电磁学电场课件.ppt

大学物理 引言 一、电磁学 电磁学是研究物质电磁运动规律及应用的学科。具体地讲，它是研究电荷、电流产生电场、磁场的规律；电场和磁场的相互联系；电磁场对电荷、电流的作用以及电磁场对物质的各种效应。 电磁运动是物质运动的又一种形式；电磁学是经典物理的重要组成部分 二、电磁学历史发展的概况 古希腊哲学家Thales琥珀（Electron）吸碎物； 春秋战国时期的磁石，东汉司南勺，磁石召铁 1600年英国御医William Gilbert的《磁石论》对磁石的各种基本性质作了定性的描述，记载了大量的实验。 Gillbert最早提出“电”一词：Electricity 1660年德国盖利克发明摩擦起电机 1745年荷兰莱顿的P.V.Musschenbroock发明了储存电的莱顿瓶。 Benjamin Franklin1752年风筝实验，引天电到地面 1785年C.A.Coulomb库仑扭称实验 1780年意大利Galvani发现动物电 1800年A.Volta发明电堆 1785年库仑 库仑定律 高斯定理 环路定理 1826年欧姆 欧姆定律 1820年奥斯忒电流磁效应 毕萨定律 1831年法拉第电磁感应定律，场的概念 麦克斯韦电磁场理论，预言光波是电磁波的一种 环路定理 高斯定理 位移电流、涡旋电流 静电 稳恒电流 第一章 真空中的静电场 第一节 电荷的基本性质 1、正负性 2、量子性：自然界中，电荷总是以一个基本单元的整数倍出现，电荷的这个特性叫做电荷的量子性。 3、电荷守恒：在孤立系统中，正负电荷的电量的代数和将保持不变。 4、电荷的相对性不变：在不同的参照系中，同一带电粒子的电量不变。 正电荷 负电荷 同号相斥异号相吸 电性力 电荷相互作用 5、物质性 电子是物质构成的基本粒子之一 电荷是物质的基本属性 第二节 库仑定律 一、点电荷模型 点电荷是这样一种带电体，它本身的几何线度比起它到其它带电体的距离要小得多，这样带电体的几何形状和电荷在其中的分布已无关紧要，可以把它抽象为一几何点。 二、库仑定律 点电荷之间的相互作用规律 真空中两点电荷之间的相互作用力方向沿这两点电荷的连线，同号相斥，异号相吸，大小与电量的乘积成正比，与其间的距离平方成反比。 说明： （1）k系数的确定 CGSE（厘米克秒）制，k=1 SI制： （2）库仑定律只适用于点电荷 （3） 点电荷之间的电性力满足牛顿第三定律 （4）库仑力符合叠加原理 q 电荷所受的力为 例1-1、已知氢原子中，电子和原子核的距离r0、电子质量m，氢原子核M的质量，万有引力常数G，电子电量和原子核的电量相等，试计算电子和氢原子核的静电作用和万有引力作用，并比较。 解：由库仑定律得静电力 万有引力为 故： 在处理原子问题时，可忽略万有引力 例1-2、边长为a正方形的四个顶点放置相同的电荷q，求其中一个电荷所受的库仑力. 解：置电荷q为坐标系原点 第三节 静电场 一、电场概念 近距作用 手按桌子、马拉车 接触相互作用 重力、库仑力 相互作用保持一定的距离 远距作用 两种观点 超距作用 场论 电荷 电荷 电荷 电荷 电场 凡有电荷存在，其周围就激发电场 场是物质的一种形态，电荷间的作用通过电场传递。 相对于观察者静止的电荷所产生的电场称为静电场 电场的描述：电场强度 二、电场强度 电量小，它对原有电场不会产生显著影响。 几何线度小，可看着点电荷 Q 试验电荷在不同点受力大小和方向逐点不一，在一定点所受力的大小和方向却是一定的。 在某一定点，改变试验电荷的电量，所受力方向不变，大小变化 点电荷Q在空间给定点的电场强度为： 当试验电荷为一个电荷单位时，电场强度与试验电荷受力量值相等。即等于一个正电荷在该点所受力。 电场强度E是客观存在的，与试验电荷无关 单位：NC-1 试验电荷 实验发现 三、场强的叠加原理 两边同除一标量电荷q0 电场中任意一点的电场等于各个点电荷在该点各自产生的场强的矢量和，这就是场强叠加原理，是电场的基本性质之一。 四、场强的计算 电荷分布 电场中各点的场强 叠加原理 （1）点电荷的场强 （2）、点电荷系的场强 设电场有若干电荷激发 （3）连续分布电荷系的场强计算 微观结构：电荷集中在一个带电的微观粒子上。 宏观效果 电荷连续分布 体积分 面积分 线积分 电荷密度 电荷元 电荷元电场 例1-3、如图一对等量异号电荷，相距为l，求两电荷中垂线和延长线上点的场强。 x y o 解：（1）求延长线上点的场强 讨论 电偶极矩 电偶极矩的方向为负电荷指向正电荷 （2）解：中垂线上点的场强 根据对称性有： 讨论 说明：（1）电偶极子的电场 （2）电偶极子应用广泛，如原子分子物理，无线电物理中应用极大 例1-4、求均匀带电细棒中垂面上场强的分布 x y o p x x+dx 解：设棒长 带电