基礎(chǔ)物理學(xué)PPT課件

1、課程相關(guān)信息 平時(shí)成績(jī): 點(diǎn)名(#); 作業(yè)(1次/周); 隨堂測(cè)驗(yàn)(#) 小論文：物理教學(xué)演示工具制作策劃書(#) 總評(píng)成績(jī): 平時(shí)成績(jī)40%, 期末考試60%.網(wǎng)上交流區(qū): , B-20120-JCWLBII-ZY: 基礎(chǔ)物理BII 教師信箱: 答疑時(shí)間: 周二課前后, 本教室 內(nèi)容區(qū): 課程文檔-課件, 測(cè)驗(yàn): 成績(jī)中心 課程工具: 職員信息和討論板第1頁(yè)/共44頁(yè)著眼于場(chǎng)的分布（一般）歸納假設(shè) 電磁學(xué)的教學(xué)內(nèi)容17-23: 靜電學(xué)（真空、介質(zhì)、導(dǎo)體）; 穩(wěn)恒電流 靜磁學(xué)（真空, 介質(zhì)） 電磁感應(yīng) ; 電磁場(chǎng)與電磁波 對(duì)象：彌散于空間的電磁場(chǎng)，方法： 觀點(diǎn)：電磁作用是“場(chǎng)”的作用基本實(shí)驗(yàn)

2、規(guī)律綜合的普遍規(guī)律（特殊）（近距作用） 電 磁 學(xué) 研究電磁現(xiàn)象 的基本概念和基本規(guī)律： 源場(chǎng); 電, 磁, E VS M, 效應(yīng)發(fā)光放熱 第2頁(yè)/共44頁(yè) 真空中靜電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)17.1 電荷守恒定律 庫(kù)侖定律 疊加原理17.2 電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 電場(chǎng)線和電通量靜電場(chǎng) 相對(duì)觀測(cè)者靜止的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)第3頁(yè)/共44頁(yè)一. 電荷 電氣材料 電性力：同號(hào)相斥、異號(hào)相吸電性力：同號(hào)相斥、異號(hào)相吸電荷量：物體帶電的多少電荷量：物體帶電的多少 電荷守恒定律 庫(kù)侖定律 疊加原理電荷: 經(jīng)過(guò)摩擦的物質(zhì)上所出現(xiàn)的東西, 其呈現(xiàn)電荷 的狀態(tài)為帶電. 電氣材料: 起電物質(zhì) vs. 非起電物質(zhì). 兩種電荷：正電荷 和負(fù)電

3、荷 # 自然界的電現(xiàn)象: 質(zhì)子帶有的 與電子帶有的 引起的.+ + +m, , n, p, f; vs. k, M, G, T, A.第4頁(yè)/共44頁(yè)電氣材料: 起電物質(zhì) vs. 非起電物質(zhì). 導(dǎo)體: 電荷能夠從產(chǎn)生的地方迅速轉(zhuǎn)移或傳導(dǎo)到其它 部分 的物體.絕緣體: 電荷幾乎只能停留在產(chǎn)生的地方 的那種物體. 金屬、石墨、電解液(酸、堿、鹽類的水溶液) 、人體、地(球) 、電離了的氣體都是導(dǎo)體. 玻璃、絲綢、橡膠、琥珀、松香、硫磺、瓷器、油類、未電離的氣體等都是絕緣體.半導(dǎo)體(#): 介于兩者之間摩擦起電系列(+-): 毛皮, 橡膠; 玻璃, 絲綢; 塑料, 頭發(fā)第5頁(yè)/共44頁(yè)二. 電荷守恒

4、定律( (宏觀尺度和微觀尺度都成立宏觀尺度和微觀尺度都成立) 在沒有電荷進(jìn)出的一個(gè)封閉空間內(nèi), , 正、負(fù)電荷的總量始終是相等的。質(zhì)子和電子都是帶電荷的實(shí)體, 具有質(zhì)量epemkgmkgm18361067. 1,1011. 92731 e422349023892epn2eeHeThU(pair annihilation)有電荷就有質(zhì)量, 靜質(zhì)量為零的粒子必為電中性.第6頁(yè)/共44頁(yè) 宏觀帶電體的帶電量qe，準(zhǔn)連續(xù) e =1.602 10-19庫(kù)侖，電子電量, 3, 2, 1nneq那么, e是否是最基本的呢?原子核結(jié)構(gòu): 在夸克模型中, 夸克帶分?jǐn)?shù)電荷, up quark down quark

5、 strange quarke32e31e31見27, 28# 帶電, 電荷量? 更小點(diǎn)?沒能找到自由夸克, 但是超導(dǎo)鈮球上發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)電荷 密立根三. . 電荷量子化第7頁(yè)/共44頁(yè)1. 點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷(理想模型理想模型)簡(jiǎn)化為點(diǎn)電荷的條件簡(jiǎn)化為點(diǎn)電荷的條件: :q1rddr萬(wàn)有引力。萬(wàn)有引力。由此由此, ,在處理電子和質(zhì)子之間的相互作用時(shí)在處理電子和質(zhì)子之間的相互作用時(shí), ,只需考慮只需考慮靜電力靜電力, ,萬(wàn)有引力可以略去不計(jì)萬(wàn)有引力可以略去不計(jì). . 在原子結(jié)合成分子在原子結(jié)合成分子, ,原子或分子組成液體或固體原子或分子組成液體或固體時(shí)時(shí), ,它們的結(jié)合力在本質(zhì)上也都屬于電性力它們的結(jié)合力

6、在本質(zhì)上也都屬于電性力. .第12頁(yè)/共44頁(yè) 例2 氦原子核中的兩個(gè)質(zhì)子相距4.010-15m, 求這兩個(gè)質(zhì)子之間的靜電力.21521992210)100 . 4()106 . 1 (100 . 941rqqFpp解解: :兩個(gè)質(zhì)子之間的靜電力是斥力兩個(gè)質(zhì)子之間的靜電力是斥力, ,它的大小為它的大小為 質(zhì)子之間能結(jié)合在一起構(gòu)成原子核, 是由于核內(nèi)除了有靜電斥力外, 還存在更強(qiáng)大的引力 核力的緣故。 在相同條件下： 強(qiáng)相互作用電磁相互作用萬(wàn)有引力作用。這兩個(gè)質(zhì)子之間的核力:14NN61013. 1 第13頁(yè)/共44頁(yè) 例3. 三個(gè)點(diǎn)電荷所帶的電荷量分別為q1= - -86 C, q2=50 C

7、, q3=65 C。各電荷間的距離如圖所示。求作用在q3上合力的大小和方向。解解: :選用如圖所示的直角坐標(biāo)系。選用如圖所示的直角坐標(biāo)系。q1q30.6m0.52m0.3mq1q3F31F32F30.6m0.52m0.3mijF31按庫(kù)侖定律分別計(jì)算按庫(kù)侖定律分別計(jì)算q q1 1和和q q2 2對(duì)電荷對(duì)電荷q q3 3的作用力的作用力jieerqqFrr6 . 03 . 06 . 052. 0,4313123103131 jeerqqFrr 3232,423203232#5. 基本思路?32313FFF第14頁(yè)/共44頁(yè) 例3. 三個(gè)點(diǎn)電荷所帶的電荷量分別為q1= - -86 C, q2=50

8、 C, q3=65 C。各電荷間的距離如圖所示。求作用在q3上合力的大小和方向。解解: :選用如圖所示的直角坐標(biāo)系。選用如圖所示的直角坐標(biāo)系。q1q30.6m0.52m0.3m按庫(kù)侖定律分別計(jì)算按庫(kù)侖定律分別計(jì)算q q1 1和和q q2 2對(duì)電荷對(duì)電荷q q3 3的作用力的作用力jieerqqFrr6 . 03 . 06 . 052. 0,4313123103131 jeerqqFrr 3232,423203232#5. 基本思路?32313FFFNji)255120(#6 天花板置正電極, 你持等量負(fù)電荷, 平地飛升的Q？3F第15頁(yè)/共44頁(yè) 兩個(gè)各帶電荷量為兩個(gè)各帶電荷量為1 1C C

9、的帶電體的帶電體, ,當(dāng)它們相距當(dāng)它們相距1m1m時(shí)時(shí), , 作用力達(dá)作用力達(dá)9.09.010109 9 N.N. 六. 討論庫(kù)倫相互作用的大小 我們利用通常的起電方法不可能使一個(gè)有限大我們利用通常的起電方法不可能使一個(gè)有限大 ( (例如半徑為例如半徑為1m1m的球體的球體) )的物體的帶電量達(dá)到的物體的帶電量達(dá)到1 1C C, , 因?yàn)樵缭陔姾闪烤奂酱酥登耙驗(yàn)樵缭陔姾闪烤奂酱酥登? ,周圍的絕緣體已周圍的絕緣體已 被擊穿被擊穿(#),(#),物體上的電荷早已漏掉。通常遇到的物體上的電荷早已漏掉。通常遇到的 靜電力還是很小的靜電力還是很小的, ,只能吸引輕小物品只能吸引輕小物品. . 通常

10、在實(shí)驗(yàn)室里, 利用摩擦起電使物體能獲得的 電荷量10-7C數(shù)量級(jí), 若相距1m, 靜電力為10-2 N 若相距0.1m, 靜電力僅為1N的數(shù)量級(jí).第16頁(yè)/共44頁(yè)一. . 電場(chǎng)電相互作用電相互作用兩種觀點(diǎn)兩種觀點(diǎn)超距作用超距作用作用作用作用作用電場(chǎng)電場(chǎng)電荷電荷1 1電荷電荷2 2電場(chǎng)電場(chǎng)1 1電場(chǎng)電場(chǎng)2 2電荷電荷1 1電荷電荷2 2產(chǎn)生產(chǎn)生作用作用作用作用產(chǎn)生產(chǎn)生靜電場(chǎng)：靜電場(chǎng)：相對(duì)于觀察者靜止的電荷相對(duì)于觀察者靜止的電荷 在周圍空間激發(fā)的電場(chǎng)。在周圍空間激發(fā)的電場(chǎng)。雷電17.2 電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 電場(chǎng)線和電通量第17頁(yè)/共44頁(yè)二. . 電場(chǎng)強(qiáng)度 試驗(yàn)電荷試驗(yàn)電荷q q0 0及條件及條件

11、點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷( (尺寸小尺寸小) )q q0 0足夠小足夠小, ,對(duì)待測(cè)電場(chǎng)影響小對(duì)待測(cè)電場(chǎng)影響小 定義電場(chǎng)強(qiáng)度定義電場(chǎng)強(qiáng)度AFq00qFE q0BFAB 電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于單位正電荷在該點(diǎn)所受等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力。的電場(chǎng)力。gmFvsEqFge.#7 郭晶晶起跳后( ), 其質(zhì)心運(yùn)動(dòng)(位置變動(dòng))決定于#?00,vr第18頁(yè)/共44頁(yè)三. .電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算1.1.點(diǎn)電荷的電場(chǎng)點(diǎn)電荷的電場(chǎng)3.3.連續(xù)分布電荷的電場(chǎng)連續(xù)分布電荷的電場(chǎng)2.2.場(chǎng)強(qiáng)疊加原理和點(diǎn)電荷系的電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理和點(diǎn)電荷系的電場(chǎng).兩個(gè)異號(hào)點(diǎn)電荷:電偶極子.多個(gè)點(diǎn)電荷分布 頭腦中想象: 一個(gè)質(zhì)

12、量很小的帶電質(zhì)點(diǎn)(正或負(fù)電荷)處于沒有重力的空間中, 運(yùn)動(dòng)(位置變動(dòng)), 在頭腦中建立”按照什么樣的力來(lái)運(yùn)動(dòng)的呢?”這樣的想象, 如同打開電磁學(xué)的大門.第19頁(yè)/共44頁(yè)1. 點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)由庫(kù)侖定律和電場(chǎng)強(qiáng)度定義:“源”點(diǎn)電荷場(chǎng)點(diǎn)q prErerqE2o4 rerEE21分布特點(diǎn)：點(diǎn)電荷（相對(duì)觀測(cè)者靜止）#7 畫出場(chǎng)強(qiáng)分布來(lái)? 球面是場(chǎng)強(qiáng)等模面, 球?qū)ΨQ分布球?qū)ΨQ分布= ？第20頁(yè)/共44頁(yè)q0qi對(duì)的作用qiq2q0q1 2. 2.電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理和點(diǎn)電荷系的場(chǎng)強(qiáng) nFFFF 21iF0qFE 021qFFFn nEEE 21 iEE1F2FiF niiF1電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理場(chǎng)

13、點(diǎn)第21頁(yè)/共44頁(yè))1 ()1(142orlrlreqr3o42rl q , qqll qp：，3o42rp 電偶極子 軸線上場(chǎng)強(qiáng)電偶極子一對(duì)靠得很近的等量異號(hào)的點(diǎn)電荷.相對(duì)的概念，物理模型(如有極分子)-q+q ro PEE+E- -lr lP EEE)2()2(4122olreqlreqrr 稱為電偶極矩p第22頁(yè)/共44頁(yè))4/(412220lrq cos2 EE電偶極子中垂面上的電場(chǎng)電偶極子中垂面上的電場(chǎng)r)4/(41220lrq EE2/122)4/(2/lrl 2/3220)4/(41lrql P+qq2/ l2/ lEEEleqll qp 從-q指向+q304rp第23頁(yè)/共4

14、4頁(yè)電偶極子在電場(chǎng)中所受的力矩電偶極子在電場(chǎng)中所受的力矩用矢量形式表示為：用矢量形式表示為：2/30)(41/4lrpE22 3rpE041 EpM sinflM sinqEl sinpE #8 一般情況下, 電偶極子在空間某位置激發(fā)的電場(chǎng)強(qiáng)度?若 r l, +Elff電偶極子中垂面上的電場(chǎng)電偶極子中垂面上的電場(chǎng)第24頁(yè)/共44頁(yè)解解: q1在在P點(diǎn)所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)為點(diǎn)所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)為#1q2在在P點(diǎn)所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)為點(diǎn)所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)為#2根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理，P點(diǎn)的總場(chǎng)強(qiáng)為點(diǎn)的總場(chǎng)強(qiáng)為#4# 任給若干點(diǎn)電荷, 它們?cè)谥車婵罩屑ぐl(fā)的電場(chǎng)強(qiáng)度? 例3. 三個(gè)點(diǎn)電荷所帶的電荷量分別為q1= -

15、 -86 C, q2=50 C, q3=65 C。各電荷間的距離如圖所示。求(1) 作用在q3上合力的大小和方向。(2) 求P點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度.q1q30.6m0.52m0.3mPrq3在在P點(diǎn)所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)為點(diǎn)所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)為#3第25頁(yè)/共44頁(yè)3. 連續(xù)帶電體的場(chǎng)強(qiáng)面電荷 dq = dS ： 面電荷密度線電荷 dq = dl ： 線電荷密度dqrPdEq 將帶電體分割成無(wú)限多塊無(wú)限小的帶電體體電荷 dq = dV ： 體電荷密度 qrreqEE2o4dd # 有了疊加原理, 微元法第26頁(yè)/共44頁(yè) 例4 4.直線AB均勻帶電, 電荷線密度為. P P點(diǎn)到 ABAB的距離為a,A,AP和 BP與直

16、線夾角 1 1 和 2 2 . 求P P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)? ? 解：建立解：建立O Oxy系如圖系如圖, ,原點(diǎn)原點(diǎn)O O為為P P到直線的垂足到直線的垂足 取線元取線元dx, 帶電帶電xqdd20d41drerxE )(,sin tgaxar)sin(cos)dsin(sin4212220jiaaEdEL jier sincos 且且 daaddx2sin)sincos( P21aEdrdxyxO第27頁(yè)/共44頁(yè)21ajaia)cos(cos4)sin(sin4120120 極限情況當(dāng)AB AB 長(zhǎng)度, ,jajaiE002)240( ( 1 1, , 2 2 )(0,)無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電直線的場(chǎng)強(qiáng)圓柱

17、面為等模面#9. 畫場(chǎng)強(qiáng)分布圖?P)sin(cosd4210jiaE 第28頁(yè)/共44頁(yè) 例5. 均勻帶電環(huán)面如圖已知 , R1, R 2 , 以過(guò)環(huán)心O的法線為z軸, 求z處P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng) 解： (1) 劃分電荷元 dd rr Sqd d sincos4dd2o kkeEdEderqErzr (2) 分析 大小,方向Ed EEEzddd r rd dqdzEd Ed0zzP z PR2 zR10 dd rr rEd 正負(fù)成對(duì)出現(xiàn), 所有的dE積累為零?cos r 第29頁(yè)/共44頁(yè)(3)積分求 ：E qEEd112222212oRzRzz qzrqE cos4d2orzrrrRR 2120204d

18、d rzrrrRR 212od42 212322o)(d2RRrzrrz kEz qzkEd正負(fù)成對(duì)出現(xiàn), 所有的dE積累為零22coszrrrz 第30頁(yè)/共44頁(yè)kRzRzzE112 222212o (4) 分析結(jié)果的合理性和討論 單位 ； 令 z= 0，得 ，0 E合理； 令 z R2 ，),21(1)1(11222,121222,122,12zRzzRzRz 22122o22zRREz ， 1422zzq 合理。則：z PR2 zR10# z電荷線度處， E與z關(guān)系如何？z0R 思考: - - - （a）（b）第33頁(yè)/共44頁(yè)1. 電場(chǎng)線 ( 線 ),E 線上某點(diǎn)的切向即為該點(diǎn) 的方向,EEEE線切線規(guī)定 線的密度給出 的大小。EEN S SNSNESddlim0 在電場(chǎng)中任一點(diǎn)處，通過(guò)垂直于電場(chǎng)強(qiáng)度E單位面積的電場(chǎng)線數(shù)等于該點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度的數(shù)值四. 電場(chǎng)線和電通量大小呢?畫出多少根?關(guān)于電場(chǎng)的直觀表現(xiàn)方式第34頁(yè)/共44頁(yè) 幾種電荷的 線分布E 球?qū)ΨQ無(wú)限長(zhǎng)則圓柱對(duì)稱 電場(chǎng)線的實(shí)驗(yàn)演示: 針狀晶體碎屑撒到水平延展絕緣油中使之懸浮. 或水平光滑玻璃表面撒細(xì)小石膏晶粒.點(diǎn)電荷q0電偶極子均勻帶電的直線段(原因下一章講) 第35頁(yè)/共44頁(yè)兩 個(gè) 同 號(hào) 的 點(diǎn) 電 極 幾種電荷的 線分布的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象E第36頁(yè)/共44頁(yè)