大学物理课件(电磁学部分).ppt

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1、电磁学I–静电学A电荷与库仑定律ElectromagnetismI-ElectrostaticsChargeandCoulomb’sLaw华中科技大学物理学院姜巍2012年4月23日电磁学是研究电和磁的物理规律，及其的相互作用现象的物理学分支学科。电磁学概述电磁学的三大内容：电荷与电场电流与磁场电磁场的关系静电学静止的电荷产生的稳恒电场静磁学匀速运动的电荷(稳恒电流)产生的稳恒磁场电磁感应电场和磁场的相互关系唯象处理–能量/守恒律观点分布或集中元件模型三元件：电阻/电容/电感主要参量：电荷/电流/电压/磁通电荷/电流是电荷密度/电流密度在空间上的积分电压/磁通是电场

2、/磁场在空间上的积分R(t)L(t)C(t)–电路理论(集中元件)适用于L<<λ直流情形(高中知识)交流情形(大学知识)R(x,t)L(x,t)C(x,t)–传输线模型(分布元件)适用于L～λ电磁学或电动力学–电磁场/电荷与电流一般方法特别是L>>λ电磁场与电磁波/微波技术等相关课程的基础物理学的第二次大综合静电学概述电荷q与电场强度E(x,t)3.静电场的守恒律静电场的高斯定理静电场的环路定理1.静电学的基本概念2.静电学的基本定律电势/电容与能量电荷电场强度库仑定律洛仑兹力电荷守恒定律5.静电场与物质相互作用(力与物质相互作用是材料力学)静电场中的导体静电场中的

3、电介质电场叠加原理刚体流体4.静电场的能量/电容1.什么是电荷？1747年由美国物理学家富兰克林发现电荷是物质的基本属性(类似于质量)!2.电荷是量子化的电荷的量子化效应：e=1.60210-19C注：宏观电磁现象中电荷的不连续性表现不出来(电荷连续分布)电荷种类：只有两种q=ne电荷和库仑定理ChargeandCoulomb’sLaw电子电量n=±1,±2,±3…正电荷负电荷(质量只有正值)1913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，它只能是元电荷e的整数倍,即粒子的电荷是量子化的。强子的夸克模型具

4、有分数电荷（1/3或2/3电子电荷）但实验上尚未直接证明3.电量是相对论不变量电子加速到vc0.9999999997m=4.0825×104mo但是电子的电量:q=e=1.60210-19C保持不变+++电荷为Q电荷为Q电子的质量:静止参考系v=0.9999999997c4.电荷遵从守恒定律电荷守恒定律的表述：在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。电荷守恒定律是物理学中普遍的基本定律+-电子对湮灭+-电子对产生例：高能光子和核相碰产生一对正负电子（电子对）1.库仑定律（1785年，库仑通过扭称实验得到）为单位矢量，由施力点电荷

5、指向受力点电荷！q1q2例：电荷q1对电荷q2的力：二、库仑定律真空中两个静止的点电荷q1,q2之间的相互作用力大小与它们带电量成正比，和它们之间距离的平方成反比，作用力方向在它们的连线上。国际单位制中：真空中的介电常量2°库仑定律只适用两个静止点电荷同号,排斥力q1、q2q1、q2异号,吸引力3°若q1、q2在介质中，介电常数=ro；空气中：o讨论：4°基本实验规律在宏观，微观领域都适用！q1q2q1q21°遵从牛顿第三定律例1：在氢原子中，电子与原子核之间的距离约为5.3×10-11m，求它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。解：氢原子核

6、与电子可看作点电荷万有引力为两值比较结论：库仑力比万有引力大得多，所以在原子中，作用在电子上的力，主要是电场力，万有引力完全可以忽略不计。2.静电力的叠加原理实验证明：当多个点电荷存在时，作用于某一个点电荷上的总静电力等于其它点电荷单独存在时作用于该点电荷的静电力的矢量和。5数学表达式离散状态：连续分布：库仑力如何传递？近代物理学证明“场”的观点正确。静电场/电场强度StaticElectricField静电力的两种观点1o超距作用:静电力的传递不需要媒质，也不需要时间2o近距作用:电荷通过“以太”媒质相互作用。电荷A电场产生电荷B电场产生结论：电荷和电荷之间通过“

7、电场”产生相互作用。法拉第提出“场物质”观点，静电力的媒质是电场，电荷产生电场；电场对其它电荷有力的作用。爱因斯坦:“场在物理学家看来正如他坐的椅子一样实在”实物粒子物质场一、电场相对观察者静止的电荷激发的电场——是电场的一种特殊形式（矢量场）2.静电场：1º对放入其内部的电荷(带电体)施加作用力；2º电场力对放入其内部的电荷(带电体)作功。力法——引入电场强度1.电场的基本性质：★研究方法：能法——引入电势U场源电荷试验电荷且作用力不因运动电荷的运动状态发生改变。电荷周围存在电场。（qo是很小的试验点电荷）单位：N/C(牛顿/库仑)或V/m(伏特/米)大小等于