大學(xué)物理電子教案

《電磁學(xué)》

多媒體教學(xué)課件西安電子科技大學(xué)理學(xué)院1第一章——靜電場(chǎng)第一章靜電場(chǎng)§1靜電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律§2電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度§3高斯定理§4電位及其梯度§5帶電體系的靜電能2第一章——靜電場(chǎng)一、兩種電荷§1靜電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律1、定義：帶電的物體叫電荷。（或能夠參與電磁相互作用的物體）2、電荷的種類：正電荷和負(fù)電荷；3、電量：電荷帶電的多少或參與電磁相互作用的強(qiáng)弱。4、電量的單位：C（庫(kù)侖）5、電荷的基元性（量子性）：任何電荷的電量總是電子電量的正負(fù)整數(shù)倍。3第一章——靜電場(chǎng)二、靜電感應(yīng)電荷守恒定律1.靜電感應(yīng)現(xiàn)象+++++++++感應(yīng)電荷§1靜電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律4第一章——靜電場(chǎng)例如，電流的連續(xù)性，基爾霍夫定律，微觀粒子的衰變等都證明了電荷的守恒。電荷守恒定律的表述：電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，也就是說(shuō)，在任何物理過(guò)程中，電荷的代數(shù)和是守恒的。電荷守恒定律是物理學(xué)中普遍的基本定律§1靜電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律2.電荷守恒定律5第一章——靜電場(chǎng)§1靜電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律三、導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體導(dǎo)體——導(dǎo)電性能很好的材料。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。電介質(zhì)（絕緣體）——導(dǎo)電性能很差的材料。電荷只能停留在產(chǎn)生的地方的物體。半導(dǎo)體——導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的材料。對(duì)溫度、光照、壓力、電磁場(chǎng)等外界條件極為敏感。（各種金屬、電解質(zhì)溶液）（云母、膠木等）6第一章——靜電場(chǎng)§1靜電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律四、庫(kù)侖定律(CoulombLaw)

1785年，庫(kù)侖通過(guò)扭稱實(shí)驗(yàn)得到。1.表述：在真空中，兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷q1及q2之間的相互作用力的大小和q1與q2的乘積成正比，和它們之間距離r的平方成反比；作用力的方向沿著它們的聯(lián)線，同號(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。2、庫(kù)侖定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：q1q2rF7第一章——靜電場(chǎng)§1靜電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律點(diǎn)電荷：只帶電荷而沒(méi)有形狀和大小的物體。3、討論：庫(kù)侖定律只適合于真空中的點(diǎn)電荷相互作用。比例系數(shù)k可以表示為：這里ε0稱為真空中的介電常數(shù)。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在10-15米至103米范圍內(nèi)庫(kù)侖定律都成立。這表明庫(kù)侖力是長(zhǎng)程力。庫(kù)侖力遵守牛頓第三定律。

8第一章——靜電場(chǎng)§1靜電的基本現(xiàn)象和基本規(guī)律4、靜電力的疊加原理：離散狀態(tài)連續(xù)分布作用于某電荷上的總靜電力等于其他點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)作用于該電荷的靜電力的矢量和。9第一章——靜電場(chǎng)§2電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度實(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？電荷電場(chǎng)電荷場(chǎng)是一種特殊形態(tài)的物質(zhì)，具有能量、質(zhì)量、動(dòng)量。實(shí)物物質(zhì)場(chǎng)一、電場(chǎng)靜電場(chǎng)——相對(duì)于觀察者靜止且電量不隨時(shí)間變化的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)。電場(chǎng)對(duì)場(chǎng)中電荷施以電場(chǎng)力作用。電場(chǎng)可以脫離電荷而獨(dú)立存在，在空間具可疊加性。10第一章——靜電場(chǎng)§2電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度二、電場(chǎng)強(qiáng)度(electricfieldstrength)電場(chǎng)強(qiáng)度場(chǎng)源電荷試驗(yàn)電荷描述電場(chǎng)的物理量之一，反映力的作用。引入試驗(yàn)電荷——點(diǎn)電荷（電量足夠小，不影響原電場(chǎng)分布;線度足夠小。）1.定義：電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，其大小等于單位電荷放在該處所受的電場(chǎng)力的大小，其方向與正電荷在該處所受電場(chǎng)力的方向一致。單位：牛頓/庫(kù)侖或伏特/米11第一章——靜電場(chǎng)§2電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度1.由是否能說(shuō)，與成正比，與成反比？

討論2.一總電量為Q>0的金屬球，在它附近P點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為。將一點(diǎn)電荷q>0引入P點(diǎn)，測(cè)得q實(shí)際受力與q之比為，是大于、小于、還是等于P點(diǎn)的?12第一章——靜電場(chǎng)§2電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度2.點(diǎn)電荷電場(chǎng)：根據(jù)庫(kù)侖定律，有+q-q13第一章——靜電場(chǎng)§2電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度三、電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理由力的疊加原理得所受合力

點(diǎn)電荷對(duì)的作用力故處總電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理點(diǎn)電荷系在某點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)，等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)分別產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和?！獔?chǎng)強(qiáng)疊加原理14第一章——靜電場(chǎng)§2電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度電荷連續(xù)分布情況電荷體密度點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度15第一章——靜電場(chǎng)§2電場(chǎng)和電場(chǎng)仔強(qiáng)度電荷面密度電荷線密度16第一寒章嘗—漫—惡靜程電場(chǎng)§2電場(chǎng)致電場(chǎng)忙強(qiáng)度例1求電偶射極子膀連線鞠上一艙點(diǎn)A和中亡垂線順上一染點(diǎn)B的場(chǎng)知強(qiáng)。解：兩個(gè)寺相距無(wú)為l的等變量異胞號(hào)點(diǎn)演電荷+q和-q組成誼的點(diǎn)虧電荷正系，銜當(dāng)討襪論的做場(chǎng)點(diǎn)粒到兩干點(diǎn)電杯荷連線煮中點(diǎn)閣的距泥離遠(yuǎn)根大于l時(shí)，圈稱這練一帶兇電系溉統(tǒng)為電偶避極子?！Q為妖該電偶巷極子妖的電偶鉤極矩驕（電嗽矩）。17第一污章勵(lì)—謀—煌靜它電場(chǎng)§2電場(chǎng)級(jí)電場(chǎng)諸強(qiáng)度18第一疾章素—誘—臘靜室電場(chǎng)§2電場(chǎng)板電場(chǎng)五強(qiáng)度（方快向如公圖）19第一哀章硬—脖—島靜熄電場(chǎng)§2電場(chǎng)稠電場(chǎng)屋強(qiáng)度20第一狐章斬—斗—件靜幟電場(chǎng)§2電場(chǎng)郊電場(chǎng)健強(qiáng)度電荷線密度為求：如圖所示點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度解：黃在坐勺標(biāo)x處取漲一個(gè)跨電荷鎖元dq該點(diǎn)晌電荷攻在p點(diǎn)的貌場(chǎng)強(qiáng)熄方向慘如圖管所示大小擋為各電呀荷元尿在p點(diǎn)的攏場(chǎng)強(qiáng)弦方向耳一致場(chǎng)強(qiáng)拘大小論直接吵相加例2長(zhǎng)為均勻帶電直線21第一阿章殲—?jiǎng)t—探靜與電場(chǎng)§3高斯牢定理1）夜曲線神上每揮一點(diǎn)袍切線事方向家為該盤點(diǎn)電賓場(chǎng)方撿向,2）章通過(guò)鋼垂直盞于電齒場(chǎng)方缸向單鋼位面歲積電營(yíng)場(chǎng)線刮數(shù)為該點(diǎn)戰(zhàn)電場(chǎng)寬強(qiáng)度白的大奇小.1.規(guī)定一、床電場(chǎng)愁線2.電力恒線的園性質(zhì)1)電力點(diǎn)線起閑始于嘗正電趙荷(或無(wú)椅窮遠(yuǎn)隆處)，終脊止于漸負(fù)電斯荷，渾不會(huì)軍在沒(méi)歐有電海荷處捏中斷便；2)兩條宴電力驗(yàn)線不妹會(huì)相密交；3)電力炮線不蟻會(huì)形慣成閉沈合曲琴線。4)電力泄線密記集處怪電場(chǎng)憂強(qiáng)，薪電力父線稀掉疏處棉電場(chǎng)河弱。22第一梅章慈—丙—狡靜息電場(chǎng)§3高斯插定理+-+++-幾種身電荷紐奉分布溜的電序力線斧圖23第一該章儲(chǔ)—念—寇靜使電場(chǎng)§3高斯仰定理帶電堂平行派板電曾容器火的電諒場(chǎng)+++++++++24第一鉗章己—咬—亦靜嘴電場(chǎng)二、蜜電通培量1、定瘦義：爭(zhēng)穿過(guò)型某一鎖有向遙曲面尋的電灰場(chǎng)線諒條數(shù)屈，用Φe表示雙。2、電繩場(chǎng)強(qiáng)吼度通飛量的荒計(jì)算蜘公式魂：均勻倦電場(chǎng)以，S法線耗方向跪與電眨場(chǎng)強(qiáng)泛度方扶向成角電場(chǎng)訪不均椒勻，S為任種意曲蠅面§3高斯才定理25第一英章?lián)稀獱C—姻靜劇電場(chǎng)通量腳有正漂負(fù)之跟分！θ小于90度，蕉即電扎場(chǎng)線秧順著桃法向耐穿過(guò)扔曲面故，通卻量為鉆正；θ等于90度，撈即電目場(chǎng)線曠順著夏平面彎，通歸量為泄零；θ大于90度，獵即電擦場(chǎng)線擋逆著緒法向寇穿過(guò)破曲面佩，通塑量為上負(fù)；閉合肚曲面脊的電宮場(chǎng)強(qiáng)誘度通窩量規(guī)定：法冒線的薦正方遭向?yàn)殒i指向閉合催曲面諸的外恥側(cè)?！?高斯板定理26第一躁章近—妄—戒靜擁電場(chǎng)在真空中,通過(guò)任一閉合曲面的電場(chǎng)強(qiáng)度通量,等于該曲面所包圍的所有電荷的代數(shù)和除以.（與面外電荷無(wú)關(guān)，閉合曲面稱為高斯面）請(qǐng)思嬸考：1）高斯膀面上脖的東與那帝些電因荷有模關(guān)抱？2）哪些域電荷屬對(duì)閉工合曲禮面蒸的積有貢桌獻(xiàn)杠？三、海高斯伍定理§3高斯逆定理1.內(nèi)容遠(yuǎn)：27第一寇章鳴—命—阻靜潛電場(chǎng)§3高斯決定理2.推證引：+點(diǎn)電昏荷位以于球侵面中吼心高斯臨定理干的導(dǎo)修出高斯定理庫(kù)侖定律電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理28第一肚章珍—矩—繪靜太電場(chǎng)§3高斯慘定理+點(diǎn)電暗荷在今任意鉗封閉行曲面恨內(nèi)其中氏立體拆角29第一蘇章懲—氏—及靜瘡電場(chǎng)§3高斯愛(ài)定理點(diǎn)電線荷在辣封閉遇曲面洲之外30第一陪章結(jié)—肆—傲靜辰電場(chǎng)§3高斯羽定理由多除個(gè)點(diǎn)余電荷興產(chǎn)生聾的電房誠(chéng)場(chǎng)31第一歷章玩—樣—電靜誦電場(chǎng)§3高斯幕定理高斯衡定理1）高斯臟面上意的電坊場(chǎng)強(qiáng)洗度為所有內(nèi)外沃電荷草的總托電場(chǎng)窩強(qiáng)度.4）僅高構(gòu)斯面內(nèi)的電裕荷對(duì)貿(mào)高斯浸面的令電場(chǎng)秘強(qiáng)度通量有貢痛獻(xiàn).2）高斯暮面為雹封閉增曲面.5）靜電沾場(chǎng)是有源秒場(chǎng).3）穿進(jìn)芒高斯堅(jiān)面的睬電場(chǎng)處強(qiáng)度智通量竄為正漁，穿鏈出為沸負(fù).總結(jié)32第一嗎章醋—灑—胸靜齡電場(chǎng)§3高斯側(cè)定理在點(diǎn)漿電荷范和啟的靜棉電場(chǎng)好中，益做如橡下的膨三個(gè)犯閉合酬面求通過(guò)堵各閉羽合面將的電粱通量.討論將演從移到點(diǎn)息電場(chǎng)吼強(qiáng)度貝是否知變化？穿過(guò)暴高斯咱面侍的用有否檢變化？*33第一答章初—姥—瓣靜毒電場(chǎng)§3高斯旦定理四、店高斯炮定理鋼的應(yīng)仍用其步傾驟為對(duì)稱蹄性分美析；根據(jù)鑄對(duì)稱堅(jiān)性選星擇合釀適的慚高斯超面；應(yīng)用磁高斯俗定理亡計(jì)算.利用高斯定理解較為方便的分布具有某種對(duì)稱性的情況下對(duì)常見(jiàn)嘩的對(duì)嚴(yán)稱性肆：創(chuàng)球?qū)叻Q和柱對(duì)砌稱京面粱對(duì)稱34第一料章遍—鼻—箏靜淚電場(chǎng)§3高斯山定理例1均勻麥帶電池球面根據(jù)銳電荷姻分布展的對(duì)混稱性射，選取堆合適勤的高蛛斯面(閉合熄面)解:取過(guò)場(chǎng)站點(diǎn)的末以球強(qiáng)心o為心歡的球爭(zhēng)面總電量為半徑為求：舉電場(chǎng)探強(qiáng)度觸分布先從配高斯堡定理滿等式沸的左僻方入劇手先計(jì)層算高冊(cè)斯面督的電物通量35第一殘章襯—若—痰靜賢電場(chǎng)§3高斯劫定理再根鍵據(jù)高迷斯定托理解露方程過(guò)場(chǎng)族點(diǎn)的份高斯壩面內(nèi)助電量殃代數(shù)齒和?36第一鎮(zhèn)章棍—跡—嘴靜攻電場(chǎng)§3高斯瓦定理+++++例2無(wú)限斗長(zhǎng)均像勻帶兵電直玻線的齊電場(chǎng)濾強(qiáng)度選取栽閉合郵的柱斑形高驚斯面無(wú)限駕長(zhǎng)均泳勻帶丙電直答線，喇單位連長(zhǎng)度境上的奪電荷圓，即霧電荷顧線密蔽度為鐘，求毀距直綢線為烈處的培電場(chǎng)骨強(qiáng)度.對(duì)稱性分析：軸對(duì)稱解+37第一塞章器—這—茂靜蘋電場(chǎng)§3高斯離定理例3求均繩勻帶浴電無(wú)蠻限大暴薄板瓜的場(chǎng)廈強(qiáng)分烘布，派設(shè)電嬌荷密勒度為σ。解：無(wú)限誼大均幕勻帶霜電薄構(gòu)平板唱可看晚成無(wú)殼限多箭根無(wú)檔限長(zhǎng)魄均勻村帶電夢(mèng)直線睬排列省而成途，由筍對(duì)稱拜性分面析，牌平板棒兩側(cè)肅離該告板等獸距離辦處場(chǎng)因強(qiáng)大答小相緒等，要方向?qū)箓z直平腦板。取一首軸垂糟直帶銹電平材面，邊高為2r的圓樹(shù)柱面蠟為高輕斯面城，通飯過(guò)它鞠的電寸通量鐘為38第一涂章拖—怨—勾靜震電場(chǎng)§3高斯廊定理由高填斯定爹理所以性得S內(nèi)包態(tài)圍的蛋電荷居為39第一稼章賭—誤—價(jià)靜扒電場(chǎng)§4電勢(shì)脖及其章梯度1.點(diǎn)電何荷的溜電場(chǎng)結(jié)果:僅與研的始末位置有關(guān)，與路頌徑無(wú)引關(guān).一、愿靜電集場(chǎng)力資做功士特點(diǎn)2.任何唉帶電兆體的爆電場(chǎng)40第一茶章壞—壤—烏靜瞧電場(chǎng)§4電勢(shì)限及其悶梯度結(jié)論做：試探檔電荷告在任俯何靜蓮電場(chǎng)鑒中移相動(dòng)時(shí)扯，電廢場(chǎng)力咸所做令的功乖，只暫與這遣試探兩電荷艦電量匙的大勸小及丈其起月點(diǎn)、耐終點(diǎn)善的位傲置有嘩關(guān)，淋與路甩徑無(wú)澆關(guān).二、單靜電晝場(chǎng)環(huán)引路定蕩理單位蹈正試觀驗(yàn)電鞋荷沿腦閉合桐路徑acb唐fa移動(dòng)再回到住出發(fā)集點(diǎn)時(shí)府，電羞場(chǎng)力方所作私的功秤為即即在類靜電運(yùn)場(chǎng)中隆，場(chǎng)龜強(qiáng)沿癥任意桂閉合泥路徑娘的線讓積分基恒等望于零晌?！獔?chǎng)強(qiáng)攝環(huán)路平定理——靜電企場(chǎng)是炊保守棄場(chǎng)。41第一時(shí)章描—董—香靜森電場(chǎng)§4電勢(shì)葉及其涂梯度三、衰電勢(shì)靜電銷場(chǎng)是媽保守燃場(chǎng)，剩靜電瘋場(chǎng)力憑是保遵守力.靜電逗場(chǎng)力和所做身的功攻就等駱于電配荷電豈勢(shì)能步增量汽的負(fù)囑值.注：扭電勢(shì)豈能的出大小寇是相味對(duì)的辰，電脫勢(shì)能名的差遍是絕內(nèi)對(duì)的.令定義P1對(duì)P2的電勢(shì)欠差：12為移功動(dòng)單瞇位正搏電荷滔由P1→P2電場(chǎng)旅力作塔的功膛。42第一雄章攻—考—校靜獄電場(chǎng)§4電勢(shì)炮及其皂梯度P1處電冬勢(shì)為犬：設(shè)P0為電角勢(shì)參等考點(diǎn)穩(wěn)，即U0=解0，這說(shuō)們明P0點(diǎn)的角不同爬選擇寸，不底影響侵電勢(shì)惑差?！郟0選擇恐有任晃意性紐奉，習(xí)慣史上如下膽選取番電勢(shì)映零點(diǎn)憑。理論中：對(duì)有限電荷分布，選=0。對(duì)無(wú)訂限大忙電荷怠分布賺，選噴有限厚區(qū)域仁中的某適當(dāng)仔點(diǎn)為電貸勢(shì)零戚點(diǎn)。實(shí)際鑄中：選大監(jiān)地或航機(jī)殼座、公渣共線飲為電算勢(shì)零杠點(diǎn)。43第一屋章筆—鋪—鎮(zhèn)靜住電場(chǎng)§4電勢(shì)居及其電梯度1）點(diǎn)矮電荷利用慘電勢(shì)伯定義缸可以閃求得淘如下恒結(jié)果妄：Ur0q>02）均洗勻帶哨電球欲殼3）無(wú)涂限長(zhǎng)蔑均勻遼帶電旗直線0Rrq>0UqRUrr00>0r044第一岔章惕—速—縮慧靜沿電場(chǎng)§4電勢(shì)柔及其劇梯度四、報(bào)電勢(shì)殃疊加溫原理由得：注意描：電并勢(shì)零汽點(diǎn)P0必須秘是共渡同的猜。對(duì)點(diǎn)掛電荷聾系：對(duì)連爐續(xù)電息荷分邁布：45第一看章缸—甲—額靜寨電場(chǎng)§4電勢(shì)側(cè)及其艦梯度例計(jì)算迫電量叼為Q的帶予電球鍵面球象心的央電勢(shì)解：囑在球這面上次任取串一電迷荷元?jiǎng)t電梅荷元咐在球陽(yáng)心的登電勢(shì)刑為由電洽勢(shì)疊猜加原穿理球面以上電宋荷在騎球心練的總予電勢(shì)思考喇：權(quán)電量先分布念均勻爹？圓環(huán)拌？