大物(2-2)第10章-1

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1、大学物理下册贾瑞皋第十章真空中的静电场绪论库仑定律和叠加原理任何一门科学都有其发展史，都是人类长期实践活动和理论思维的产物。一、电磁理论的建立和发展公元3世纪，晋朝张华的《博物志》中有梳头或脱衣服时产生火花和响声的记载，这是人类关于摩擦起电的早期纪录。东汉已有指南针的前身司南勺；比欧洲更早。人类有关电磁现象的认识可追溯到公元前600年。公元前6、7世纪人类发现了磁石吸铁、摩擦起电等现象。春秋时代的《管子·地数》（公元前600多年）中有“上有慈石者，其下有铜金”是我国最早关于磁石的记载；绪论1831年，英国物理学家法拉第发现电磁感应现象，进一步证实了电现象与

2、磁现象的统一性。1865年，麦克斯韦建立了系统的电磁场理论，预测了光的电磁性质，实现了物理学史上又一次大综合。1820年奥斯特发现电流的磁效应。第一次把电和磁联系起来，并导致了电磁学飞速发展的新阶段。从1785年（我国清代乾隆五十年），到1865年（我国清朝同治四年）麦克斯韦方程建立，人类花了八十年的时间，终于揭示出电磁现象的基本规律。1750年米切尔提出磁极之间的作用力服从平方反比定律；1785年库仑公布了用扭秤实验得到电力的平方反比定律，使电学和磁学进入了定量研究的阶段。系统地对电磁现象进行研究则始于16世纪。二、电磁学的理论框架1、场的概念电磁学的研

3、究对象是场，一种是数学场，另一种是物理场。1）数学场在空间的每一点都对应某个物理量的确定值，这个空间就称为该量的场。分类矢量场：物理量是矢量，例如速度场、电场强度场。标量场：物理量是标量，例如温度场、大气压力。若物理量不随时间变化，则称为稳恒场，随时间变化的场称为交变场。2）物理场物理场是传递相互作用的媒质，也称为相互作用场。具有物质的属性，物理场有质量、能量和动量等。特性★由原子，分子组成静止质量不为零★不是由分子原子组成静止质量为零★有空间可入性★无空间可入性★运动速度小于光速★以光速运动实物物质场物质不同点电磁场既是物理场，也是数学场。注意①具有质量

4、、能量、动量和角动量。②遵从动量守恒定律、角动量守恒定律和能量守恒定律。相同点场物质与实物物质的异同实物物质和场物质是物质存在的两种基本形态。2、电磁学的理论框架和研究思路电磁学的研究对象是电磁场。在稳恒情况下，电磁场可分为静电场和稳恒磁场。静电场的理论建立在库仑定律和电场的叠加原理两个基本假设的基础上。根据电场的性质定义了描述电场性质的电场强度和电势两个物理量。首先应用库仑定律和叠加原理，研究研究静止电荷在真空中产生静电场的规律；研究电荷与电势分布的关系。电流磁效应的发现第一次把电和磁联系起来，为电磁学的发展找到了方向，促进了电磁学的迅速发展。稳恒磁场的

5、理论建立在比-萨定律、磁场的叠加原理和安培定律三个基本假设基础上。根据稳恒磁场的性质定了描述磁场性质的物理量磁感应强度。应用比-萨定律研究电流和运动电荷产生磁场的规律。应用安培定律研究磁场对电流和运动电荷的作用。应用库仑定律和叠加原理推导出静电场的高斯定理和环路定理。应用比-萨定律和叠加原理推导出稳恒磁场的高斯定理和环路定理。高斯定理和环路定理是研究矢量场的标准理论。为建立麦克斯韦方程组奠定了思想和方法的基础。根据静电场对电荷作用的规律和实物物质微观结构特征研究电场和实物物质相互作用的规律。根据磁场对电流的作用规律和实物物质的微观结构研究磁场和实物物质相互

6、作用的规律。电磁感应现象的发现从另一方面建立了电和磁之间的联系。为了把静电场和稳恒磁场的高斯定理与环路定理推广到变化的电磁场的普遍情况，对感生电动势对应的非静电力的探讨使麦克斯韦提出涡旋电场假设。对非稳恒情况下安培环路定理应具有怎样的形式的考察和思考，使麦克斯韦提出位移电流假设。把静电场和稳恒磁场的高斯定理与环路定理推广到变化的电磁场，建立了麦卡斯韦方程组。从而建立了电磁学的基本理论体系。在麦克斯韦方程组基础上对电磁波的预言和实验证实标志着经典电磁理论的完成。三、经典电磁学理论的局限性在不同的参考系中，电磁规律表现的形式是不相同。经典电磁学理论在伽利略变换

7、下不具有协变性。正是经典电磁学的局限性促成了狭义相对论的建立。电荷库仑定律一、电荷及其量子化1、两种电荷电是物质的固有属性。电荷有正、负之分。质子带正电荷，电子带负电荷。电荷的相互作用：同性相斥，异性相吸。电量：物体所带电（荷）的多少叫电量。用Q或q表示。一个质子所带正电荷的量和一个电子所带负电荷的量在数值上是相等的。2、电荷的量子化1911年密立根用油滴实验最先测出了电子的电量。二、电荷守恒定律在一个孤立系统（与外界没有电荷交换）内发生的任何的变化过程中，系统电荷总数(正、负电荷的代数和)保持不变。1）当q＞＞e时，电量可以认为是连续变化的。2）“夸克”

8、的电量为：但实验尚未直接证明。说明一切带电体的电量是e的整数倍：—