大學(xué)物理教程

第四篇電磁學(xué)伏打的電堆——最早的電池，1800年伽伐尼的“動物電”能蓄電的萊頓瓶——最早的電容器1物理學(xué)的第二次大綜合1831法拉第的電磁感應(yīng)定律1865麥克斯韋電磁場統(tǒng)一理論光是電磁波1888實驗證實電磁波的存在技術(shù)上發(fā)電機、電動機、無線電通訊技術(shù)等1785庫侖定律

電荷與電荷間的相互作用1820電流的磁效應(yīng)電流與電流間的相互作用2一、電荷1.電荷是物質(zhì)的一種屬性。2.電荷有兩類，正電荷、負(fù)電荷。3.同性電荷相斥、異性電荷相吸。二、起電方法電荷從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體——多出來了1.摩擦起電第13章真空中的靜電場13.1

電荷2.感應(yīng)起電電荷在一個物體上移動——分布不均勻質(zhì)子電子與質(zhì)量比較3物體帶電量都是基本電荷的整數(shù)倍?；倦姾删褪且粋€電子所帶電量的絕對值。電荷不能創(chuàng)造，也不會自行消失，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在整個過程中電荷的代數(shù)和守恒（不變）。1891，提出電子；1896，發(fā)現(xiàn)電子。電子大小在10-18m范圍內(nèi)三、電荷守恒定律四、電荷具有量子性五、電荷具有相對論不變性在不同的參考系內(nèi)觀察，同一帶電粒子的電量不變。與質(zhì)量比較413.2真空中的庫侖定律庫侖——法國工程師、物理學(xué)家。1736——1806，在巴黎逝世。法國科學(xué)院懸賞征求改良航海指南針中的磁針問題。庫侖認(rèn)為磁針支架在軸上，必然會帶來摩擦，提出用細(xì)頭發(fā)絲或絲線懸掛磁針。研究中發(fā)現(xiàn)線扭轉(zhuǎn)時的扭力和針轉(zhuǎn)過的角度成比例關(guān)系，從而可利用這種裝置測出靜電力和磁力的大小，這導(dǎo)致他發(fā)明扭秤。1785-1789年，用扭秤測量靜電力和磁力，導(dǎo)出著名的庫侖定律。5

1785年，庫侖總結(jié)出兩個點電荷之間的作用規(guī)律。點電荷：帶電體本身的線度<<到其它帶電體的距離。一、庫侖定律6F的方向在q1

q2的連線上7SI制

真空中的電容率兩個靜止點電荷之間的作用力符合牛頓第三定律，即庫侖定律的適用范圍：從微觀到宏觀。適用條件:真空;點電荷;電荷靜止或低速。8例1：氫原子，電子繞質(zhì)子旋轉(zhuǎn)，質(zhì)子質(zhì)量Mp=1.6710-27kg,電子質(zhì)量me=9.1110-31kg,求電子與質(zhì)子間的庫侖力Fe與萬有引力F引之比。解：庫侖力大小萬有引力大小9二、靜電力的疊加兩個點電荷之間的作用力并不因其它點電荷的存在而有所改變，因此兩個以上的點電荷對一個點電荷的作用力等于各個點電荷單獨存在時對該點電荷的作用力的矢量和。庫侖力滿足矢量疊加：10例2在邊長為的正方形的四角，依次放置點電荷、、—和，它的正中放著一個正電荷求這個電荷受力的大小和方向。,解

兩個2和的作用力相抵消，所受到的只是

對它的合力，其大小為

方向如圖示，指向。11一電場實驗證實了兩靜止電荷間存在相互作用的靜電力，但其相互作用是怎樣實現(xiàn)的？電荷A電場電荷B場是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)實物物質(zhì)兩種形態(tài)場13.3電場12二電場強度檢驗電荷為足夠小的正點電荷,對原電場幾乎無影響。：場源電荷：檢驗電荷是描寫電場性質(zhì)的物理量，與放進(jìn)場中的電荷無關(guān)。場源電荷Q，某場點處檢驗電荷q0在電場中受力F定義：F/q0與放進(jìn)去的q0無關(guān)，代表場中的性質(zhì)。電場強度13電場中某點的電場強度為一個矢量，其大小等于單位正電荷在該點所受電場力的大小，方向與該正電荷在該點受力方向同。單位

電荷在電場中受的靜電力電場強度是描寫電場的物理量，與試驗電荷無關(guān)。14三點電荷的電場強度15解

例3把一個點電荷（）放在電場中某點處，該電荷受到的電場力為，求該電荷所在處的電場強度.大小方向16四電場強度的疊加由力的疊加原理得所受合力

點電荷對的作用力點電荷系的場的疊加17故處總電場強度電場強度的疊加場中分布有許多點電荷，由場強疊加原理和點電荷的場強公式，就可以求出任意點的場強。18電荷連續(xù)分布情況可認(rèn)為該帶電體的電荷是由許多無限小的電荷元dq組成的，而每個電荷元可以看成是點電荷。設(shè)其中任一個電荷元dq在P點產(chǎn)生的場強為dE19電荷體密度點處電場強度電荷體分布的情況：20電荷面密度電荷線密度21電偶極矩（電矩）五電偶極子的電場強度電偶極子的軸討論（1）電偶極子軸線延長線上一點的電場強度22

（2）電偶極子中垂線上一點的電場強度231、建立坐標(biāo)系。2、確定電荷密度:4、確定電荷元的場5、求場強分量Ex、Ey。6、求總場體dq=dV,3、求電荷元電量體密度

,面密度,線密度面dq=dS,線dq=dl。六解題思路及應(yīng)用舉例作場對稱性分析24例4：均勻帶電直線長為2l，帶電量q,求中垂線上一點的電場強度。解:線電荷密度25由場對稱性,Ey=026討論1.l>>x，無限長均勻帶電直線，2.x>>l，無窮遠(yuǎn)點場強，相當(dāng)于點電荷的電場。積分可得27由對稱性有解例5正電荷均勻分布在半徑為的圓環(huán)上.計算在環(huán)的軸線上任一點的電場強度.28討論（1）（點電荷電場強度）（2）（