电磁学电子教案

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1、电磁学电子教案使用教材：赵凯华、陈熙谋编的电磁学第二版主讲人：陈绍英、王启文、石鹏、李艳华呼伦贝尔学院物理系普通物理教研室电磁学课题组2006年9月制作第一章静电场1.1静电的基本现象和基本规律1.2电场电场强度1.3高斯定理1.4电位及其梯度1.1.1两种电荷电荷守恒定律1.1.1两种电荷1747年富兰克林发现了电。物体所带的电荷有两种，分别称为正电荷、负电荷。同号电荷相斥，异号电荷相吸。电荷可以由摩擦起电、静电感应产生。历史上约定：用丝绸摩擦的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦的塑料棒带负电。电荷是基本粒子的一个性质，它不能脱离这些基本粒子而存在。物体具有吸引轻小物体的性质叫做电性。带

2、电的物体称为带电体。使物体带电叫做起电，正、负电荷互相完全抵消的状态叫做中和。1.1.2电荷守恒定律摩擦起电和静电感应等实验证明：电荷既不能被创造，也不能被消灭，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，也就是说，在任何物理过程中，电荷的代数和是守恒的。电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程，是物理学中普遍的基本定律之一。1.1.3导体、绝缘体和半导体1.1.3导体、绝缘体和半导体按照电荷在其中是否容易转移或传导，习惯上把物体分为：⑴电荷能够从产生的地方迅速转移或传导到其它部分的物体，叫做导体；⑵电荷几乎只能停留在产生的地方的物体，叫做绝缘体；⑶导电能力介

3、于导体和绝缘体之间的物体，叫做半导体。1.1.4物质的电结构物质是由分子、原子组成的；而原子又由带正的原子核和带负电的电子组成；原子核又由不带电的中子和带正电的质子组成。在正常情况下，物体中任何一部分所包含的电子的总数和质子的总数相等，对外不显电性。如果在一定的外因作用下，物体（或其中的一部分）得到或失去一定数量的电子，使得电子的总数和质子的总数不再相等,物体就呈现电性。摩擦起电和静电感应就是施加一定的外部作用，使某一物体(或物体的一部分)得到(或失去)一定数量的电子，使电子总数多于(或少于)质子总数，从而使该物体(或物体的一部分)带负(或正)电。1.1.5电荷的量子化1.1.5

4、电荷的量子化1906～1917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，它只能是基本电荷e的整数倍，即粒子的电荷是量子化的。迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷。它们的带电量都是基本电荷e：e=1.60217733×10-19库仑(C)库仑是电量的国际单位。电荷量子化已在相当高的精度下得到了检验。那么基本电荷e是不是最基本的呢？在强子结构的夸克模型（1964年）中，夸克带分数电荷，相应的"反夸克”带等量反号的电荷。上(up)夸克的带电量为2e/3；下(down)夸克的带电量为-e/3；奇异(stran

5、ge)夸克的带电量为-e/3。在这一模型中，夸克是受到“禁闭”的。迄今为止，尚未在实验中找到自由状态的夸克。现在，分数电荷仍是一个悬而未决的命题。不过即使分数电荷存在，仍然不会改变电荷量子化的结论，只不过新的基本电荷是原来的1/3而已。1.1.7库仑定律1.1.6电荷的相对论不变性在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。电荷的这一性质叫做电荷的相对论不变性。1.1.7库仑定律当带电体的形状和大小与它们之间的距离相比允许忽略时，可以将带电体看作点电荷。1785年库仑(Coulomb)从扭秤实验结果，总结出点电荷之间的相互作用力所满足的规律，这就是库仑定律：在真空中，两个静止

6、点电荷之间的相互作用力与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。作用力的方向沿着它们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。1.1.7库仑定律即:(1.1)比例系数k由实验确定引入真空电容率或真空介电常量则库仑定律可写作其矢量形式为（1.2)1.1.7库仑定律当空间有两个以上的点电荷时，作用在某一点电荷上的总静电力，等于其它各点电荷单独存在时对该点电荷所施静电力的矢量和。这是静电力的叠加原理。库仑定律是直接从实验总结出来的规律，是静电场理论的基础。库仑定律与牛顿万有引力定律类似，也不是超距作用。按照现代物理学的观点，相互作用是由场以有限速度传播的。库仑定律和万有引力定律都

7、是平方反比规律，从数量级上比较，引力要弱得多，在氢原子内，电子和质子之间的静电力与万有引力的比值为2.26×1039。作业：p262、4、6、81.2.1电场电场强度1.2.1电场电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有电场，在电场中的任何带电体，都受到电场的作用力。电荷周围存在的能对其它带电体施加力的作用的特殊物质，称为电场。电场的性质：(1)对处于电场中的带电体有力的作用，这表明电场具有力的特性；(2)当带电体在电场中移动时，电场对其作功，这表明电场具有能的特