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1、作业：7.26, 7.271第二部分第二部分 热学热学 统计物理学基础统计物理学基础 统计物理学基本概念。分子力及其特点。理想气体微观模型。II 理想气体压强公式。温度的微观解释。II 分子自由度。能均分定理。理想气体内能。 气体分子麦克斯韦速率分布。平均、最可几和方均根速率。I *玻尔兹曼能量分布、重力场中微粒按高度分布、等温气压公式及其在测高中的应用。 III 平均碰撞频率和平均自由程。II *气体的迁移现象。III 热力学基础热力学基础 热力学基本概念。热力学系统平衡态。II 热力学第零定律热力学第零定律 热平衡后。热力学系统各处温度同。III 热力学第一定律热力学第一定律 热量、功和内
2、能。热力学第一定律。准静态过程。 理想气体四个等值过程。*多方过程。摩尔热容量。 循环。循环效率。卡诺循环。热机。致冷机。卡诺定理。I 热力学第二定律热力学第二定律 永动机、开尔文和克劳休斯表述及其等价性。可逆和不可逆过程。 热力学第二定律统计意义。功变热和热传导的解释。 *熵。*熵增加原理。III 热力学第三定律热力学第三定律 绝对零度不能达到原理。 III2电电 磁磁 学学（Electromagnetism）极极 光光3 电电 磁磁 学学 （Electromagnetism） 电磁学研究的是电磁学研究的是电磁现象电磁现象 电场和磁场的相互联系；电场和磁场的相互联系； 电磁场对电荷、电流的作
3、用；电磁场对电荷、电流的作用； 电磁场对物质的各种效应电磁场对物质的各种效应。 的的基本概念基本概念和和基本规律：基本规律： 电荷、电流产生电场和电荷、电流产生电场和磁场的规律；磁场的规律；4 处理电磁学问题的基本观点和方法处理电磁学问题的基本观点和方法着眼于场的分布着眼于场的分布（一般）（一般）归纳归纳假设假设 电磁学的教学内容电磁学的教学内容: 静电学（真空、介质、导体）静电学（真空、介质、导体） 稳恒电流稳恒电流 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场 （真空、介质）（真空、介质） 电磁感应电磁感应 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组 对象：对象： 弥散于空间的电磁场，弥散于空间的电磁场，方法：方法：
4、观点：观点： 电磁作用是电磁作用是“场场”的作用的作用基本实验规律基本实验规律综合的普遍规律综合的普遍规律（特殊）（特殊）5第一章第一章（Intensity of Electrostatic Field in Vacuum）真空中静电场的场强真空中静电场的场强61.1 电荷、电荷守恒定律电荷、电荷守恒定律1.2 库仑定律库仑定律1.3 电场和电场强度电场和电场强度1.4 叠加法求场强叠加法求场强1.5 电场线和电通量电场线和电通量 1.6 高斯定理高斯定理1.7 高斯定理应用举例高斯定理应用举例本章目录本章目录7自然界中只存在正、负两种电荷。自然界中只存在正、负两种电荷。电荷守恒定律：电荷守恒
5、定律：在一个孤立系统内发生的在一个孤立系统内发生的 过程中，正负电荷的代数和保持不变。过程中，正负电荷的代数和保持不变。电荷的量子化：电荷的量子化：指电荷只能取离散的、不连指电荷只能取离散的、不连续的量值的性质。续的量值的性质。一、电荷一、电荷e为最小电量单位为最小电量单位, ,称元电荷或电荷的量子。称元电荷或电荷的量子。 1.1 电荷、电荷守恒定律电荷、电荷守恒定律（electric charge， charge conservation law）8注：注：强子的强子的夸克模型夸克模型具有具有分数电荷分数电荷（ 或或 电子电荷）电子电荷）但实验上尚未直接证明但实验上尚未直接证明. . 密立根
6、密立根（R.A.Millikan）带电油滴实验带电油滴实验 （ 1906 1917 ,1923年诺贝尔物理奖）年诺贝尔物理奖）1906-1917年，密立根用液滴法首先从年，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实验上证明了，微小粒子带电量的变化不连续。不连续。 9库仑库仑 (C.A.Coulomb 1736 1806） 法国物理学家，法国物理学家，17851785年通过年通过扭秤实验扭秤实验创立创立库库仑定律仑定律, , 使电磁学的研使电磁学的研究从定性进入定量阶段究从定性进入定量阶段. . 电荷的单位库仑以他的电荷的单位库仑以他的姓氏命名姓氏命名. .10为为真空电容率真空电
7、容率 点电荷：点电荷：抽象模型抽象模型受受 的力的力1.2 库仑定律库仑定律（Coulomb s law）11大小：大小：方向：方向：和和 同号相斥，异号相吸同号相斥，异号相吸.为单位矢量，其方向是由施力体指向受力体为单位矢量，其方向是由施力体指向受力体.12静电场静电场: 静止电荷周围存在的电场静止电荷周围存在的电场电电 荷荷电电 场场电电 荷荷物物 质质实物实物场场 1.3 电场和电场强度电场和电场强度（electric field and electric field intensity）13q0带正电，带电量和几何尺寸足够小14电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理由由力的叠加原理力的叠
8、加原理得得 所受合力所受合力 点电荷点电荷 对对 的作用力的作用力 故故 处总电场强度处总电场强度 电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理151.4 叠加法求场强叠加法求场强一一. 点电荷的场强点电荷的场强（intensity of point charge） 由库仑定律和电场由库仑定律和电场“源源”点电荷点电荷场点场点q PrE点电荷电场强度分布的特点：点电荷电场强度分布的特点：强度定义给出：强度定义给出：16q1qiq2EEi Pri 点电荷点电荷qi 的场强：的场强：由叠加原理，由叠加原理，点电荷系的点电荷系的二二. 点电荷系的场强点电荷系的场强总场强：总场强：点电荷系点电荷系171.电偶
9、极子电偶极子 （electric dipole）的场强的场强电偶极子：电偶极子：一对靠得很近的等量异号的点一对靠得很近的等量异号的点电荷所组成的电荷系。电荷所组成的电荷系。电偶极子是个电偶极子是个相对的概念，相对的概念，rl它也是一种实际的物理它也是一种实际的物理模型模型（如极化后的分子或原子，（如极化后的分子或原子， 发射电磁波的天线等）。发射电磁波的天线等）。电偶极子的轴电偶极子的轴+-令令从从-q指向指向+q的矢量。的矢量。称为称为电偶极矩电偶极矩（electric dipole moment）. Pr18（1）轴线上的场强）轴线上的场强 r l 时：时：-q+q ro PEE+E- -
10、l19-q+q rol PE这表明电偶极子的这表明电偶极子的 q 和和 是作为一个整体是作为一个整体影响它在远处的电场的。影响它在远处的电场的。则则20综上，电偶极子场强分布的的特点：综上，电偶极子场强分布的的特点：（2）中垂线上的场强）中垂线上的场强E r -3 ，比点电荷的电场的衰减得快。，比点电荷的电场的衰减得快。roPE+ +-qEE- - p+q21（3）电偶极子在均匀电场中所受的力矩）电偶极子在均匀电场中所受的力矩F+F-E pe所受合外力为所受合外力为0，电偶极子在均匀电场中绕质心轴转动，电偶极子在均匀电场中绕质心轴转动22三三. 连续带电体的场强连续带电体的场强将带电体分割成无
11、限多块无限小的电荷元，将带电体分割成无限多块无限小的电荷元，每个电荷元都可以看做点电荷。每个电荷元都可以看做点电荷。电荷电荷体体密度密度点点 处电场强度处电场强度23电荷电荷面面密度密度电荷电荷线线密度密度24由对称性有由对称性有解解 例例 正电荷正电荷 均匀分布在半径为均匀分布在半径为 的圆环上的圆环上. .计算在环的轴线上任一点计算在环的轴线上任一点 的电场强度的电场强度. .由于由于2526讨讨 论论（1 1）（点电荷电场强度）（点电荷电场强度）（2 2）（3 3）27例例 均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度. . 有一半径为有一半径为 , ,电荷均匀分布的薄圆
12、盘电荷均匀分布的薄圆盘, ,其电荷面其电荷面密度为密度为 . . 求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点处的电场强度处的电场强度. .解解 由上例由上例2829（点电荷电场强度）（点电荷电场强度）讨讨 论论无限大均匀带电无限大均匀带电平面的电场强度平面的电场强度3031讨讨 论论无无限限大大带带电电平平面面的的电电场场叠叠加加问问题题32例例 求在均匀带电直棒中垂线上一点的电场强度求在均匀带电直棒中垂线上一点的电场强度Y00rX-0x dqPa解：解：对称性对称性33无限长均匀带电直棒无限长均匀带电直棒0-0Y0rXx dqPa半无限长均匀带电直棒？半无限长均
13、匀带电直棒？34无限大带电平面外任一点的场强无限大带电平面外任一点的场强( (已知电荷面密度已知电荷面密度为为 ) )解法一解法一解法二解法二 xyo35例 求无限大均匀带电平面外一点的场强。 电荷面密度。由无限长带电线：均匀电场！plydqxz36由对称性由对称性: :方向：沿方向：沿y 轴负向轴负向例例 求均匀带电圆弧圆心处的场强，已知求均匀带电圆弧圆心处的场强，已知 、R、 。解：解：电荷元电荷元dq 产生的场强：产生的场强：37典型带电体典型带电体 分布：分布：均匀带电圆环轴线上：均匀带电圆环轴线上：无限长均匀带电直线：无限长均匀带电直线：垂直于带电直线垂直于带电直线无限大均匀带电平面
14、：无限大均匀带电平面：垂直于带电面垂直于带电面点电荷电场点电荷电场: :38 1.5 电场线和电通量电场线和电通量 (electric field line and electric flux)一一.电场线（电场线（ 线）线）1. 线上某点的切向线上某点的切向线线切线切线 即为该点即为该点 的方向的方向；为形象地描写场强的分布，引入为形象地描写场强的分布，引入 线。线。电场线：电场线：描述电场分布情况的曲线描述电场分布情况的曲线。39垂直通过单位面积的电场线条数，在数值上就等垂直通过单位面积的电场线条数，在数值上就等于该点处电场强度于该点处电场强度 的大小。即：电场线的疏密的大小。即：电场线的
15、疏密表示该点处电场强度的大小。表示该点处电场强度的大小。静电场中电场线的特点：3. 3. 电场线密集处电场强，电场线稀疏处电场弱。电场线密集处电场强，电场线稀疏处电场弱。1. 1. 电场线起始于正电荷，终止于负电荷。电场线起始于正电荷，终止于负电荷。2. 2. 电场线不闭合，不相交。电场线不闭合，不相交。2. 线的密度给出线的密度给出 的大小。的大小。40带正电的点电荷带正电的点电荷 电偶极子电偶极子均匀带电的直线段均匀带电的直线段几种电荷的几种电荷的 线分布：线分布：点电荷的电场线点电荷的电场线平面电荷的电场线平面电荷的电场线两个平行平面电荷的电场线两个平行平面电荷的电场线41几种电荷的几种
16、电荷的 线分布的实验现象：线分布的实验现象：单个点单个点 电电 极极42正正 负负 点点 电电 极极43两两 个个 同同 号号 的的 点点 电电 极极44单单 个个 带带 电电 平平 板板 电电 极极45分分 别别 带带 正正 负负 电电 的的 平平 行行 平平 板板 电电 极极46带带 异异 号号 电电 荷荷 的的 点点 电电 极极 和和 平平 板板 电电 极极47“ 怒怒 发发 冲冲 冠冠 ”4849二二 电场强度通量电场强度通量 通过电场中某个面的电场线数通过电场中某个面的电场线数1 定义定义2 表述表述 匀强电场匀强电场 ， 垂直平面时垂直平面时.50二二 电场强度通量电场强度通量 通
17、过电场中某个面的电场线数通过电场中某个面的电场线数1 定义定义2 表述表述 匀强电场匀强电场 ， 与平面夹角与平面夹角 .51 非匀强电场，曲面非匀强电场，曲面S .52电通量电通量 e定义：定义： 1.e是对面而言，不是点函数是对面而言，不是点函数2.e 是代数量，有正、负之分是代数量，有正、负之分 的几何意义：的几何意义：对闭合曲面，对闭合曲面，约定：约定：闭合曲面闭合曲面以向外为曲面法线的正方向。以向外为曲面法线的正方向。cos ds=ds dsE 线线ESds53 当当 0 ：电场线穿出闭合曲面。电场线穿出闭合曲面。 当当 90时时e 071+ + + + + + + + + + +
18、+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 例例 无限大均匀带电平面的电场强度无限大均匀带电平面的电场强度 无限大均匀带电平面，单位面积上的电荷，即电无限大均匀带电平面，单位面积上的电荷，即电荷面密度为荷面密度为 ，求距平面为，求距平面为 处的电场强度处的电场强度. .选取闭合的柱形高斯面选取闭合的柱形高斯面对称性分析：对称性分析： 垂直平面垂直平面解解底面积底面积+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + +
19、+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 72令图示为一具有球对称性分布的静电场的令图示为一具有球对称性分布的静电场的Er关系曲线。请指出该静电场是由下列哪种关系曲线。请指出该静电场是由下列哪种带电体产生的。带电体产生的。 (A) 半径为半径为 R 的均匀带电球面。的均匀带电球面。 (B) 半径为半径为 R 的均匀带电球体。的均匀带电球体。 (C) 半径为半径为 R 、电荷体密度、电荷体密度 Ar (A为常数为常数) 的的 非均匀带电球体。非均匀带电球体。(D) 半径为半径为 R 、电荷体密度、电荷体密度 A/r (A为常数为常数) 的的非均匀带电球体。非均匀带电球体。73注意：带电体是对称形状时，场不一定是对称的。+带电均匀盘带电均匀杆二者不能用高斯定律求场强。但高斯定律成立。闭合面+如一段带电均匀杆但不能求高斯面上的场强，必须用积分求解。74
