第10章静止电荷的电场

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1、静止电荷的电场第十章绪言19世纪中期，法拉第和麦克斯韦发现，“电磁力”不同于万有引力，对电磁力的研究需要开辟新的完全不同于对万有引力研究的道路。爱因斯坦敏锐地洞见了物理学发展史上这一重大转折，他曾明确指出，牛顿的公理式方法已经不适用了，并进一步指出“在研究电和光的规律时，第一次产生建立新的基本概念的必要性”。由于只讨论静电场，库仑力的表示式与万有引力表示式类似，库仑力的大小与电荷移动无关的特征又与万有引力的大小与质点移动无关的特征类似，后来，当人们从“静”转向“动”，不仅发现了与电荷运动无关的静电力，还发现了与电荷运动速

2、度有关的磁力以及与电荷运动的加速度有关的“电动力”，牛顿理论的那种研究模式在电磁学中就被完全改变了。1、在研究的对象上不同，力学主要研究质点的运动，而静电学主要讨论点电荷产生的电场。在研究的逻辑层次上不同，力学先确定对质点状态的描述，再研究状态的变化及其产生的原因——力。静电学通过测量场源电荷对放置在同一个场点上的检验电荷所产生的静电作用力与检验电荷电量之比，人们发现这个比值只与场点位置有关而与检验电荷电量大小无关，于是，引出了对“场”的状态的描述，定义了电场强度和电势等物理量。对“场”的认识的深化与发展是贯串在整个电磁

3、学中的一条思想主线。电场和磁场的“力线”以及电磁场的初步物质观思想2、在“电场”和在“磁场”中引入的力线不仅仅是一种描述的工具，而是在人们在对电场和磁场本质的认识进程中所形成的关于最初阶段电磁场物质观思想的一种体现。法拉第设想，电力和磁力就是通过相应的力线传递的，“超距作用”是没有物理意义的。显然，法拉第提出的“场”的思想比静电学中定义电场强度时引入的“场”的思想更显示出了场的物质性，为以后麦克斯韦从数学上建立电磁场的理论奠定了基础。3、对电荷连续分布的带电体求场强所包含的“从部分相加得到整体”的思想、对电荷对称性分布的

4、带电体求场强所包含的“从整体得到部分”的思想部分和整体“不可分割”的思想以及施加作用者和承受作用者不可分割的思想。4、在力学中描述质点状态的物理量是位置和速度，它们的定义之间体现的是在时间上的变化率关系，在静电学中描述电场状态的物理量是电场强度和电势，它们的定义之间体现的是在空间上的变化率关系，体现了电场的非定域性。（这里的“非定域性”含义指的是，一旦静电场得以建立，就必然存在一个延展的空间，在这个空间里，电场强度和电势具有一个确定的非定域的连续分布。）由电势梯度求电场强度的关系式所体现的描述静电场的非定域思想从电场强度

5、和磁感应强度的不同定义方式等看电场和磁场的类比思想5、类比的思想是物理学中的一个重要思想。在刚体力学中从质点的“线量”到刚体转动的“角量”就体现了力学量的类比思想，主要体现的一种“异中求同”的思想；电磁场类比的目的是在提出磁场与电场存在许多相似之处的同时更多地揭示“磁量”和“电量”的相异，以体现一种“同中求异”的思想。（这种不同之处来自于电场与磁场不同的性质。）电场和磁场的互相联系和互相转化以及电磁场的因果观思想6、电磁感应现象的发现，是电磁学领域中最重大的成就之一。电场和磁场的互相联系和转化体现了电场和磁场两者之间存在

6、着互相既是原因又是结果的新型逻辑关系，这是一种区别于经典力学的完全确定论“因果观”的更高层次上的新的“因果观”思想。从经典力学中单一指向的二元因果逻辑关系发展为多元因果逻辑关系。电场中的导体和介质及其包含的电场与物质中电荷相互作用的思想＊7、在现代物理学中“场与物质的电荷的相互作用”已经成为物理学许多领域中涉及的重要思想，场对导体介质的相互作用包含着电场中的作用和反作用的思想，导体和介质放入电场中会与电场发生相互作用，这是电学中电场与物质作用与反作用的一种表现形式。§10.1电荷自然界只存在有两种电荷，即正电荷和负电荷.

7、并且带同号电荷的物体相斥，带异号电荷的物体相吸.带电体所带电荷的多少叫电量，用Q或q表示。二、电荷的量子性基本带电体(基本电量）：电子、质子一个电子（质子）的电量:e=1.60217733×10-19库仑（C）任何物体所带电量q只能是基本电量的整数倍q=ne(n=±0、1、2、3…)一、电荷的种类量子性：三、电荷守恒：四、电荷的相对论不变性：电荷的电量与其运动状态无关。在一个与外界没有电荷交换的系统内，电荷守恒.（粒子相互作用过程中正负电荷成对出现或消失）点电荷（相对性）：§10.2电场和电场强度一、电场电荷电荷电场电场

8、近代物理证明：电场是一种物质。它具有能量、动量、质量。场与实物粒子的不同在于：场具有可入性；场具有叠加性。静电场：相对观察者静止的电荷周围所产生的电场.电场中的电荷要受到电场力的作用;①②电场力可移动电荷作功.电场的对外表现：二、电场强度(从电场的电荷受力出发，引入一描述电场的物理量。)检验电荷的条件为:q0的电