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1、电电 磁磁 学学1目录目录第第6章章 静电场静电场第第7章章 稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场第第8章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场2第第6章章 静电场静电场 1 库仑定律库仑定律 2 电场电场 电场强度电场强度 3 静电场的高斯定理静电场的高斯定理 4 静电场的环路定理静电场的环路定理 电势电势31 库仑定律库仑定律 一、一、 基本认识基本认识 二、库仑定律二、库仑定律4 1.对电荷的基本认识对电荷的基本认识 两种两种 正正 负负电荷量子化电荷量子化 1 库仑定律库仑定律 一、基本认识一、基本认识52.基本实验规律基本实验规律 1） 电荷守恒定律电荷守恒定律 2） 电力叠加原理电力叠加原理
2、3） 库仑定律库仑定律从施力电荷指从施力电荷指向受力电荷向受力电荷6二、库仑定律二、库仑定律 1785年，库仑通过扭称实验得到。年，库仑通过扭称实验得到。1.表述表述 在在真空真空中，中， 两个两个静止点电荷静止点电荷之间的相互作用之间的相互作用力大小，与它们的力大小，与它们的电量的乘积成正比电量的乘积成正比，与它们，与它们之间之间距离的平方成反比距离的平方成反比；作用力的方向沿着它；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。们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。7从施力电荷指从施力电荷指向受力电荷向受力电荷若若两电荷同号两电荷同号 斥力斥力若两电荷异号若两电荷异号 吸引力吸引力
3、方向方向方向方向8 2 . 物理上如何处理物理上如何处理 K 的取值的取值 一般情况下根据单位制来处理一般情况下根据单位制来处理K的取值问题：的取值问题： 1) 如果关系式中除如果关系式中除K以外，其它物理量的单位以外，其它物理量的单位 已经确定，那么只能由实验来确定已经确定，那么只能由实验来确定 K 值。值。 K 是具有量纲的量是具有量纲的量 如万有引力定律中的引力常量如万有引力定律中的引力常量G 2) 如果关系式中尚有别的量未确定单位，如果关系式中尚有别的量未确定单位， 为了使定律的形式简捷为了使定律的形式简捷 就令就令 K=1 。 K 是无量纲的量是无量纲的量 如牛顿第二定律中的如牛顿第
4、二定律中的K9第二种第二种 高斯制中高斯制中 当时电量的单位尚未确定当时电量的单位尚未确定 令令 K = 1 库仑定律的形式简单库仑定律的形式简单库仑定律中的库仑定律中的K有有两种取法两种取法第一种第一种 国际单位制中国际单位制中10施力施力 受力受力3. SI中库仑定律的常用形式中库仑定律的常用形式令令真空中的介电常数或真空电容率真空中的介电常数或真空电容率112 电场电场 电场强度电场强度 一、电场一、电场 二、电场强度二、电场强度 三、电场强度的计算三、电场强度的计算12早期：电磁理论是早期：电磁理论是超距超距作用理论作用理论后来后来: 法拉第提出法拉第提出近距近距作用作用 并提出并提出
5、力线力线和和场场的概念的概念一、电场一、电场 (electric field) 电荷周围存在电场电荷周围存在电场1. 电场的宏观表现电场的宏观表现 对放其内的任何电荷都有作用力对放其内的任何电荷都有作用力 电场力对移动电荷作功电场力对移动电荷作功（电场强度）（电场强度）（电势）（电势）132.静电场静电场 相对于观察者静止的电荷产生的电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是电磁场的一种特殊形式二、电场强度二、电场强度电量为电量为Q的带电体在空间产生电场的带电体在空间产生电场描述场中各点电场描述场中各点电场强弱强弱的物理量是的物理量是电场强度电场强度14思考思考试验电荷必须
6、试验电荷必须满足两小：满足两小：电量充分地小电量充分地小线度足够地小线度足够地小试验电荷放到场点试验电荷放到场点P处，处，试验电荷受力为试验电荷受力为试验表明：试验表明：确定场点确定场点 比值比值与试验电与试验电荷无关荷无关电场强电场强度定义度定义定义方法：定义方法：为什么？为什么？15讨论讨论1)2) 矢量场矢量场3) SI中中单位单位4) 电荷在场中受的电场力电荷在场中受的电场力 点点电荷在外场中受的电场力电荷在外场中受的电场力或或一般一般带电体在外场中受力带电体在外场中受力16三、电场强度的计算三、电场强度的计算1.点电荷点电荷Q的场强公式的场强公式要解决的问题是：场源点电荷要解决的问题
7、是：场源点电荷Q的场中各点电的场中各点电场强度。场强度。解决的办法：根据库仑定律和场强的定义。解决的办法：根据库仑定律和场强的定义。由库仑定律有，由库仑定律有，首先，首先，将试验点电荷将试验点电荷q放置场点放置场点P处处171) ) 球对称球对称由库仑定律由库仑定律由场强定义由场强定义讨论讨论2) )场强方向：正电荷受力方向场强方向：正电荷受力方向由上述由上述两式得两式得182.场强叠加原理场强叠加原理任意带电体的场强任意带电体的场强1）如果带电体由）如果带电体由 n 个点电荷组成，个点电荷组成，如图如图由电力叠由电力叠加原理加原理由场强定义由场强定义整理后得整理后得或或根据电力叠加原理根据电
8、力叠加原理和场强定义和场强定义192）如果带电体电荷连续分布，如图）如果带电体电荷连续分布，如图把带电体看作是由许多个电荷元组成，把带电体看作是由许多个电荷元组成，然后利用场强叠加原理求解。然后利用场强叠加原理求解。P20体体电荷密度电荷密度面面电荷密度电荷密度线线电荷密度电荷密度电荷密度电荷密度21例例1 电偶极子的场电偶极子的场 首先看首先看 一对一对相距为相距为l 的的等量异号点电荷等量异号点电荷的电场强度：的电场强度：根据场强叠加原理：根据场强叠加原理：22若从电荷连线的中点向场点若从电荷连线的中点向场点P画一位矢画一位矢且满足：且满足： r l 的条件，的条件，则这一对等量异号点电荷
9、则这一对等量异号点电荷叫做叫做电偶极子电偶极子(electric dipole)描述的物理量是电偶极矩描述的物理量是电偶极矩 (electric moment)，定义式：定义式：方向：从负点电荷指向正点电荷方向：从负点电荷指向正点电荷23再再利用电偶极子必须满足利用电偶极子必须满足 r l 的条件的条件得：得：电偶极子的电偶极子的场强：场强：由由一对等量异号点电荷的场出发：一对等量异号点电荷的场出发：24特殊情况：特殊情况：1）连线上）连线上，正电荷右侧一点，正电荷右侧一点 P 的场强的场强25中垂线中垂线上的一点上的一点26 解：建坐标如图解：建坐标如图 例例2 长为长为l 的的 均匀带电直
10、线，电荷线密度为均匀带电直线，电荷线密度为 求：如图所示求：如图所示 P 点的电场强度点的电场强度在坐标在坐标 x 处取一长度为处取一长度为dx 的电荷元的电荷元电量为电量为电荷元到场点电荷元到场点P距离为距离为r27电荷元电荷元 dx 在在 P 点的场强方向如图所示点的场强方向如图所示大小为大小为28 各电荷元在各电荷元在 P 点的场强方向一致点的场强方向一致 场强大小直接相加场强大小直接相加自解自解方向：导线延线方向：导线延线29例例3 均匀带电圆环轴线上的场均匀带电圆环轴线上的场解：在圆环上任取电荷元解：在圆环上任取电荷元由对称性分析知由对称性分析知垂直垂直x 轴的场强为轴的场强为030若若 x R ，则过渡到点电荷的公式则过渡到点电荷的公式说明：说明：点电荷模型使用的条件点电荷模型使用的条件31例例4 求电偶极子在电场中的力和力矩求电偶极子在电场中的力和力矩 如图，如图，解：正负电荷受力：解：正负电荷受力：系统质心速度不变系统质心速度不变各力对质心的力矩各力对质心的力矩该力矩总是使电矩转向场强的方向该力矩总是使电矩转向场强的方向32点电荷点电荷电偶极子电偶极子无限长带电线无限长带电线( (柱面柱面 柱体）柱体）无限大带电面无限大带电面（板）（板）r dr lr Lr dPPPP理想模型理想模型条件条件 带电体带电体 P场点场点33
