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(dòng)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(chǎng)統(tǒng)一理論光是電磁波1888實(shí)驗(yàn)證實(shí)電磁波的存在技術(shù)上發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體——多出來了1.摩擦起電第13章真空中的靜電場(chǎng)13.1

電荷2.感應(yīng)起電電荷在一個(gè)物體上移動(dòng)——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€(gè)電子所帶電量的絕對(duì)值。電荷不能創(chuàng)造，也不會(huì)自行消失，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在整個(gè)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(duì)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(huì)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(shí)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(cè)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(cè)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(gè)點(diǎn)電荷之間的作用規(guī)律。點(diǎn)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(gè)靜止點(diǎn)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(diǎn)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(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力并不因其它點(diǎn)電荷的存在而有所改變，因此兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷對(duì)一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)對(duì)該點(diǎn)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(diǎn)電荷、、—和，它的正中放著一個(gè)正電荷求這個(gè)電荷受力的大小和方向。,解

兩個(gè)2和的作用力相抵消，所受到的只是

對(duì)它的合力，其大小為

方向如圖示，指向。11一電場(chǎng)實(shí)驗(yàn)證實(shí)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(shí)現(xiàn)的？電荷A電場(chǎng)電荷B場(chǎng)是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)實(shí)物物質(zhì)兩種形態(tài)場(chǎng)13.3電場(chǎng)12二電場(chǎng)強(qiáng)度檢驗(yàn)電荷為足夠小的正點(diǎn)電荷,對(duì)原電場(chǎng)幾乎無影響。：場(chǎng)源電荷：檢驗(yàn)電荷是描寫電場(chǎng)性質(zhì)的物理量，與放進(jìn)場(chǎng)中的電荷無關(guān)。場(chǎng)源電荷Q，某場(chǎng)點(diǎn)處檢驗(yàn)電荷q0在電場(chǎng)中受力F定義：F/q0與放進(jìn)去的q0無關(guān)，代表場(chǎng)中的性質(zhì)。電場(chǎng)強(qiáng)度13電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度為一個(gè)矢量，其大小等于單位正電荷在該點(diǎn)所受電場(chǎng)力的大小，方向與該正電荷在該點(diǎn)受力方向同。單位

電荷在電場(chǎng)中受的靜電力電場(chǎng)強(qiáng)度是描寫電場(chǎng)的物理量，與試驗(yàn)電荷無關(guān)。14三點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度15解

例3把一個(gè)點(diǎn)電荷（）放在電場(chǎng)中某點(diǎn)處，該電荷受到的電場(chǎng)力為，求該電荷所在處的電場(chǎng)強(qiáng)度.大小方向16四電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加由力的疊加原理得所受合力

點(diǎn)電荷對(duì)的作用力點(diǎn)電荷系的場(chǎng)的疊加17故處總電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加場(chǎng)中分布有許多點(diǎn)電荷，由場(chǎng)強(qiáng)疊加原理和點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)公式，就可以求出任意點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。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(gè)電荷元可以看成是點(diǎn)電荷。設(shè)其中任一個(gè)電荷元dq在P點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為dE19電荷體密度點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)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(chǎng)強(qiáng)度電偶極子的軸討論（1）電偶極子軸線延長線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度22

（2）電偶極子中垂線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度231、建立坐標(biāo)系。2、確定電荷密度:4、確定電荷元的場(chǎng)5、求場(chǎng)強(qiáng)分量Ex、Ey。6、求總場(chǎng)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(chǎng)對(duì)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(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。解:線電荷密度25由場(chǎng)對(duì)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(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)，相當(dāng)于點(diǎn)電荷的電場(chǎng)。積分可得27由對(duì)稱性有解例5正電荷均勻分布在半徑為的圓環(huán)上.計(jì)算在環(huán)的軸線上任一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度.28討論（1）（點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度）（2）（