大学物理真空中的静电场

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1、大学物理教程第四篇电磁学电磁学是研究电磁现象及其基本规律的一门学科。它主要研究电荷、电流产生电场、磁场的规律，电场和磁场的相互联系，电磁场对电荷、电流的作用，以及电磁场对物质的各种效应等。电磁学是现代工程技术和自然科学的重要基础。人类有关电磁现象的认识可追溯到公元前600年。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。公元前6、7世纪人类发现了磁石吸铁、摩擦起电等现象。第四篇电磁学（electromagnetic）一、电磁理论的建立和发展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磁现象的统一性。1

2、865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。于是,电学与磁学彼此隔绝的情况有了突破,开始了电磁学的新阶段。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。物理场即是相互作用场。是物质存在的两种基本形态之一，存在于整个空间。如电场、磁场

3、、引力场、核力场等。任何物质之间的相互作用都是依靠相应的场来实现的。物理场是传递相互作用的媒质。二、电磁学的理论框架1、场的概念根据量子场论的观点，场和实物粒子有不可分割的关系。即一切粒子都可以看作是相应的物理场的最小单位（量子）。光子—电磁场电子—电子场引力子—引力场数学场：数学场就是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。数学场不一定是物质存在的形式而是为了研究方便才引入的一个概念。如果这个物理量是矢量，则称为矢量场。例如速度场、电场强度场。如果这个物理量是标量，则称为标量场。例如温度场、大气压力场。是空间位置的函

4、数的物理量就是场。不随时间变化的场称为稳恒场，随时间变化的场称为非稳恒场，或交变场。电（磁）场既是物理场，也是数学场。场是物理学中最重要的基本概念之一。场是物质存在的一种形式。使人类认识了一类新的物质。★由原子，分子组成，看得见，摸得着★场物则不同★有空间可入性★无空间可入性★运动速度远小于光速★以光速运动实物物质场物质不同点①具有质量、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2、电磁学的研究方法：（1）归纳法实验-模型-理论（2）演绎法传承性-释疑性-新的理论预言本章内容：描述静电场

5、的两个基本物理量：电场强度和电势。本章和下一章研究静止电荷所产生的电场—静电场两条基本实验定律：库仑定律和场叠加原理。两条基本定理：高斯定理和环路定理。第十章真空中的静电场电：物质的固有属性。电荷有正、负之分。2、电荷的量子化电量：物体所带电（荷）的多少叫电量。常用Q或q表示。电量的最小单元(基本电量)：一切带电体的电量是e的整数倍：——电荷的量子化一．电荷:1、电荷和电量：单位：库仑（C）电荷的相互作用：同性相斥，异性相吸。§10.1电荷库仑定律二、电荷守恒定律（1843年）1）当q＞＞e时，电量可以认为是连续变化的。2）“夸克”的电量为：

6、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。但实验尚未直接证明。说明1、点电荷:本身的几何线度比起它到其他带电体的距离小得多到底小到何程度,取决于研究问题的精度,与带电量多少无关,与带电体形状无关,但试探电荷有电量限制.三、库仑定律：法国科学家库仑、1785年通过实验总结出真空中两静止点电荷间的相互作用力遵循的规律。2、库仑定律：设两个点电荷，如图放置：在SI单位制中，k=9×109N·m2/C2讨论：的方向：同性相斥异性相吸rerqqv201041pe=两个以上静止点电荷对一个静

7、止点电荷的作用力，等于各个点电荷单独存在时对该点电荷作用力的矢量和。矢量和！2、一般带电体对点电荷的作用力：四、静电力的叠加原理:1、静电力的叠加原理：注意§10.2电场电场强度一、电场a、超距作用：电荷之间的作用力可超越距离、瞬时传递。b、近距作用：电荷之间的作用力必须通过中间介质的传递。2、电场：电荷周围存在的一种特殊物质。它对位于其中的电荷有作用力。3、电场的基本特性：电荷电场电荷1、历史上的两种典型观点：1）电场要对放在其中的其他电荷产生力的作用。这种力称为电场力。2）当电荷在电场中移动时，电场力要对其做功。二、电场强度1、试探电

8、荷：理论和实践表明：①将同一试探电荷放在电场中不同点，它受的力一般不同，表明电场是按空间分布的。②将不同试探电荷放在电场中同一点，它们受的力也不相同，表明电场力不仅