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1、第一章 静电场,教材： 新概念物理学电磁学赵凯华、陈熙谋,北京大学物理学院,1. 库仑定律 p71/p88 1-1、4,以库仑定律为例说明： 一个物理定律建立本身就是物理学取得很大进展的标志 物理定律具有丰富、深刻的内涵和外延 对于基本定律，我们究竟从那些方面考察？,物理定律建立的一般过程,观察现象； 提出问题； 猜测答案； 设计实验测量； 归纳寻找关系、发现规律； 形成定理、定律（常常需要引进新的物理量或模型，找出新的内容，正确表述）； 考察成立条件、适用范围、精度、理论地位及现代含义等 。,一.库仑定律的建立,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Fra
2、nklin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（1766年做的实验，未被重视）,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,两个异号电荷的引力比平方反比的方 次要小些。（研究结果直到1801年发表 才为世人所知）,Cavendish实验,1772年Cavendish遵循Priestel的思想设计了实验“验证电力平方反比律”，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
3、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)。,1785年Coulomb测出结果,精度与十三年前Cavendish的实验精度相当 库仑是扭称专家; 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； 电引力单摆实验得 电引力单摆周期正比于距离 与万有引力单摆周期类比，得,库仑定律的表述 p5,在真空中，两个静止的点电荷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。,k是引进单位制后引入的常数。,讨论,上述公
4、式并非都是大量实验的结果，是在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,注意,成立条件、适用范围、精度,条件：静止、真空、点电荷,静止：,点电荷相对静止，且相对于观察者也静止 该条件可以拓宽到静源动电荷， 不能延拓到动源静电荷？ 因为作为运动源，有一个推迟效。 问题：上述结论是否与牛顿第三定律矛盾？结果合理吗？,被作用者静止，满足牛顿第三定律,被作用者运动，由于推迟势，不满足牛顿第三定律,看上去与牛顿第三定律矛盾 实际上正说明电荷间有第三者场， 前者电荷静止，场的动量不变作用力对等 后者场的动量发生变化，作用力不对等 将场包含进去，依然满
5、足牛顿第三定律,真空条件,作用：为了除去其他电荷的影响，使两个点电荷只受对方作用。 如果真空条件破坏会如何？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,点电荷,理想模型（已学过的） 质点 刚体 理想流体 平衡态（热学） 点电荷：忽略了带电体形状、大小以及电荷分布情况的电荷。,适用范围和精度,原子核尺度地球物理尺度 天体物理、空间物理 大概无问题,精度：Coulomb时代1971年,理论地位和现代含义,库仑定律是静电学的基础，说明了 带电体的相互作用问题 原子结构，分子结构，固体、液体的结构 化学作用的微观本质 都
6、与电磁力有关，其中主要部分是库仑力 静电场的性质,后果？,静电场的基本定理高斯定理将不成立 动摇了电磁理论的基础 电力平方反比律与m光（静）是否为零有密切关系 m光是有限的非零值？还是一个零？有本质的区别 现有理论以m光=0为前提,若m光不为零 ，后果严重 电动力学的规范不变性被破坏 电荷将不守恒 光子偏振态要发生变化 黑体辐射公式要修改 会出现真空色散，即不同频率的光波在真空中的传播速度不同，从而破坏光速不变。,电量单位 MKSA制,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=1N, q1=q2=1C, r=1m 则k=8.9880109Nm2/C2 9.00109Nm2/C2,CGSE制单位制,电量作为基本单位由C-定律定义 令：k=1, q1=q2, r=1cm ,F=1dyn, 则电量q的单位为1CGSE电量， 1C=3109CGSE电量,
