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时间:2019-07-01
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1、电磁运动是物质运动的又一种基本形式,电磁相互作用是自然界已知的四种基本相互作用之一,也是人们认识较为深入的一种相互作用。电磁学是物理学的一个重要分支,是研究电磁现象及其运动规律的一门学科。电磁学的应用非常广泛,从工农业生产、科学实验到人们的日常生活,几乎处处都离不开电磁学。电磁学还是一些后继课程(如:电工学、无线电电子学、自动控制工程等课程)的理论基础。本章主要讲解三个方面的问题:1)静电场的描述电荷库仑定律电场和电场强度点电荷的场强场的叠加原理2)高斯定律及其应用3)静电场环路定理电势静电场的描述1、
2、电荷自然界中存在着两种电荷:正电荷和负电荷。实验证明,同种电荷相互排斥,异种电荷相互吸引。大量实验事实表明:一个不与外界交换电荷的系统,电量的代数和始终保持不变,这称为电荷守恒定律。它是物理学中基本守恒定律之一,不仅适用于宏观过程,而且也适用于各种微观过程。近代物理实验证实,宇宙中的粒子有正反之分。如电子、正电子,质子、反质子,中微子、反中微子等。在带电的正反粒子中,电荷的分布总是对称的。如电子带负电,正电子带正电,二者电量相等,质量也相等。正是正负电荷的这种对称性导致了电荷守恒定律的存在。电荷总是以一
3、个基本单元的整数倍出现的,即物体所带的电荷不是以连续方式出现,而是以一个个不连续的量值出现的,这称为电荷的量子化。电荷的最小单元是电子或质子所带的电量,其值为。2、库仑定律1785年,法国物理学家库仑通过扭秤实验总结出一条规律:真空中两个静止的点电荷之间存在着相互作用力(称为静电力或库仑力),其大小与两点电荷的电量乘积成正比,与两点电荷间的距离平方成反比;方向沿着两点电荷的连线,同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。这一结论称为库仑定律,其数学表达式为------真空电容率(或真空介电常数)可见,氢原子中
4、电子和质子间的静电力远大于其万有引力,前者约为后者的倍解:两粒子间静电力大小两粒子间万有引力大小【例题】氢原子中电子和质子的平均距离为。分别求此两粒子间静电力和万有引力的大小?对待这一问题,历史上出现过两种不同的观点。1)超距作用------一个电荷不需要任何媒介,也不需要传递时间,便可把力即时地直接施加于另一个电荷。2)场(由法拉弟首先提出)------任何电荷都将在其周围空间激发电场,并通过电场来对其它的电荷施以力的作用。这一物理思想可以用如下框图来表示:电荷电场电荷3、电场电场强度库仑定律给出
5、了两个静止点电荷之间相互作用的规律,但它并没有说明两个相隔一定距离的电荷之间的作用是如何实现的。现代科学实验证明,场的观点是正确的。电场是一种客观存在的特殊形态的物质,与由分子、原子组成的物质一样,也具有能量、质量与动量。定义:电场强度(简称场强)电场强度是矢量,其大小等于单位试验电荷在该点所受到的电场力,其方向与正电荷在该点的受力方向相同。试验电荷1)所带的电量非常小,以致不影响原电场的分布;2)点电荷---几何尺寸非常小,以保证反映电场中某一点的性质;3)为叙述方便,规定试验电荷为正电荷。4、点电荷
6、的场强点电荷的场强在空间呈球对称分布试验电荷所受到的电场力为由电场强度的定义5、场强叠加原理点电荷系在空间某点产生的场强,等于各个点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。这就是场强叠加原理。整个带电体在P点处产生的场强,等于所有电荷元产生场强的矢量和,即若电场是由电荷连续分布的带电体产生的,则设想把带电体分割成许多小的电荷元dq,每个电荷元可视为点电荷,则dq在场点P产生的场强为式中的积分是对整个带电体的电量积分。对于电荷连续分布的线带电体、面带电体和体带电体来说,电荷元dq分别为dq【例题】计算电偶
7、极子中垂线上任意一点的场强定义电偶极矩(简称电矩)【例题】求均匀带电细棒外一点P的场强。设棒长为,电荷线密度为,P点到细棒的垂直距离为a[讨论]若带电细棒是无限长的,即本章主要讲解三个方面的问题:1)静电场的描述2)高斯定律及其应用电场线(电力线)电通量高斯定律应用高斯定律求场强3)静电场环路定理电势高斯定律及其应用1、电场线(电力线)(1)电场线总是起始于正电荷,终止于负电荷,不形成闭合曲线;(2)电场线上每一点的切线方向都与该点的电场强度方向一致,所以,任意两根电场线都不会相交;(3)电场线的疏密
8、程度表示该处电场强度的大小。通常将通过电场中某点垂直于该点电场强度的单位面积的电场线数目,定义为该点电场强度的大小,即,若表示与垂直的面元,则2、电通量通过电场中某一个面的电场线数称为通过该面的电通量,也称电场强度通量(通量),用符号表示。式中,“”表示对封闭曲面进行积分。对于封闭曲面,一般规定的方向指向曲面的外边。电通量是标量,只有正、负,为代数叠加;通过一个闭合曲面S的电通量为3、高斯定律高斯(K.F.Gauss,1777---1855
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