和中子内的电荷分布图既然电荷如此之小，我们刚才怎么会看见它的轨道呢？第11页，课件共36页，创作于2023年2月电荷的基本性质2电荷量子性1906-1917年，密立根用液滴法首先从实验上证明了，微小粒子带电量的变化不连续。（荣获1923年诺贝尔奖）密立根(Millikan,1868～1953)

n可以为分数吗？？e=1.60210-19库仑，为电子电量第12页，课件共36页，创作于2023年2月夸克模型六种夸克和所带的电荷第13页，课件共36页，创作于2023年2月课外参考资料：徐仁新，《天体物理导论》，北京大学出版社，2006LaiXiang-Jun,LiuMen-Quan,LiuJing-Jing,LuoZhi-quan,Themasseffectofthequarkphasetransitioninsupernovacore,ChinesePhysics2008

17(2):585-591.中子星与夸克星第14页，课件共36页，创作于2023年2月电荷守恒定律电荷的基本性质3中学物理教材电荷守恒定律的表述：电荷既不能创造，也不能消灭，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，在转移过程中，电荷的总量不变。不准确！！第15页，课件共36页，创作于2023年2月电荷的基本性质31.正负电子的湮灭2.黑洞的Hawking辐射北京师范大学赵峥《黑洞的热性质与时空奇异性》http://

第16页，课件共36页，创作于2023年2月电荷守恒定律电荷的基本性质3表述：对于一个系统，如果没有净电荷出入其边界，则该系统的正负电荷的代数和将保持不变。----------中国科技大学叶邦角《电磁学》电荷守恒定律不仅适用于宏观，也适用于微观过程(例如核反应和基本粒子过程)，是物理学中普遍的基本定律之一。第17页，课件共36页，创作于2023年2月电荷相对论不变性电荷的基本性质4大型强子对撞机（LargeHadronCollider，LHC）粒子能量E~1013eV第18页，课件共36页，创作于2023年2月电荷相对论不变性电荷的基本性质4www.ast.leeds.ac.uk/~workshop

高能宇宙射线观测HadronGammarayMuonSkyNoise对星系M87的观测极高能宇宙射线E>1018eV第19页，课件共36页，创作于2023年2月c.电荷守恒定律

1.电荷小结电荷的基本性质：a.电荷有两类:正电荷、负电荷。b.电荷量子性。d.电荷相对论不变性第20页，课件共36页，创作于2023年2月（1）库仑定律的建立普里斯特利和卡文迪许认为:电荷之间的相互作用力与万有引力的相似性不是偶然的;他们认为“平方反比定律”也应该适用于电荷间的作用力。

2.库仑定律第21页，课件共36页，创作于2023年2月库仑(Coulomb1736-1806)库仑在前人工作的基础之上通过实验研究确认：真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力，与它们的电荷量乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上。库仑不确定度现在精度

2.库仑定律第22页，课件共36页，创作于2023年2月库仑定律矢量式1785年，法国库仑（C.A.Coulomb)适用于点电荷叠加性q0q1q2r02F2r01F1F库仑定律第23页，课件共36页，创作于2023年2月库仑定律的成立条件真空静止点电荷

2.库仑定律第24页，课件共36页，创作于2023年2月例1：太阳的热量的主要来源是氢的聚变反应，即

问1.当两个氢核相距5.3×10-11m时，求此两粒子间的库仑力和万有引力各为多大？物理参数:氢核质量mH=1.7×10-27kg,万有引力常数G=6.7×10-11N·m2kg-2，介电常数e0=8.85×10-12C2·N-1·m-24H→4He+2e++2ue+g解：库仑力大小万有引力大小可见：电磁力在原子、分子结构中起决定性作用，这种作用力远大于万有引力引起的作用力。第25页，课件共36页，创作于2023年2月万有引力与电磁力的比较电磁力和万有引力的传播子第26页，课件共36页，创作于2023年2月例：太阳的热量的主要来源是氢的聚变反应，即

问2.氢核聚变的库仑势垒定义为：一个氢核从无穷处打入另一个氢核克服库仑力做的功。那么聚变的库仑势垒多大？

物理参数:氢核电量q=1.6×10-19C,氢核半径r0=1.5fm=1.5×10-15m

解：4H→4He+2e++2ue+g考虑量子效应，有效库仑势垒要小约1000倍，即贝特（HansAlbrechtBethe，1906-2005）

第27页，课件共36页，创作于2023年2月例：太阳的热量的主要来源是氢的聚变反应，即

问3.粒子热运动的能量约为kBT,kB为玻尔兹曼常数。请估算氢核聚变需要的温度。

物理参数:

玻尔兹曼常数kB=1.38×10-23J/K

解：4H→4He+2e++2ue+g课外参考资料:LiuMen-Quan,ZhangJie，andLuoZhi-Quan,Screeningeffectonelectroncaptureinpresupernovastars.A&A2007463(1)261-264张洁,刘门全,魏丙涛,罗志全，强磁场中修正URCA过程的中微子产能率，物理学报2008，57(09)：5448-5451ZhangJie,LiuMen-Quan,LuoZhi-Quan.Effectofhighmagneticfieldonbeta+decayinthecrustsofaccretingneutronstar，Commun.Theor.Phys.，2007,47(4):765-768.第28页，课件共36页，创作于2023年2月1952年11月1日

第一颗氢弹:Mike爆炸图像第29页，课件共36页，创作于2023年2月

课后思考题大质量恒星H燃烧结束后会进行He燃烧，请估算He燃烧的点火温度。第30页，课件共36页，创作于2023年2月第31页，课件共36页，创作于2023年2月课后作业1按量子理论，在氢原子中，核外电子快速地运动着，并以一定的概率出现在原子核（质子〕的周围各处，在基态下，电子在半径ｒ＝0.529×10-10ｍ的球面附近出现的概率最大.试计算在基态下,氢原子内电子和质子之间的静电力和万有引力,并比较两者的大小.引力常数为G=6.67×10-11N﹒m2/kg2．2设原子核中的两个质子相距4.0×10-15m,求此两个质子之间的静电力.第32页，课件共36页，创作于2023年2月例1按量子理论，在氢原子中，核外电子快速地运动着，并以一定的概率出现在原子核（质子〕的周围各处，在基态下，电子在半径ｒ＝0.529×10-10ｍ的球面附近出现的概率最大.试计算在基态下,氢原子内电子和质子之间的静电力和万有引力,并比较两者的大小.引力常数为G=6.67×10-11N﹒m2/kg2．

解:

按库仑定律计算,电子和质子之间的静电力为库仑定律第33页，课件共36页，创作于2023年2月应用万有引力定律,电子和质子之间的万有引力为由此得静电力与万有引力的比值为库仑定律第34页，课件共36页，创作于2023年2月可见在原子中,电子和质子之间的静电力远比万有引力大,由此,在处理电子和质子之间的相互作用时,只需考虑静电力,万有引力可以略去不计.而在原子结合成分子,原子或分子组成液体或固体时,它们的结合力在本质上也都