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1、电磁学电磁学 研究宏观电磁现象研究宏观电磁现象1 1720世世纪纪前前叶叶，通通过过实实验验研研究究和和理理论论分分析析，认识到电磁现象是与电场和磁场相联系，认识到电磁现象是与电场和磁场相联系， 矢矢量量场场：如如果果在在空空间间各各点点存存在在着着一一个个矢矢量量，它它的的大大小小和和方方向向都都是是空空间间位位置置和和时时间间的的函函数数，这个矢量就形成一个矢量场。这个矢量就形成一个矢量场。 通通过过实实验验结结果果和和理理论论假假设设，总总结结出出麦麦克克斯韦方程组。斯韦方程组。 电电场场和和磁磁场场都都是是矢矢量量场场，相相应应矢矢量量为为电电场场强强度度 E 和磁感应强度和磁感应强度
2、 B （或磁场强度（或磁场强度H）。）。 用用矢矢量量场场的的数数学学性性质质来来表表达达电电磁磁学学规规律律，建建立立了以麦克斯韦方程组为基础的电磁学理论。了以麦克斯韦方程组为基础的电磁学理论。2积分形式积分形式微分形式微分形式麦克斯韦方程组（真空）麦克斯韦方程组（真空）3积分形式积分形式微分形式微分形式麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组4第第4章章 静电场静电场 4.1 电荷和库仑定律电荷和库仑定律 4.2 电场和电场强度电场和电场强度 4.3 电通量和高斯定理电通量和高斯定理 4.4 静电场的环路定理和电势静电场的环路定理和电势 4.5 由电势求电场强度由电势求电场强度54.1 电荷和库仑定律
3、电荷和库仑定律 4.1.1 电荷电荷 4.1.2 库仑定律库仑定律64.1.1 电荷电荷 电电荷荷：基基本本粒粒子子的的内内禀禀属属性性，不不能能独独立立于于基基本粒子存在。本粒子存在。 电电荷荷的的量量子子化化：物物体体所所带带电电量量只只能能是是以以某某一一最小电量为单元离散变化。最小电量为单元离散变化。基本电荷：基本电荷： 实实验验证证实实：电电子子半半径径小小于于10 18m，把把电电子子看看成点电荷成点电荷在这么小范围内在这么小范围内 e 保持稳定保持稳定? 密立根油滴实验。密立根油滴实验。 【思考思考】为什么？为什么？目前实验研究尚未深入到这一尺度目前实验研究尚未深入到这一尺度 带
4、电的几何点带电的几何点 电子结构？电子结构？7 实实验验表表明明：带带电电物物体体的的电电量量与与物物体体的的运运动动速速度度无无关关，即即在在不不同同惯惯性性系系中中观观测测，同同一一带带电电物物体的电量相同。体的电量相同。 电荷守恒定律：在已经发现的一切宏观过程电荷守恒定律：在已经发现的一切宏观过程和微观过程中，孤立系统的总电量保持不变。和微观过程中，孤立系统的总电量保持不变。4.1.2 库仑定律库仑定律 两两个个静静止止点点电电荷荷在在真真空空中中的的相相互互作作用用力力的的大大小小，与与两两个个点点电电荷荷电电量量的的乘乘积积成成正正比比，与与它它们们之之间间的的距距离离平平方方成成反
5、反比比；同同号号电电荷荷相相斥斥，异异号号电荷相吸。电荷相吸。8在国际单位制（在国际单位制（SI）中：）中： 真空介电常量、真空电容率：真空介电常量、真空电容率： 8.99 109 C 2 Nm29 实实验验表表明明，距距离离在在10 17107m范范围围内内库库仑仑定定律精确的成立。律精确的成立。 维维系系电电子子和和原原子子核核形形成成原原子子的的是是库库仑仑力力，而而不是万有引力。不是万有引力。 实实验验表表明明，两两个个以以上上的的点点电电荷荷对对一一个个点点电电荷荷的的作作用用力力，等等于于各各个个点点电电荷荷单单独独存存在在时时对对该该点点电荷库仑力的矢量和电荷库仑力的矢量和 库库
6、仑仑力力还还是是原原子子构构成成分分子子，分分子子构构成成固固体体、液液体体等等凝凝聚聚态态物物质质的的主主要要相相互互作作用。用。电力叠加原理：电力叠加原理：10 给给定定电电荷荷分分布布，原原则则上上用用库库仑仑定定律律和和电电力力叠叠加原理可以解决全部静电学问题。加原理可以解决全部静电学问题。 【例例4.1】在在一一长长度度为为L、单单位位长长度度的的电电量量为为 的的均均匀匀带带电电细细棒棒的的延延长长线线上上，与与棒棒端端距距离离为为a处处有一点电荷有一点电荷q0。求。求q0受到的库仑力。受到的库仑力。解解 电荷元：电荷元：dq= dx 可视为可视为点电荷点电荷11如果如果 a L ，由泰勒展开：由泰勒展开： 当当q0与与带带电电棒棒的的距距离离远远大大于于棒棒的的长长度度时时，就可把带电棒看成点电荷。就可把带电棒看成点电荷。12
