電磁學第1頁1電磁學：是研究電磁現象規律科學電磁學應用：1、家用電器：電視、照明、電腦2、收音機、遙控、雷達3、光學4、磁學5、核6、生物7、材料學科

8、信息學科它是各個學科研究和應用基礎第2頁2電磁相互作用萬有引力強相互作用弱相互作用主要，最富有結果四種基本相互作用電磁相互作用和電磁場Electromagneticfield

經過電磁場說明場基本性質

基本特征

基本方法場論第3頁3主要學習內容：

九.靜電場及基本性質

十.穩恒電流電場、磁場及基本性質

十一.電磁感應現象及Maxwell電磁場方程組

電磁場統一性物質性相對性

電磁場量相對論變換思緒：試驗規律場性質場與物質相互作用第4頁4§1-1電荷基本性質§1-2庫侖定律與疊加原理§1-3電場與電場強度§1-4電場強度計算本章主要內容：9-1靜止電荷電場第5頁5

§1-1電荷基本性質一、電荷種類1、電荷有兩種：正電荷和負電荷。同性電荷相排斥，異性電荷相吸引。2、試驗證實：

電子帶負電荷，質子帶正電荷，中子不帶電荷。

電子：電子半徑10-18m---無內部結構而有有限質量和

電荷“點”

質子：質子半徑10-15m---中心帶正電，

中子：靠近中心為正電荷，邊緣帶負電，正負電量相

等，對外不顯電性。第6頁63、電量

定義：

帶電體所帶電荷多少叫電量。單位：庫（侖）(C)符號：Q(或q)電量是標量：一個帶電體所帶總電量為其所帶正負電量代數和。第7頁7二、電荷量子性n=1，2，3，…

基本電荷量：

1.對電荷量子化認識

法拉第等提出電荷量子化概念。

1913年，密立根用液滴法首先從試驗上證實了

微小粒子帶電量改變不連續。

在自然界中，電荷總是以一個基本單元整數倍出現第8頁82、電荷空間分布相對連續性

當帶電體所帶電量是基本電荷很多倍時，宏觀（平均效果）認為電荷連續地分布在帶電體上。而忽略了量子性所引發微觀起伏。

當一個帶電體本身線度比所研究問題中所包括距離小很多時，該帶電體形狀與電荷在其上分布均可忽略，該帶電體就可看作一個帶電點，叫點電荷。3、點電荷第9頁9三、電荷守恒電荷守恒定律：

在一個和外界沒有電荷交換系統內，正負電荷代數和在任何物理過程中保持不變。

電荷守恒定律是物理學中普遍基本定律第10頁10四、電荷相對論不變性試驗證實：

一個電荷電量與它運動狀態無關。電荷是相對論不變量：

在不一樣參考系內觀察同一帶電粒子電量，其電量不變。第11頁11一、庫侖定律1、真空中庫侖定律：

真空中兩個靜止點電荷相互作用力F大小與這兩個點電荷所帶電量q1和q2乘積成正比，與它們之間距離r平方成反比。作用力F方向沿它們連線方向，同號相斥，異號相吸。q1q2§1-2庫侖定律與疊加原理第12頁12F----F12=-F212、力方向:3、單位制與常數K?國際單位制(SI)r(m)F(N)q(C)令真空介電常數K=9109N?m2C-2第13頁13討論1)基本試驗規律宏觀

微觀適用2)點電荷理想模型3)兩電荷之間相互作用不受其它帶電體影響

→

電力疊加原理第14頁14二、電力疊加原理

兩個以上點電荷對一個點電荷作用力等于各個點電荷單獨存在時對該點電荷作用力矢量和。第15頁15

=標準上能夠處理靜電學全部問題庫侖定律+力疊加原理力疊加原理+q1-q3+q2Q第16頁16歷史上兩種觀點：（1）“超距作用”傳遞相互作用不需要時間、介質。qq'FF’rqq'電場FF’（2）法拉第場論觀點力需要中間物質來傳遞----場。第17頁171）帶電體周圍存在一個特殊物質。2）靜電場：

相對觀察者靜止電荷周圍電場。場特征：結論：庫侖力是由靜電場傳遞a對置于其中電荷有作用力b分布于電荷周圍c幾個場在同一時間可位于同一空間。第18頁18§1-3電場和電場強度一、電場電場：電荷周圍存在著一個特殊物質。靜電場：靜止電荷所產生電場電場兩個主要性質：力學性質：電荷在電場中要受到電場力作用。能量性質：電場力對電荷有作功本事。電荷q1電荷q2電場E第19頁191、試驗電荷A）尺寸足夠小（點電荷）B）電量足夠少（不會影響原電場分布）C）電荷帶正電二、電場強度描述場中各點電場強弱物理量場源電荷q，場點處試驗電荷q0在電場中受力F。Fq第20頁20F2、試驗結果a同一點b不一樣點q電場強度1.單位：

N·C-12.方向：正試驗電荷在該點受力方向。第21頁213、注意：電場強度與試驗電荷無關，只與場源電荷和場點位置相關。電場強度是反應電場本身特征物理量。第22頁22§1-4

電場強度計算一.點電荷場強公式

球對稱由庫侖定律由場強定義討論

從源電荷指向場點

場強方向正電荷受力方向由上述兩式得依據庫侖定律和場強定義第23頁23二、場強疊加原理任意帶電體場強假如帶電體由n個點電荷組成，如圖由電力疊加原理由場強定義整理后得或第24頁24點電荷系電場中任意一點場強等于各個電荷單獨存在時在該點產生場強矢量和。——場強疊加原理第25頁說明：(1)從經典場觀點來看,疊加原理是電場一個基本性質。標準上,由點電荷場公式加上疊加原理就能夠計算出任何電荷分布場。(2)疊加原理表明,場物質含有與波動類似性質:兩個場物質在某處相遇時,將相互疊加或相互穿越而過,而不像實物粒子那樣發生碰撞或散射。(3)試驗表明,在包括極短距離(<10-16m)或極強相互作用時,場表現出量子特征,要用量子場論來處理,此時經典場疊加原理失效。

第26頁26例1：求電偶極子中垂線上一點電場強度。電偶極子：一對等量異號點電荷系。解：由對稱性分析

Ey=0電偶極矩:

第27頁27第28頁28電偶極子在均勻電場中所受力矩F+=qE，F-=-qE

M=2[qE(l/2)sin

]

=PEsin

M使得P向

減小方向轉(使P向和E盡可能一致方向轉)。

P

F-El-qq··F+第29頁29連續分布電荷電場強度取連續分布電荷電荷元dq,pdqdq可視為點電荷,其電場強度電荷均勻分布情況下,用電荷密度表示dq.電荷線密度:電荷面密度:電荷體密度:(化為分量式計算)第30頁30解題思緒及應用舉例1.建立坐標系。2.確定電荷密度:4.確定電荷元場5.求場強分量Ex、Ey。求總場體dq=

dV,3.求電荷元電量：體

,面

,線

面dq=

dS,線dq=

dl。第31頁31例2求均勻帶電細棒p點場強。點到棒垂直距離為d。設棒長為l,帶電量q,電荷線密度為λ。解：

dqypx

0x電荷元第32頁32討論：當均勻帶電細棒為無限長時，

dqypx

0x第33頁33無限長均勻帶電直線場強：第34頁例3：均勻帶電圓環半徑為R，帶電量為q,求：圓環軸線上一點場強。解：電荷元dq場由場對稱性

第35頁35由對稱性當dq

位置發生改變時，它所激發電場矢量組成了一個圓錐面。.電場強度計算第36頁第37頁37討論:1.環心處：x=0,E=02.當x>>R,相當于點電荷場。第38頁383.場強極大值位置：令第39頁39P

xxrR

d0例4:均勻帶電圓盤軸線上一點場強。設圓盤帶電量為，半徑為解：由上題結果第40頁401x>>R,2x<<R,P

xxrR

d0討論:為無限大帶電平面點電荷第41頁41例:求兩個平行無限大均勻帶電平面場強分布。設面電荷密度分別為和