基础物理学课件

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1、基 础 物 理 学 BII教材: 基础物理学下册，(17-25 )课程相关信息 平时成绩: 点名(#); 作业(1次/周); 随堂测验(#) 小论文：物理教学演示工具制作策划书(#) 总评成绩: 平时成绩40%, 期末考试60%.网上交流区: , B-20120-JCWLBII-ZY: 基础物理BII 教师信箱: 答疑时间: 周二课前后, 本教室 内容区: 课程文档-课件, 测验: 成绩中心课程工具: 职员信息和讨论板着眼于场的分布（一般）归纳 假设 电磁学的教学内容17-23: 静电学（真空、介质、导体）; 稳恒电流 静磁学（真空, 介质） 电磁感应 ; 电磁场与电磁波 对象：弥散于空间的

2、电磁场，方法： 观点：电磁作用是“场”的作用基本实验规律综合的普遍规律 （特殊）（近距作用）电 磁 学 研究电磁现象 的基本概念和基本规律： 源场; 电, 磁, E VS M, 效应发光放热 真空中静电场的场强17.1 电荷守恒定律 库仑定律 叠加原理17.2 电场和电场强度 电场线和电通量静电场 相对观测者静止的电荷产生的电场一. 电荷 电气材料 电性力：同号相斥、异号相吸 电荷量：物体带电的多少电荷守恒定律 库仑定律 叠加原理电荷: 经过摩擦的物质上所出现的东西, 其呈现电荷 的状态为带电. 电气材料: 起电物质 vs. 非起电物质. 两种电荷：正电荷 和负电荷 # 自然界的电现象: 质子

3、带有的 与电子带有的 引起的.+- - -+m, , n, p, f; vs. k, M, G, T, A.电气材料: 起电物质 vs. 非起电物质. 导体: 电荷能够从产生的地方迅速转移或传导到其它 部分 的物体. 绝缘体: 电荷几乎只能停留在产生的地方 的那种物体. 金属、石墨、电解液(酸、碱、盐类的水溶液) 、 人体、地(球) 、电离了的气体都是导体. 玻璃、丝绸、橡胶、琥珀、松香、硫磺、瓷器、油类、未电离的 气体等都是绝缘体. 半导体(#): 介于两者之间摩擦起电系列(+-): 毛皮, 橡胶; 玻璃, 丝绸; 塑料, 头发二. 电荷守恒定律(宏观尺度和微观尺度都成立)在没有电荷进出的一

4、个封闭空间内, 正、负 电荷的总量始终是相等的。质子和电子都是带电荷的实体, 具有质量(pair annihilation)有电荷就有质量, 静质量为零的粒子必为电中性. 宏观带电体的带电量qe，准连续 e =1.60210-19库仑，电子电量那么, e是否是最基本的呢?原子核结构: 在夸克模型中, 夸克带分数电荷, up quark down quark strange quark见27, 28# 带电, 电荷量? 更小点?没能找到自由夸克, 但是超导铌球上发现分数电荷 密立根三. 电荷量子化1. 点电荷(理想模型)简化为点电荷的条件:q1 r ddr万有引力。由此,在处理电子和质子之间的相

5、互作用时,只需考虑 静电力,万有引力可以略去不计. 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属于电性力.例2 氦原子核中的两个质子相距4.010-15m, 求这 两个质子之间的静电力.解:两个质子之间的静电力是斥力,它的大小为质子之间能结合在一起构成原子核, 是由于核内除 了有静电斥力外, 还存在更强大的引力 核力的缘故。在相同条件下：强相互作用电磁相互作用万有引力作用。这两个质子之间的核力:14N例3. 三个点电荷所带的电荷量分别为q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各电荷间的距离如图所示。求作 用在q3上合力的大小和方向。解:选用如图所示的直

6、角坐标系。q q2 2q1q30.6m0.52m0.3mq q2 2q1q3F31F32F30.6m0.52m0.3mijx xF31按库仑定律分别计算q1和q2对电荷q3的作用力#5. 基本思路?y y例3. 三个点电荷所带的电荷量分别为q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各电荷间的距离如图所示。求作 用在q3上合力的大小和方向。解:选用如图所示的直角坐标系。q q2 2q1q30.6m0.52m0.3m按库仑定律分别计算q1和q2对电荷q3的作用力#5. 基本思路?#6 天花板置正电极, 你持等量负电电荷, 平地飞飞升的Q？ 两个各带电荷量为1C 的带电体,当它们相距1m

7、时 , 作用力达9.0109 N. 六. 讨论库伦相互作用的大小 我们利用通常的起电方法不可能使一个有限大(例如半径为1m的球体)的物体的带电量达到1C,因为早在电荷量聚集到此值前,周围的绝缘体已被击穿(#),物体上的电荷早已漏掉。通常遇到的静电力还是很小的,只能吸引轻小物品. 通常在实验室里, 利用摩擦起电使物体能获得的 电荷量10-7C数量级, 若相距1m, 静电力为10-2 N 若相距0.1m, 静电力仅为1N的数量级.一. 电场电相互作用 两种观点超距作用作用作用电场电荷1电荷2电场1电场2电荷1电荷2产生作用作用产生静电场：相对于观察者静止的电荷在周围空间激发的电场。雷电17.2 电

8、场和电场强度 电场线和电通量二. 电场强度 试验电荷q0及条件点电荷(尺寸小)q0足够小,对待测电场影响小 定义电场强度q0q0电场中某点的电场强度等于单位正电荷在该点所受 的电场力。#7 郭晶晶起跳后( ), 其质心运动(位置变动)决定于#?三.电场强度的计算1.点电荷的电场3.连续分布电荷的电场2.场强叠加原理和点电荷系的电场.两个异号点电荷:电偶极子 .多个点电荷分布头脑中想象: 一个质量很小的带电质点(正或负电 荷)处于没有重力的空间中, 运动(位置变动), 在头脑中建立”按照什么样的力来运动的呢?”这 样的想象, 如同打开电磁学的大门.1. 点电荷的场强由库仑定律和电场强度定义:“源

9、”点电荷场点qprE（相对观测者静止）#7 画出场强分布来? 球面是场强等模面, 球对称分布 球对称分布= ？q0qi对的作用qiq2q0q12.电场强度叠加原理和点电荷系的场强 电场强度叠加原理场点电偶极子 轴线上场强电偶极子一对靠得很近的等量异号的点电荷. 相对的概念，物理模型(如有极分子)-q+qroPEE+E-lr lP称为电偶极矩电偶极子中垂面上的电场r+方向方向? ?从-q指向+q电偶极子在电场中所受的力矩用矢量形式表示为：#8 一般情况下, 电偶极子在空间某位置激发的电场强度?若 r l, +电偶极子中垂面上的电场解: q1在P点所激发的场强为#1 q2在P点所激发的场强为#2根

10、据场强叠加原理，P点的总场强为#4 # 任给若干点电荷, 它们在周围真空中激发的电场强度?例3. 三个点电荷所带的电荷量分别为q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各电荷间的距离如图所示。求(1) 作用在q3上合力的大小和方向。(2) 求P点电场强度.q q2 2q1q30.6m0.52m0.3m P rq3在P点所激发的场强为#33. 连续带电体的场强面电荷 dq = dS 面电荷密度线电荷 dq = dl线电荷密度dqrPdEq将带电体分割成无限多块无限小的带电体体电荷 dq = dV 体电荷密度# 有了叠加原理, 微元法例4.直线AB均匀带电, 电荷线密度为. P点到 A

11、B 的距离为a,AP和 BP与直线夹角1 和2 . 求P点场强?解：建立Oxy系如图,原点O为P到直线的垂足取线元dx, 带电PA BA BdxyOA BA B 极限情况当AB 长度,(1,2 )(0,)无限长均匀带电直线的场强圆柱面为等模面#9. 画场强分布图?P例5. 均匀带电环面如图 已知 , R1, R 2 , 以过环心O 的法线为z轴, 求z处P点场强 解： (1) 划分电荷元(2) 分析 大小,方向0zzPzPR2zR10r正负成对出现, 所有的dE积 累为零(3)积分求 ：正负成对出现, 所有的dE积累为零(4) 分析结果的合理性和讨论 单位 ； 令 z= 0，得 ，合理； 令

12、z R2 ，合理。则：zPR2zR10# z电荷线度处，E与z关系如何？z0 R思考: -（a）（b）1. 电场线 ( 线 ),线上某点的切向即为该点 的方向,线切线规定 线的密度给出 的大小。在电场中任一点处，通过垂直于电场强度E单 位面积的电场线数等于该点的电场强度的数值四. 电场线和电通量大小呢? 画出多少根?关于电场的直观表现方式几种电荷的 线分布球对称无限长则圆柱对称电场线的实验演示: 针状晶体碎屑撒到水平延展绝 缘油中使之悬浮. 或水平光滑玻璃表面撒细小石膏晶粒.点电荷q0电偶极子均匀带电的直线段(原因下一章讲) 两 个 同 号 的 点 电 极几种电荷的 线分布的实验现象一对异号不

13、等量点电荷的电场线2q+ q电场线单 个 带 电 平 板 电 极正 负 带 电 平 行 平 板 电 极五. 电通量e1.定义： 面积分, 不是点函数 是代数量, 有正、负。2. 的几何意义:对闭合曲面约定：闭合曲面以向外为曲面法线正方向。cos dS=dSESdS：净穿出根数 求以点电荷为球心的球面S0的e由此可知： 点电荷电场对球面的e与 r 无关，即各球面的e (相等)连续 点电荷的 线连续。rS0qdS0任意包围S0的封闭曲面?S0q SSq 求点电荷场中任意曲面的电通量：作业: P27 17-1(删除最后一问),3, 4,5 准备小论文: 本次课有哪些基本概念,基本规律,基本方法.选择一个,你设想一个 物体#表现出来.# 棉花糖vs橡皮糖