大學物理教案一

1、第二學期內(nèi)容： 82學時 靜電場 （9）穩(wěn)恒磁場（6）電磁感應（5）波動光學（6） 熱 學 （6） 量 子 物 理 基 礎 （6）激光和固體物理簡介（2）大 學 物 理 II電磁學作業(yè)：大學物理習題冊3、41電磁學 引 言 一、電磁學研究的內(nèi)容： 電磁運動自然界中存在的又一種物質(zhì)運動形式 我們學習：電荷、電流產(chǎn)生電場、磁場的規(guī)律； 電場、磁場對電荷、電流的作用； 電場、磁場的內(nèi)在聯(lián)系； 物質(zhì)的電性質(zhì)、磁性質(zhì)。二、學習時應注意的幾個問題： 1：許多電磁運動規(guī)律都是從實驗中總結(jié)出來的；學習時應從實驗事實出發(fā)建立基本概念，掌握基本規(guī)律。2 如：重力場研究地球附近物體的運動，通過自由落體的規(guī)律來研究重

2、力場的性質(zhì) 電場引入帶電體，通過電場對帶電體的作用來研究電場的性質(zhì) 2：研究對象場 （四個場） （質(zhì)點-單個，氣體-大量，場-連續(xù)) 場是一種客觀存在的物質(zhì)，如何認識其物質(zhì)性？場的性質(zhì)指場中每一點的性質(zhì)，指描寫場的某個物理 量在場所占據(jù)的空間是如何分布的。如：描寫靜電場的物理量有個，電場強度和電勢。他們都是空間位置的單值函數(shù)。 我們不能滿足僅僅了解場中某些點的情況，而是從整體上去把握場的性質(zhì)，掌握描寫場的基本物理量在場所占據(jù)的空間的分布，以及各量之間的聯(lián)系。33：熟練地運用數(shù)學工具電場的性質(zhì)是由一個空間位置的矢量函數(shù)或標量函數(shù)（，）來描寫的，和都是空間位置的單值函數(shù)，因此在數(shù)學上常和矢量運算打

3、交道 注意：矢量運算，微積分運算第8章 靜電場8.1 電荷 庫侖定律一.電荷的基本性質(zhì)正負性：正電荷和負電荷兩種電荷間同性斥，異性吸電荷量度-電量，用q、Q表示。 單位：庫侖 C4 2. 量子性： 電荷是量子化的，自然界中存在著的最小的 帶電單元，即電子的電量：任何帶電體所帶的電量都是e的整數(shù)倍 電荷這種只能取分立的、不連續(xù)的量值的性質(zhì)叫電荷的量子化3. 守恒性： 在一個孤立系統(tǒng)中總電荷量是不變的。即在任何 時刻系統(tǒng)中的正電荷與負電荷的代數(shù)和保持不變，這 稱為電荷守恒定律。4. 相對論不變性：電荷的電量與它的運動狀態(tài)無關 蓋爾曼提出夸克模型 （有待實驗證實）:5二. 庫侖定律（點電荷間相互作用

4、規(guī)律-實驗定律）1.點電荷（一種理想模型） 當帶電體的大小、形狀 與帶電體間的距離相比可以忽略時，就可把帶電體視為一個帶電的幾何點。 從物理上看：帶電體的幾何線度d帶電體間距l(xiāng) 從數(shù)學上看：帶電體在空間占據(jù)一個點的位置2. 庫侖定律 處在靜止狀態(tài)的兩個點電荷，在真空（空氣）中的相互作用力的大小，與每個點電荷的電量成正比，與兩個點電荷間距離的平方成反比，作用力的方向沿著兩個點電荷的連線。 6電荷q1 對q2 的作用力F21電荷q2對q1的作用力F12 電磁學中單位制較復雜，有多種（靜電單位制、電磁制、高斯制等），各有方便。在SI中，由實驗測得：7為簡化以后的公式，令：-真空中的電容率（介電常數(shù)）

5、 *庫侖定律的幾點說明： 1. 此定律是庫侖在空氣中用實驗確定的，后來理論 證明：此定律在真空中成立，在空氣中近似成立。2. 本定律只用于計算點電荷間的相互作用力，在計 算任意帶電體間的相互作用時，通過積分計算。83. 運動電荷在 vF引 約10361038 倍 F引 忽略不計5. 電場力滿足力的獨立性原理（疊加原理）9一. 電場 場和實物一樣具有能量、質(zhì)量、動量?？梢赃\動，是客觀存在的物質(zhì)，但有不同于一般物質(zhì)： 如：場可以在空間疊加 場可以以光速傳播 電場基本性質(zhì)： 1. 處于場中的電荷要受到電場力的作用。 2. 帶電體在電場中移動，電場力要對其做功。8.2 靜電場 電場強度 以下我們從力和

6、能量的角度來研究電場的性質(zhì)和規(guī)律，分別引入電場強度 和電勢U10二. 電場強度Q-產(chǎn)生電場的電荷，源電荷q0-引入電場的電荷，通過其受力規(guī)律研究電場性質(zhì)，檢驗電荷 對q0的要求: 電量小-引入電場后， q0的場對Q的場的影響不計 線度小-它在電場中的位置用一點表示 1. q0在Q的電場中的受力規(guī)律q0受的電場力F 和以下因素有關： q0的位置 q0的大小 Fq0 一律采用單位正電荷所受的電場力來表示場中某點的性質(zhì)11 2. 電場強度E的定義 電場中某點的電場強度的大小等于單位電荷在該點受力的大小，其方向為正電荷在該點受力的方向。 注 意： 1. 與q0及其受力無關2. 是矢量 3. 單位 :

7、(SI) N/C or V/m 4. 和空間位置有關，是空間位置的單值函數(shù)（“靜”的 含義）5點電荷q受到的電場力： 非點電荷受的電場力：12三. 電場強度疊加原理設空間有幾個電荷q 、q、q qn 同時激發(fā)電場。P點的總場強：當q1單獨存在時,在P點的場強為當q2單獨存在時,在P點的場強為四. 電場強度的計算1.點電荷的電場13說明：1. q 確定時 3. 點電荷的電場是求任意帶電體電場的基礎2.點電荷系的電場 點電荷系在某點P產(chǎn)生的電場強度等于各點電荷單獨在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和。這稱為電場強度疊加原理。14例: 求電偶極子中垂線上一點P的電場強度。電偶極子電偶極矩Pr解:在中垂線上o

8、xy由對稱性：當r l153.電荷連續(xù)分布帶電體的電場P 上式為矢量積分，具體計算時，寫出分量式，在進行積分：16: 線密度: 面密度: 體密度*體分布帶電體的電場*面分布帶電體的電場*線分布帶電體的電場例 半徑為R 的均勻帶電細圓環(huán)，帶電量為q，求圓環(huán)軸線上任一點P 的電場強度17RPdqOxr解：圓環(huán)上電荷分布關于x 軸對稱 18*注意區(qū)分哪個量是積分變量。在積分式中有二類不同的變 量，描寫電荷分布的變量（源變量）和描寫電場中場點的變量（場變量），源變量是積分變量。討論(1) 當 x = 0（即P點在圓環(huán)中心處）時， (2) 當 xR 時 RPdqOxr可以把帶電圓環(huán)視為一個點電荷 問 當 x = ？時， 19例 面密度為 的圓板在軸線上任一點的電場強度 PrxOR解：（圓環(huán)上電量）20討論(1) 當x R ，對P點，帶電圓板可視為點電荷(2) 當R x，對P點，帶電圓板可視為無限大帶電平面帶電平面可視為