电磁学中科大第一章

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1、张璞扬制作中国科学技术大学理学院〈电磁学〉课题组《电磁学》多媒体电子教案1我曾对中国科技大学的同学们提出过“三P”：Perception，Persistence，Power意思是：直觉，坚持，力量。要有科学的直觉意识去创造，用坚持不懈的努力去奋斗，以扎实的知识力量去克服困难。杨振宁2电磁学电磁学是研究电荷和电流产生电场和磁场的规律，电场和磁场的相互联系，电磁场对电荷和电流的作用，电磁场对实物的作用及所引的各种效应。主要参考教材：《电磁学与电动力学》胡友秋等编科学出版社《电磁学》张玉民等编科学出版社《电磁学》赵凯华编高教出版社《电磁学专题研究》陈秉乾等编高教出版社《电磁学千题解》张之翔编科学

2、出版社3一、迎接挑战—关于电磁学的教学电磁学－研究对象的重大变化，必将引起基本观念、规律性质的深刻变化，必将导致新的概念、新的研究方法、新的描述手段和新的数学工具的出现，从而标志新的研究领域的开辟，预示新的理论的诞生。3.电磁学的难点在于“场”。场是在一定空间范围内连续分布的客体，从概念到方法，对学生来说都是全新的。认识场要从它的空间分布规律入手，从总体上去把握它，掌握恰当的描述方式和新的概念。静电学是整个电磁学的基础和重点。2.电磁场理论的研究由静止转为运动，由稳恒步入变化，最终建立了一组十分优美而简洁的麦克斯韦方程组。它概括了麦克斯韦之前所有的电磁经验定律。它不仅是物理学史上划时代的伟

3、大成就，也为理解什么是物理理论、怎样建立物理理论提供了光辉的范例。4二、物理学思维特点物理教学，重要的是要启发学生的思维，加强科学方法论的教学。如果学生能从学习中体会到物理学特有的思维方式，将终生受益。物理学思维特点主要表现在：1.敢于想像。要认识敢想才有物理学，不敢想就没有物理学。爱因斯坦说：“想像力比知识更重要。”例如，麦克斯韦的位移电流假说，爱因斯坦的狭义相对论和光电效应的论述。科学的历程就是在假设求证中不断进步。一2.善于归纳。物理学的构架是一系列大大小小的定律。这些定律都是从实验（或观察）中归纳出来的。但这种所用的科学方法，只能是“不完全”归纳法，而不是数学的完全归纳法。例如“势

4、”概念的应用。5学好物理学，关键是勤于思考，悟物穷理。3.创设模型。物理学并不讳言自身只研究模型。模型并不全同于真实，但物理学的成功正在于创造出许多成功的模型。模型是“理想化”的，但不是“伪劣”的，它突出了许多表面上看是千差万别的物体最本质的特征,例如法拉第的“力线”模型的建立。三、悟物穷理“细推物理须行乐，何用浮名绊此身”唐朝杜甫（中文的“物理”一词源出此）“求学问，需学问；只学答，非学问”李政道（1957年与杨振宁同获诺贝尔物理学奖）6第一章真空中的静电场1.电荷库仑定律2.电场电场强度3.电通量高斯定理4.静电场的环路定理5.电势能电势电场强度与电势的关系静电场的基本微分方程目录7（

5、一）电荷库仑定律一、对电荷的基本认识3.电荷量子化.密立跟实验(1906－1917年)Q=Ne,e=1.6021892（46）10-19C理论研究认为，夸克带分数电荷。迄今为止尚未在实验中找到自由夸克。今后即使真的发现了自由夸克，仍不会改变电荷量子化的结论。4.电荷守恒.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.具有相对论不变性。如：摩擦生电荷;感应带电荷;电子对的产生和湮灭等。1.电荷是带电基本粒子的一种属性。2.自然界只存在两种电荷，存在所谓“电荷对称性”。8二、库仑定律(1785年)受牛顿力学的深刻影响，寻找电力遵循的规律成为引人瞩目的研究课题，它

6、的发现迎来了电学历史上第一个重要突破。真空中,两个静止的点电荷之间相互作用力的大小,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.数学表述：q1q2rK的量纲为9真空介电常数0=8.854187817…10-12C2/m2N在SI制和有理化方程系中说明：1.库仑定律是直接由实验总结出来的规律。是整个静电学的基础,具有丰富的物理内涵。2．厍仑力与电量的乘积成正比，这是电量（电荷）的定义。即引入定量描述两点电荷带电多少的物理量－电量。规定库仑力大小与两点电荷电量乘积成正比，既表明是电力，又能通过的大小、正负区分电力的大小以及吸

7、引还是排斥。104.关注库仑力平方反比律的精确程度和适用范围。库仑力平方反比律的精度不仅直接影响电磁场理论的精度，而且与光子静止质量是否为零密切相关，涉及物理学一系列根本问题，关系重大。（2）适用范围：5．氢原子的电子、质子间的库仑力与万有引力相比3.库仑定律成立的条件是静止。即两点电荷相对静止，且相对于观察者静止。两个静止电荷之间的作用力符合牛顿第三定律.1971年实验值：（1）精确程度：11三、静电力叠加原理qiqr