电磁学电子教案课件.ppt

第一章 静电场 1.1 静电的基本现象和基本规律 1.2 电场 电场强度 1.3 高斯定理 1.4 电位及其梯度 1.1.1 两种电荷 电荷守恒定律 1.1.1 两种电荷 ????1747年富兰克林发现了电。物体所带的电荷有两种，分别称为正电荷、负电荷。 同号电荷相斥，异号电荷相吸。电荷可以由摩擦起电、静电感应产生。历史上约定：用 丝绸摩擦的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦的塑料棒带负电。 ????电荷是基本粒子的一个性质，它不能脱离这些基本粒子而存在。 物体具有吸引轻小物体的性质叫做电性。带电的物体称为带电体。使物体带电叫做起电， 正、负电荷互相完全抵消的状态叫做中和。 1.1.2电荷守恒定律 ????摩擦起电和静电感应等实验证明：电荷既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一 个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，也就是说，在任何 物理过程中，电荷的代数和是守恒的。 ????电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程，是物理学中普遍的基本定律之一。 1.1.3 导体、绝缘体和半导体 1.1.3 导体、绝缘体和半导体 按照电荷在其中是否容易转移或传导，习惯上把物体分为： ⑴电荷能够从产生的地方迅速转移或传导到其它部分的物体，叫做导体； ⑵电荷几乎只能停留在产生的地方的物体，叫做绝缘体； ⑶导电能力介于导体和绝缘体之间的物体，叫做半导体。 1.1.4 物质的电结构 物质是由分子、原子组成的；而原子又由带正的原子核和带负电的电子组成；原 子核又由不带电的中子和带正电的质子组成。 在正常情况下，物体中任何一部分所包含的电子的总数和质子的总数相等，对外不 显电性。如果在一定的外因作用下，物体（或其中的一部分）得到或失去一定数量的电 子，使得电子的总数和质子的总数不再相等,物体就呈现电性。 摩擦起电和静电感应就是施加一定的外部作用，使某一物体(或物体的一部分)得到 (或失去)一定数量的电子，使电子总数多于(或少于)质子总数，从而使该物体(或物体 的一部分)带负(或正)电。 1.1.5 电荷的量子化 1.1.5 电荷的量子化 ????1906～1917年，密立根（R.A.Millikan )用液滴法测定了电子电荷，证明微小粒子带 电量的变化是不连续的，它只能是基本电荷e的整数倍，即粒子的电荷是量子化的。 迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷。它们的带电量 都是基本电荷e ： e =110-19库仑(C) 库仑是电量的国际单位。 电荷量子化已在相当高的精度下得到了检验。那么基本电荷e是不是最基本的呢？ 在强子结构的夸克模型（1964年）中，夸克带分数电荷，相应的反夸克”带等量反号 的电荷。上(up)夸克的带电量为2e/3；下(down)夸克的带电量为 - e/3；奇异(strange)夸 克的带电量为 - e/3。??在这一模型中，夸克是受到“禁闭”的。迄今为止，尚未在实验中 找到自由状态的夸克。 ??? 现在，分数电荷仍是一个悬而未决的命题。不过即使分数电荷存在，仍然不会改 变电荷量子化的结论，只不过新的基本电荷是原来的1/3而已。 1.1.7 库仑定律 1.1.6 电荷的相对论不变性 ????在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。电荷的这一性质叫做电荷的 相对论不变性。 1.1.7 库仑定律 当带电体的形状和大小与它们之间的距离相比允许忽略时，可以将带电体看作点电 荷?。 1785年库仑(Coulomb)从扭秤实验结果，总结出点电荷之间的相互作用力所满足的 规律，这就是库仑定律： ???? 在真空中，两个静止点电荷之间的相互 作用力与它们的电量的乘积成正比，与它们之 间距离的平方成反比。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。 1.1.7 库仑定律 ???即:? ????? ??????? ?? ?? ???? (1.1) 比例系数k由实验确定 引入真空电容率或真空介电常量 则库仑定律可写作 其矢量形式为