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1、 电电 磁磁 学学ElectromagneticsElectromagnetics温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院主讲教师：主讲教师：李士本李士本 副教授副教授http:/http:/jpkc.wzu.jpkc.wzu. 教授教授静电的基本现象和基本规律静电的基本现象和基本规律 课程体系与课程内容课程体系与课程内容 课程意义与学习方法课程意义与学习方法 静电基本现象与规律静电基本现象与规律 例题分析与课堂小结例题分析与课堂小结温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院一一. . 课程体系与课程内容课程体系与课程内容uu 课程体系课程体系温州大学物
2、理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院电 磁 学力 学热 学高等数学前导课程光 学电动力学电 工 学电子技术原子物理固体物理物理专业类关联课程后续课程量子力学静电场恒磁场电磁感应非物理专业类电磁介质电 路麦克斯韦 电磁理论l l 电磁学与电动力学是电磁学与电动力学是 电磁现象的理论分析，电磁现象的理论分析， 而电工学和电子技术相而电工学和电子技术相 对而言属于实践课程对而言属于实践课程l l 电磁学从实验提炼理电磁学从实验提炼理 论，而电动力学注重于论，而电动力学注重于 数学语言表达定理规律数学语言表达定理规律uu 课程内容课程内容课程体系与课程内容课程体系与课程内容温州大学物理与
3、电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院l l 章节结构章节结构课程体系与课程内容课程体系与课程内容温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院l l 章节结构章节结构l l学时分配学时分配课程体系与课程内容课程体系与课程内容温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院章 节标 题学时数第一章 静电场16第二章 恒磁场12第三章 电磁感应 电磁场的相对论变换8第四章 电磁介质10第五章 电路12第六章 麦克斯韦电磁理论 电磁波 电磁单位制6合计64uu 课程意义课程意义二二. . 课程意义与学习方法课程意义与学习方法温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物
4、理与电子信息工程学院l l 电磁学主要人物电磁学主要人物法拉第及其夫人电场和电场线 课程意义与学习方法课程意义与学习方法温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院麦克斯韦方程组和电磁波麦克斯韦方程组和电磁波某一时刻的电磁波图像课程意义与学习方法课程意义与学习方法温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院l l 电磁学应用举例电磁学应用举例这些“脚印”烟花弹， 也不是靠普通的引线 点燃，而是通过电子 打火装置引燃的。这 些烟花弹也被叫做“ 芯片烟花弹”，每一 颗烟花弹的内部都安 装了一枚电子芯片。 这些芯片通过微波接 收电脑的讯号，在由 电脑程序指定的时间 爆
5、炸，从而在空中组 成一幅精确而灿烂的 画面。 脚印烟花脚印烟花课程意义与学习方法课程意义与学习方法温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院 电磁轨道炮电磁轨道炮2008年1月31日上午，美国海军在达尔格伦水面作战研究中心 试验了一种号称“世界上威力最大的电磁轨道炮”。 课程意义与学习方法课程意义与学习方法温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院飞行中的电磁轨道炮弹丸 课程意义与学习方法课程意义与学习方法温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院即将命中目标 课程意义与学习方法课程意义与学习方法温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与
6、电子信息工程学院命中目标瞬间课程意义与学习方法课程意义与学习方法温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院uu 学习方法学习方法l l 学习要求学习要求l l 参考书籍参考书籍课堂要求课堂要求课后作业课后作业课外练习课外练习考研试题考研试题教材类：电磁学第二版 贾起民 郑永令 陈暨耀编 高等教育出版社 2001年 电磁学及其应用第5版，Kraus Fleisch 清华大学出版社，2001年习题类：物理学大题典-电磁学与电动力学第1版，张永德主编， 科学出版 社 ，2005年三三. . 静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程
7、学院uu 两种电荷两种电荷l l 摩擦起电摩擦起电静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院所有实所有实 验结论验结论: :自然界中只存在两种电荷；而且，同种电荷相 互排斥，异种电荷相互吸引静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院l l 电荷检验存储与起电机电荷检验存储与起电机验电器范德格拉夫起电机静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院uu 静电感应与电荷守恒定律静电感应与电荷守恒定律 l l 现象现象l l 结论结论电荷既不能
8、被 创造也不能被 消灭，它们只 能从一个物体 转移到另一物 体，或者从物 体的一部分转 移到另一部分电荷守恒定律电荷守恒定律静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院uu 导体、绝缘体和半导体导体、绝缘体和半导体l l 现象现象l l 结论结论导体：电荷能迅速 转移的物体绝缘体：电荷只能停留在 产生的地方的物体半导体：介于两者 之间的物体静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院l l 砷化镓砷化镓 砷化镓（GaAs）半导 体材料与传统的硅材料 相比，它具有很高的电 子迁移率、宽禁带、直
9、 接带隙，消耗功率低的 特性，电子迁移率约为 硅材料的5.7倍。因此， 广泛应用于高频及无线 通讯中制做IC器件。所 制出的这种高频、高速 、防辐射的高温器件， 通常应用于激光器、无 线通信、光纤通信、移 动通信、GPS全球导航 等静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院uu 物质的电结构物质的电结构 l l 现象现象l l 结论结论导体半导体 导电粒子电荷量子化静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院uu 库仑定律库仑定律(Coulombs Law)(Coulombs Law) l
10、 l 现象现象静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院l l 探究过程探究过程提出问题： 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 提出问题猜测答案： 现象与万有引力有相同规律 由牛顿力学可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 1772年Cavendish遵循Priestel的思想设计了实验验证电
11、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 0.02（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。 静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院库仑实验： 精度与十三年前Cavendish的实验精度相当 库仑是扭称专家;只测电斥力扭称 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；与万有引力类比得静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院定律表达：在真空中，两个静
12、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。l 讨论静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院注意： k是引进单位制后引入的常数上述公式并非都是大量实验的结果，是 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 联线，否则空间旋转180就不对称了点电荷：忽略了带电体形状、大小以及电荷分布情况的电 荷。静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院l 适用条件和范
13、围精度问题：已经学过的理想模型还 有哪些？静止：点电荷相对静止，且相对于观察者也静止真空：为了除去其他电荷的影响，使两个点电荷只受对方作用。答：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、导体问题：真空条件破坏结果会如何？范围精度 ：静电基本现象与规律静电基本现象与规律温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院l 电量单位MKSA国际标准单位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= N, q1=q2= C, r= m 则k=8.988010
14、9Nm2/C2 9.00109Nm2/C2 四四. . 例题分析与课堂小结例题分析与课堂小结温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院uu 例题分析例题分析 例题例题1:P72 1-41:P72 1-4 两个小球质量都是两个小球质量都是m,m,都用长度为都用长度为l l的细线挂在同一点，如图的细线挂在同一点，如图 所示。若它们带上相同的电量，平衡时两线夹角为所示。若它们带上相同的电量，平衡时两线夹角为2 .2 .设小设小 球的半径可以忽略不计，求每个小球上的电量。球的半径可以忽略不计，求每个小球上的电量。解：解：受力分析如板书受力分析如板书重力、拉力和库仑力平衡，根据平衡条件，如板书得作业：作业：P72 P72 习题习题1-1,1-2,1-31-1,1-2,1-3例题分析与课堂小结例题分析与课堂小结温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院uu 课堂小结课堂小结1. 1.理解电磁学课程体系与课程内容及其学习要求理解电磁学课程体系与课程内容及其学习要求2. 2.库仑定律的建立过程、定律应用库仑定律的建立过程、定律应用谢谢大家！谢谢大家！温州大学物理与电子信息工程学院温州大学物理与电子信息工程学院静电的基本现象和基本规律静电的基本现象和基本规律
