电磁学 北大 王稼军 老师 讲义 ppt 1.1库仑定律

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1、第一章 静电场教材：《新概念物理学》电磁学赵凯华、陈熙谋2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写§1.库仑定律p71/p881-1、4以库仑定律为例说明：一个物理定律建立本身就是物理学取得很大进展的标志物理定律具有丰富、深刻的内涵和外延对于基本定律，我们究竟从那些方面考察？2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写物理定律建立的一般过程观察现象；提出问题；猜测答案；设计实验测量；归纳寻找关系、发现规律；形成定理、定律（常常需要引进新的物理量或模型，找出新的内容，正

2、确表述）；考察成立条件、适用范围、精度、理论地位及现代含义等。2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写一.库仑定律的建立Franklin首先发现金属小杯内的软木小球完全不受杯上电荷的影响;在Franklin的建议下，Priestel做了实验——提出问题2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写猜测答案现象与万有引力有相同规律由牛顿力学可知：球壳对放置在壳外的物体有引力，而放置在球壳内任何位置的物体受力为零。类比：电力与距离平方成反比（1766年做的实验，未被重视）2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写

3、设计实验1769年Robison首先用直接测量方法确定电力定律，得到两个同号电荷的斥力两个异号电荷的引力比平方反比的方次要小些。（研究结果直到1801年发表才为世人所知）2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写Cavendish实验1772年Cavendish遵循Priestel的思想设计了实验“验证电力平方反比律”，如果实验测定带电的空腔导体的内表面确实没有电荷，就可以确定电力定律是遵从平方反比律的即他测出不大于0.02（未发表，100年以后Maxwell整理他的大量手稿，才将此结果公诸于世)。2021/6

4、/29北京大学物理学院王稼军编写1785年Coulomb测出结果精度与十三年前Cavendish的实验精度相当库仑是扭称专家;电斥力——扭称实验，数据只有几个，且不准确（由于漏电）——不是大量精确的实验；电引力——单摆实验得电引力单摆周期正比于距离与万有引力单摆周期类比，得2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写库仑定律的表述p5在真空中，两个静止的点电荷q1和q2之间的相互作用力大小和q1与q2的乘积成正比，和它们之间的距离r平方成反比；作用力的方向沿着他们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。2021/6/

5、29北京大学物理学院王稼军编写k是引进单位制后引入的常数。讨论2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写上述公式并非都是大量实验的结果，是在事实基础上理性思维的结果。如力的方向：分析点电荷受力：只能沿联线，否则空间旋转180°就不对称了注意成立条件、适用范围、精度条件：静止、真空、点电荷2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写静止：点电荷相对静止，且相对于观察者也静止该条件可以拓宽到静源——动电荷，不能延拓到动源——静电荷？因为作为运动源，有一个推迟效应。问题：上

6、述结论是否与牛顿第三定律矛盾？结果合理吗？2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写被作用者静止，满足牛顿第三定律被作用者运动，由于推迟势，不满足牛顿第三定律看上去与牛顿第三定律矛盾实际上正说明电荷间有第三者——场，前者电荷静止，场的动量不变——作用力对等后者场的动量发生变化，作用力不对等将场包含进去，依然满足牛顿第三定律2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写真空条件作用：为了除去其他电荷的影响，使两个点电荷只受对方作用。如果真空条件破坏会如何？——不仅只有两个电荷；总作用力比真空时复杂些，但由于力的独立

7、作用原理，两个点电荷之间的力仍遵循库仑定律因此可以推广到介质、导体2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写点电荷理想模型（已学过的）质点刚体理想流体平衡态（热学）点电荷：忽略了带电体形状、大小以及电荷分布情况的电荷。2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写适用范围和精度原子核尺度——地球物理尺度天体物理、空间物理大概无问题精度：Coulomb时代1971年2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写理论地位和现代含义库仑定律是静电学的基础，说明了带电体的相互作用问题原子结构，分子结构，固体、液体的结构化学

8、作用的微观本质都与电磁力有关，其中主要部分是库仑力静电场的性质2021/6/29北京大学物理学院王稼军编写后果？静电场的基本定理——高斯定理将不成立动摇了电磁理论的基础电力平方反比律与m光（静）是否为零有密切关系m光是有限的非零值？还是一个零？有本质的区别现有理论以m光=0为前提,若m光不为零，后果严重电动力学的规范不变性被破坏电荷将不守恒光子偏振态要发生变化黑体辐射公式