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1、主讲教师主讲教师: :袁常青袁常青 博士博士 讲师讲师大学物理教研室大学物理教研室& &生物物理研究所生物物理研究所Email: chq_QQ: 184408561大大 学学 物物 理理College PhysicsEmail: chq_QQ: 184408561辅导答疑论坛辅导答疑论坛 http:/ 手机上网使手机上网使用用极速模式极速模式, 省流量省流量, 更流畅更流畅辅导答疑辅导答疑QQ群群 73949189(满满), 138493159手机号码就低调了手机号码就低调了, 亲们暂时用不到亲们暂时用不到第四篇第四篇第四篇第四篇 电磁学电磁学电磁学电磁学法拉第法拉第的电磁感应定律的电磁感应定
2、律: 电磁一体电磁一体库仑库仑定律定律: 电荷与电荷间的相互作用电荷与电荷间的相互作用 (磁极与磁极间的相互作用磁极与磁极间的相互作用)奥斯特奥斯特的发现的发现: 电流的磁效应电流的磁效应, 安培发现电流与电流间的安培发现电流与电流间的相互作用规律相互作用规律. 电磁学是物理学第三次大综合的结果电磁学是物理学第三次大综合的结果麦克斯韦麦克斯韦的电磁场统一理论的电磁场统一理论(19世纪中叶世纪中叶)赫兹赫兹在实验中证实电磁波的存在在实验中证实电磁波的存在, 光是电磁波光是电磁波.工业技术上的重要意义工业技术上的重要意义: 发电机发电机 电动机电动机 无线电技术等无线电技术等.电磁相互作用及其运动
3、规律电磁相互作用及其运动规律电磁学电磁学电磁学电磁学(electromagnetics)研究对象研究对象研究对象研究对象电磁学静电场静电场恒定磁场恒定磁场变化中的电磁场变化中的电磁场 主主要要特特点点: 研研究究对对象象不不再再是是分分离离的的实实物物, 而而是是连连续续分分布的场布的场, 用空间函数用空间函数(如如 等等)描述其性质描述其性质.第第第第 9 9 章章章章电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.7/38人体内为什么有此图人体内为什么有此图? ?曲线意义何在曲线意义何在? ?有什么规律有什么规律?
4、?与它带电的多少有关与它带电的多少有关与物体电荷的分布有关与物体电荷的分布有关第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.8/389.1 9.1 电电电电荷荷荷荷 库仑库仑库仑库仑定律定律定律定律9.1.1 电荷的量子化电荷的量子化 自然界中存在着两种不同性质自然界中存在着两种不同性质的电荷的电荷, 一种称为一种称为正电荷正电荷, 另一种另一种称为称为负电荷负电荷.电荷电荷(electric charge): 物质所带的电物质的固有属性物质所带的电物质的固有属性.基本电荷量基本电荷量基本电荷量基本电荷量: :物体带电均为电子电量的整数倍物体带电均为电子电量的整数倍物体带电均为电子电量的整
5、数倍物体带电均为电子电量的整数倍, ,9.1.2 电荷守恒定律电荷守恒定律 电电绝绝缘缘系系统统中中, 电电荷荷的的代代数数和和保持常量保持常量. +-电子对湮灭电子对湮灭 +-电子对产生电子对产生重原子核重原子核电荷为电荷为Q+ +电荷为电荷为Q电荷相对论不变性电荷相对论不变性第第9章章 电电荷与真空中的荷与真空中的电场电场第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.9/38 施施力力电电荷荷指指向向受受力力电电荷荷的的单单位矢量位矢量(径向单位矢量径向单位矢量)真空中的介电常数真空中的介电常数:3.静电力叠加原理静电力叠加原理2.库仑定律库仑定律:1.点电荷点电荷:9.1.3 真空中
6、库仑定律真空中库仑定律 点点电电荷荷系系对对某某点点电电荷荷的的作作用用等等于于系系内内各各点点电电荷荷单单独独存存在在时时对该电荷作用的对该电荷作用的矢量和矢量和. 对连续分布带电体对连续分布带电体, 选取选取电荷电荷元元 dQQr线线度度距距离离时时, 带带电电体体可可视视为为带带电电的的“点点”.作用范围作用范围:目前认为在目前认为在10-15m 107m第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.10/38例例9-1.在在氢氢原原子子中中, 电电子子与与质质子子的的距距离离约约为为5.3 10-11m. 求求它它们们之之间的万有引力和静电力间的万有引力和静电力.解解:9.29.2
7、 电场电场电场电场与与与与电场电场电场电场强强强强度度度度1.“场场”的提出的提出17世纪：世纪：牛顿牛顿: 超距作用超距作用. 笛卡尔笛卡尔: 靠靠“以太以太”传递传递.法拉第法拉第: 提出提出“场场”的概念的概念.19 世纪：世纪：麦麦克克斯斯韦韦: 建建立立电电磁磁场场方方程程, 定定量描述场的性质和场运动规律量描述场的性质和场运动规律.电荷电场电场电荷9.2.1 电场电场(electric field)电电电电场场场场: : 电电荷荷周周围围存存在在着着的的一一种种特殊特殊物质物质物质物质.（已知：（已知： M =1.67 10-27 kg , G = 6.67 10-11 Nm2kg
8、-2， m = 9.11 10-31 kg）第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.11/38场的物质性体现在场的物质性体现在:给给电电场场中中的的带带电电体体施施以以力力的的作作用用, 表明表明电场具有动量电场具有动量.当当带带电电体体在在电电场场中中移移动动时时, 电电场场力作功力作功, 表明表明电场具有能量电场具有能量.场与实物的共同性比较：场与实物的共同性比较：1.都是客观存在都是客观存在;2.存在形式也都是多样的存在形式也都是多样的;3.遵遵循循质质量量守守恒恒, 能能量量守守恒恒, 动动量量守恒和角动量守恒等规律守恒和角动量守恒等规律;4.既既不不能能创创生生, 也也不不
9、能能消消灭灭, 只只能能由一种形式转变为另一种形式由一种形式转变为另一种形式.场与实物的区别：场与实物的区别：3.实实物物不不能能达达到到光光速速, 场场则则以以光光速传播速传播;4.实实物物受受力力产产生生加加速速度度, 场场则则不不能能被加速被加速;5.实实物物具具有有不不可可入入性性, 以以空空间间间间断断形形式式存存在在, 可可以以作作参参考考系系; 场场具具有有可可入入性性, 以以连连续续形形式式存存在在, 具具有可叠加性有可叠加性, 不能作为参考系不能作为参考系.电场与实物联系电场与实物联系电场与实物联系电场与实物联系: 实物周围存在相关的场实物周围存在相关的场, 场传场传递实物间
10、的相互作用递实物间的相互作用, 场和实物场和实物可以相互转化可以相互转化. 现现代代物物理理认认为为场场是是更更基基本本的的,粒子只是场处于激发态的表现粒子只是场处于激发态的表现.1.实实物物质质量量密密度度大大(1000kg/m3), 场场质质量量密密度度很很小小(10-23kg/m3), 无静止质量无静止质量;第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.12/389.2.2 电场强度电场强度(electric field intensity)描述电场大小及其方向性描述电场大小及其方向性描述电场大小及其方向性描述电场大小及其方向性场源电荷场源电荷: 产生电场的点电荷、产生电场的点电荷、
11、点电荷系、或带电体点电荷系、或带电体.试验电荷试验电荷: 电量足够小的点电荷电量足够小的点电荷.略去对场源电略去对场源电荷分布的影响荷分布的影响与与场点场点对应对应试试验验电电荷荷q0在在电电场场P点点所所受受静静电电力力 与与q0电电量量的的比比值值即即为为该该点点的的电场强度电场强度, 简称场强简称场强:大小大小: 等于单位试验电荷在该等于单位试验电荷在该 点所受电场力点所受电场力;方向方向: 与与 +q0受力方向相同受力方向相同.单位单位: N C-1 或或 V m-19.2.3 点电荷与点电荷系的点电荷与点电荷系的 电场强度电场强度1. 点电荷的电场强度点电荷的电场强度由由库库仑仑定定
12、律律, 试试验验电电荷荷受受力力为为:Q第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.13/38讨论讨论:反反映映电电场场本本身身的的性性质质, 与与试试验验电荷无关电荷无关.电场强度是点函数电场强度是点函数静电场静电场均均匀匀电电场场: 电电场场强强度度在在某某一一区区域内大小域内大小, 方向都相同方向都相同.电场中电荷受力电场中电荷受力:2. 点电荷系的电场强度点电荷系的电场强度由静电场力叠加原理由静电场力叠加原理 点点电电荷荷系系电电场场中中某某点点总总场场强强等等于于各各点点电电荷荷单单独独存存在在时时在在该该点点产产生的场强生的场强矢量和矢量和矢量和矢量和. .静电场是空间矢量函
13、数静电场是空间矢量函数静电场是空间矢量函数静电场是空间矢量函数第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.14/383. 连续带电体的电场强度连续带电体的电场强度建立直角坐标，分解建立直角坐标，分解积分积分9.2.4 电场强度的计算电场强度的计算1. 点电荷的电场点电荷的电场2. 点电荷系电场点电荷系电场3. 连续带电体电场连续带电体电场第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.15/38例例例例9-29-2.求电偶极子的电场求电偶极子的电场.电偶极子电偶极子(electric dipole):相距很近相距很近的等量异号电荷的等量异号电荷.电偶极矩电偶极矩(electric mo
14、ment):描述电描述电偶极子大小的物理量偶极子大小的物理量.(1) 轴线延长线上轴线延长线上A的场强的场强(2) 中垂面上中垂面上B的场强的场强第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.16/38例例例例9-3.9-3.求长度为求长度为l 、电荷线密度为电荷线密度为 的的均匀带电直细棒周围空间的均匀带电直细棒周围空间的电场电场.x xdq解解: 建立坐标系建立坐标系O-xy任取电荷元任取电荷元矢量分解矢量分解:统一变量统一变量:第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.17/382) 对靠近直线场点对靠近直线场点: a R 时时, 想一想想一想 简化为点电荷场强简化为点电荷场强第第章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.21/38作业作业习题集：习题集：6-3、4、7、12、13；15、16、22
