§8-1、2库仑定律、电场强度75755

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1、电磁学电磁学的研究对象和方法及其揭示的规律都与以往不同。电磁运动是物质运动的一种基本形式。相关的前沿课题：大统一理论和超统一理论。电磁学静电场—由静止电荷产生稳恒磁场—由运动电荷产生的稳恒电流形成电磁场—由变化的电场和变化的磁场形成1第8章静电场图为1930年E.O.劳伦斯制成的世界上第一台回旋加速器2§8.1电荷库仑定律一.电荷1.正负性：“正”电荷和“负”电荷2.量子性1906～1917年，密立根（R.A.Millikan）用液滴法测定了电子电荷，发现电子电荷均相同，证明微小粒子带电量的变化是不连续的，它只

2、能是元电荷e的整数倍，即粒子的电荷是量子化的。直到今天仍然没有电荷量子化的满意解释。3Dirac(Eng)1936年曾把磁单极子与电荷量子化联系起来，定量地解释了电荷量子化。分数电荷：1964年Gell-Mann（盖尔—曼）指出基本粒子是由Quark构成的——Quark模型。Quark的电荷量为：1995年Quark的发现证实了分数电荷的存在。任何起电过程都是物质电荷重新分配的过程，而绝非电荷产生的过程。Hauksbee(毫克斯比)静电起电机(1710)3.起电过程及其本质44.守恒性在一个孤立系统中总电荷量是

3、不变的。即在任何时刻系统中的正电荷与负电荷的代数和保持不变，这称为电荷守恒定律。5.相对论不变性电荷的电量与它的运动状态无关。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。例如核反应和基本粒子过程，正、负电子湮灭和高能光子撞击原子核等。51773年发表有关材料强度的论文，所提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法沿用到现在，是结构工程的理论基础。1777年开始研究静电和磁力问题。当时法国科学院悬赏征求改良航海指南针中的磁针问题。库仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，提出用细头发丝或丝线悬

4、挂磁针。研究中发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系，从而可利用这种装置测出静电力和磁力的大小，这导致他发明扭秤。1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。还设计出水下作业法，类似现代的沉箱。1785-1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。库仑——法国工程师、物理学家。1736年6月14日生于法国昂古莱姆。1806年8月23日在巴黎逝世。早年就读于美西也尔工程学校。离开学校后，进入皇家军事工程队当工程师。法国大革命时期，库仑辞去一切职务，到布卢瓦致力于科学研究。法皇执政统治期间

5、，回到巴黎成为新建的研究院成员。二.库仑定律61.点电荷(一种理想模型)当带电体的大小、形状与带电体间的距离相比可以忽略时,就可把带电体视为一个带电的几何点。2.库仑定律处在静止状态的两个点电荷，在真空（空气）中的相互作用力的大小，与每个点电荷的电量成正比，与两个点电荷间距离的平方成反比，作用力的方向沿着两个点电荷的连线。电荷q1对q2的作用力F217电荷q1和q2均代入正负号！必须是体积很小、呈球形？电荷q2对q1的作用力F12真空中的电容率（介电常数）讨论：(1)库仑定律适用于真空中的点电荷；(2)库仑力满

6、足矢量性、独立性和叠加性。(3)一般8例：经典的氢原子中电子绕核旋转，质子质量Mp=1.6710-27kg,电子质量me=9.1110-31kg,求电子与质子间的库仑力Fe与万有引力F引之比。解：库仑力大小万有引力大小可见，在电磁现象中，带电粒子间的静电力远大于引力。因此，在电磁学中，经常忽略万有引力。9卢瑟福（1912-1913）用α粒子散射实验证实两电荷间的距离在10-13cm以上库仑定律严格成立。但是在非常大的（如地理到天文尺度）范围内是否成立，目前尚无实验证明。万有引力定律只在<10cm的距离有扭称

7、实验证实，距地面10公里以上有人造地球卫星的运行证实，在中间距离过去并没有实验证实，近年来发现确有偏差，并归结为存在第五种力。Dirac大数假设*Dirac1937年由此出发把这个大数与原子单位下的宇宙年龄（~1040s)联系起来，提出了著名的大数假设。由此得到即引力常数将随时间变小。10三.电场力的叠加q3受的力：对n个点电荷：对电荷连续分布的带电体Qr11已知两杆电荷线密度为，长度为L，相距L解例两带电直杆间的电场力。求L3L2LxO12实际作用距离比2L大？小？Q1Q2如下两均匀带电金属球，球心间距为d

8、，则它们的库仑力F为：（A）（B）（C）（D）不一定13√xyq1q1q20y两个电量都是q1的点电荷，相距2a，中点为o，今在它们连线的垂直平分线上放另一点电荷q2，与o点相距y。求：（1）q2所受的力（2）q2放在哪一点时，所受的力最大？（3）将q2由静止释放，则其将如何运动？分别就q1和q2同号和异号两种情况讨论。例：14§8.2静电场电场强度E一.静电场后来:法拉第提出场的概