《赵凯华 电磁学 第三版 第一章 静电场 129 pages》由会员分享，可在线阅读，更多相关《赵凯华 电磁学 第三版 第一章 静电场 129 pages（129页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Entering the word of EM,一、 关于教材 1) 著者曾任北大物理系主任曾任中国物理学会教学委员会主任 曾任国家教委高等学校理科物理学与天文学教学指导委 员会委员 曾任国家教委高等学校理科基础物理教学指导组组长 曾任中国物理学会副理事长 2) 教材种类及版本电磁学：第一版（1978）、第二版（1985）、第三版（2011）新概念物理教程*电磁学：第一版（ 2003 ）、第二版（2006）3）不同教材区别及选择 非新概念类：起点合适，循序渐进（教材中的知识点连接好！）新概念类：在电磁学知识讲授中，增加了对称性原理和守恒量的讨论。 两类特点：内容丰富、课后习题量大，备有答案。我
2、们选择非新概念类教材的主要原因：课时少，仅为48学时。 4)教材应用被广泛选为教材，是多数院校 指定为考研参考书,课程介绍,二、讲授安排 1)不完全讲授 带星号的章节原则上不讲授 复杂电路（不讲授）交流电路（不讲授） 某些章节的部分内容（不讲授）,2)详讲与略讲 详讲：重要的基础部分 略讲：a)高中已熟悉；b)相对容易接受；c)次要内容,三、作业 思考题全做，不交作业 作业要求：(a)独立完成;(b)清晰、必要的步骤 ；(c)及时完成 ! 关于书后答案是检查结果是否正确的依据 作业题难度：平均大于期末考题难度四、电子教案的特点、注意点讲授速度快；版面小,换面速度快；内容同时出现时，容易产生视觉
3、影响。,集中精力！,五、第一周开课带来的问题数学问题：矢量，面积分，二重积分。希望与建议：提前学习掌握第一章附录中的数学知识 六、往届经验课程后期出现积重难返现象 七、电磁学课程的特点：物理概念多；对数学的要求“相对高”；学时少，讲授快（每节课平均14页面,每页面约3分钟）。 八、课程讲授努力致力于科研的思维方式提出、分析问题致力于提炼、形成清晰的图像、思路（知识模块） 九、联系方式Email: Tel: 84709795-24Office: 低温等离子体工程中心204室,绪论,1) 电磁学的研究内容 电磁学是经典物理的一部分。主要研究电荷、运动电荷产生电场、磁场的规律，电场、磁场的相互关系，
4、电场对电荷、电流的作用、电磁场对物质的各种相互作用,（建议：学前、课程结束后各读一遍）,2）应用 应用之多、领域之广， 不胜枚举。 几个应用例子：（a）电磁轨道炮,RailGuns are by far the most spectacular type of electromagnetic accelerators ever developed. They hold the record for fastest object accelerated of a significant mass, for the 16km/s firing 电流值：百万安培,（b）胶囊机器人 （1）简单原理 外
5、磁场驱动小磁针；磁场方向改变， 小磁针方向改变。（2）应用领域：肠胃病治疗。 （3） 胶囊机器人大小： 外径12mm，长度约3.5mm。（4）功能：可以运动（随肠胃蠕动运动）、转动（镶嵌 条形永久强磁体， 由外部磁场驱动）； 能摄像: 通过微型摄像机，能图像传输：无线发射图像信号（直播）。（5）优点：无创检查和小 损伤手术。（比较：内窥镜透视、放射造影或手术检查）,3）电磁现象的普遍性,(b) 电磁作用力是四种基本相互作用的一种：四种基本相互作用：电磁，引力，强相互作用，弱相互作用,(a) 各种宏观接触力（如摩擦力、弹力等） 的微观本质是电、磁作用力；,（c）无线电、热、光、X射线、伽马射线
6、都是电磁辐射,独立的电学、磁学 电磁学,孤立的静电 孤立的静磁,动电（电流） 动磁or变磁 o 产生电？,生物电、电池的发现,麦克斯韦电磁理论，物理学的第二次综合，开创电气时代,电流磁效应,电磁感应现象,4）电磁学的发展概要,第一章 静电场 （Electrostatic field）,1.静电的基本现象和基本规律 （1）静电研究是电磁学的基础； （2）电荷静止时，没有磁场，可以独立研究静电力、静电场。略讲:(原因) 已学过，也容易理解掌握，重点： （1）电荷作用规律；（2）静电感应；（3）电荷守恒；（4）库仑定律。,作业（P18-19）：1.14、5、9、10 每两周交一次！,1)带电现象：人
7、类很早就发现了摩擦起电现象： 能吸引轻小物质 在希腊文中电与琥珀同义。带电的定义： 物质经摩擦后能够吸引轻小物质的性质。定义的科学性：在四种基本力中，只有电力有此特性。,所有物质摩擦都可起电，有多少种 类电？,2) 只存在两种电荷如何证明？,1.1两种电荷,同种电荷的验证：排斥力 异种电荷的验证：吸引力,只有两种力 只有两种电荷,3）两种电荷定义:正、负电荷,4）电量:定义：电荷的多少 测量方法：验电器（静电测量，如何测量 流动的电荷量？）电量量子化： 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。,数学表达：,（1）摩擦起电过程：电子得、失； （2）静电
8、感应：电荷重新分配。,电荷守恒 定律 具体表现,1.3导体、绝缘体、半导体按照传导、转移电荷的能力，将物体进行分类。 导体： 能把电荷从产生地方迅速地转移或传导到其它地方。一般导体金属、石墨、电解液 绝缘体：电荷被原子、分子束缚，运动范围小、其上的 电荷能长久存在。例：电脑的开机加电模式。 半导体：转移电荷的能力介于上述两种物质之间 精确的定义:由电导率划分导体：108106西门子米；半导体：10510-6西门子 米；绝缘体：10-810-18西门子米,1.4物质的电结构-揭示电性质的物质基础 物质结构：分子、原子 （原子核+电子）基本电荷：电子、质子 由物质电结构可以解释：a)带电； b)摩
9、擦带电；c)静电感应；d)各类物质的导电模型 导体： 电荷在其中可以自由移动（自由电荷）绝缘体：电荷只能在原子分子尺度内微小位移，是束缚电荷，自由电子少半导体：导电粒子为空穴、电子,分P型N型,在库仑定律发现前的2000年内，静电学处于初 sdsssccccc级现象研究阶段。 库仑定律是第一个电学定量定律，是电磁学的 cccc c基石 实验时间：1784-1785年（清朝乾隆年间） 实验装置：库伦扭称（1782年，库伦当选院士 的成果之一，用以测量微小力）。 实验原理：,：可计算,可知,：可测,1.5 库仑定律( Coulomb Law),文字表述： 在真空中， 两个静止点电荷之间的相互作用
10、力的大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们 之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着它 们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。,实验结论：库仑定律,（1）只有在真空中，库仑定律才成立？ （2）作用力如何产生？库仑的物理图像：电荷电荷，正确？ （3）库仑实验没有得到了作用力方向，而是根据对称性分析得到得到。,数学表述,电荷1 受 电荷2 的力:, 库仑定律中K 的取值一般情况下，类似物理问题的处理方式有两种： 1)如果关系式中除K以外，其它物理量的单位已经确定, 那么由实验确定 K 值 K 是具有量纲的量如：万有引力定律中的引力常量G 就是有量纲 的物理量G=km1m2/r2 2) 如果关系式中还
11、有别的量尚未确定单位则令： K=1(如牛顿第二定律中的K)a=F/m,第二种 高斯制中 电量的单位尚未确定 令 K = 1, 库仑定律的常用形式,令,有理化,库仑定律的k值确定 (两种方法)第一种 国际单位制中,真空介电常量,要求今后使用该表达式！,目前使用率低,1)库仑定律是基本实验规律由宏观实验条件得到； 微观（单个电子、离子等）亦适用 2)点电荷： 理想模型 3）电力叠加原理,库仑定律矢量公式,2 电场 电场强度 作业p31-33(6,9,13,14）,2.1 电场 (electric field ！),1.静电场的基本性质 对放其内的任何电荷都有作用力 电场力对移动的电荷可以作功,静电
12、场：相对于观察者静止的电荷产生的电场，是电磁场的一种特殊形式（最单 纯形式）,力的性质？,2.电作用力的性质电荷间的作用力似 乎是“远距”作用,远距作用：特点：相隔一段距离也能发生作用不需要时间，不需要物质传递 观察“例子”：电作用力、磁作用力（磁 铁）、 万有引力（重力） 隔空打穴？ 近距作用：两个物体之间作用力需要物质传递例子：推力 现代物理学的观点：不存在远距作用。即所有的作用都需要物质传递，均需 要需要作用时间。,如何解释电作用力的近距作用？,引入一种传递电磁作用的媒质,以太假说-不合理；不存在,电磁场具有物质性（电磁场理论） 电磁场的物质性表现：a）电磁场能独立存在b）电磁场具有能量
13、动量 电荷动量+电磁场动量=C（守恒）,电作用力必须借助物质才能完成，物质何在？,电荷电场电荷,2.2 电场强度(electric field strength),1.研究电场强度的实验依据、方法： 实验依据: 电场对电场内的电荷有作用力 方法：电场内放入试探电荷，求试探电荷受电场力,电场强度：电场的强弱,试探电荷q0放到场点P处，,比值,电荷q产生电场，求其电电场强度,试探电荷q0受力,矢量场,国际单位制量纲,量纲、单位,点电荷的场强公式 根据库仑定律和场强的定义, 球对称！（图示见 下页）,由库仑定律,由场强定义,从源电荷指向场点, 场强方向： 正电荷受力方向,2.电场强度的计算,x,z,
14、y,o,j,q,A,球对称！ 静电场基本特性的原因 ！,任意带电体的场强,（a）如果带电体由 n 个点电荷组成,整理后得,或,方法： 电力叠加原理场强定义,（b) 电荷连续分布的带电体,方法：把带电体看作是由电荷元dq （点电荷！）组成，然后利用场强叠加原理,体电荷 密度,面电荷 密度,线电荷 密度,电荷密度一般是位置的函数,方法： 点电荷电场 叠加,例1 等量异号电荷的电场电荷之间的距离为 l。,则这一对等量异号电荷 称为电偶极子,电偶极矩:,推导：,同理,（1）特殊情况 (a)连线上，正电荷右侧 一点 P1 的场强,(b)在中垂线上P2点的 场强,方向?,方向? 下页分析,情况（b）中电场强度方向的矢量合成分析,相符,例2 长为 2l 均匀带电直线，带电量为q,求中垂面上 P点 的电场强度。,解：a) 选坐标！ 电场具有轴对称性，以屏幕平面为例分析,割对称线元 ,b) 线源分割（带电微元）及元电场分析,所产生的元电场关于中垂线对称，在垂直于op方向的电场相互抵消，op方向的合场强为,c) 元电场积分：,包括上下对称电荷元的贡献，积分范围为半根棒长,（1）细棒为无限长时,即 ：,（2）场点充分靠近细棒时,即 ： 细棒可视为无限长,由对称性分析知:垂直 x 轴的场强为0,点电荷电场 （下页讨论）,
