1、電磁學(xué)電磁學(xué)(ELECTROMAGNETISM)電磁場及其與物質(zhì)的相互作用電磁場及其與物質(zhì)的相互作用電磁學(xué)電磁學(xué)靜電場靜電場真空中的靜電場真空中的靜電場導(dǎo)體和電介質(zhì)中的靜電場導(dǎo)體和電介質(zhì)中的靜電場穩(wěn)恒磁場穩(wěn)恒磁場真空中的磁場真空中的磁場磁介質(zhì)中的磁場磁介質(zhì)中的磁場電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)Maxwell方程組與電磁場方程組與電磁場第第1212章靜電場章靜電場(Electrostatic Field)內(nèi)容內(nèi)容： 庫侖定律庫侖定律電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度高斯定理高斯定理12.1 12.1 電荷電荷(Electric Charge)物質(zhì)的一種屬性物質(zhì)的一種屬性1.1.電荷的性質(zhì)電荷的性質(zhì)只有兩種類型只有兩種類型正與負(fù)

2、正與負(fù)(2)(2)守恒性守恒性(law of conservation of charge)(law of conservation of charge): :在任何相互作用過程中在任何相互作用過程中, , q=c保持不變保持不變聚變反應(yīng)：聚變反應(yīng)：nHeHH10423121正負(fù)電子湮滅：正負(fù)電子湮滅：211eee.g.(Positron Annihilation Technique)(3)(3)相對(duì)論不變性相對(duì)論不變性在不同參考系中觀察在不同參考系中觀察, ,同一粒子的同一粒子的q不變不變實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn): : e=1.602 10-19 C理論理論: : e/3, 2e/3( (夸克夸克quark

3、) )(4)(4)量子性量子性q是基本單元的整數(shù)倍是基本單元的整數(shù)倍e.g.質(zhì)子質(zhì)子 p=2p=2 ( (2e/3)+12e/3)+1 (-e/3)(-e/3)中子中子 n=1n=1 ( (2e/3)+22e/3)+2 (-e/3)(-e/3)上夸克上夸克基本單元基本單元下夸克下夸克2.2.點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷(point charge)點(diǎn)狀電荷點(diǎn)狀電荷( (理想模型理想模型) )適用情形適用情形: : 帶電體尺寸帶電體尺寸1).1).一對(duì)等量異號(hào)電荷一對(duì)等量異號(hào)電荷稱為稱為電偶極子電偶極子(electric dipole)(electric dipole)2).2).電偶極矩電偶極矩(electri

4、c moment)(electric moment)電偶極子電偶極子6.6.電偶極子電偶極子 電偶極矩電偶極矩3). 3). 電偶極子的場電偶極子的場 qqlrrEEEqrrqrr440202 P一般方法：點(diǎn)電荷場疊加，矢量按直角坐標(biāo)一般方法：點(diǎn)電荷場疊加，矢量按直角坐標(biāo)分解，再迭加。分解，再迭加。EE 例例1-11-1均勻帶電均勻帶電(Q)(Q)直線段延長線上一點(diǎn)的直線段延長線上一點(diǎn)的場強(qiáng)場強(qiáng)建立坐標(biāo)軸如圖建立坐標(biāo)軸如圖x x x+dxx+dx電荷元產(chǎn)生的場強(qiáng)電荷元產(chǎn)生的場強(qiáng)：7.7.場強(qiáng)計(jì)算舉例場強(qiáng)計(jì)算舉例XOrLpx x+dx解：解：ixrLdxEdLQ20)(4LxrLdxLQiEdE

5、020)(4P點(diǎn)的總場強(qiáng)點(diǎn)的總場強(qiáng)：irLrQ)(40 討論討論 若若 r L，則，則irQE204點(diǎn)電荷的場強(qiáng)點(diǎn)電荷的場強(qiáng)qdR.yzx當(dāng)當(dāng)dq 位置發(fā)生變化時(shí)，它所激發(fā)的電場位置發(fā)生變化時(shí)，它所激發(fā)的電場矢量構(gòu)成了一個(gè)圓錐面。矢量構(gòu)成了一個(gè)圓錐面。EdEd 例例1-21-2均勻帶電均勻帶電(Q)(Q)圓環(huán)軸線上一點(diǎn)的場強(qiáng)圓環(huán)軸線上一點(diǎn)的場強(qiáng)Q在圓環(huán)上任取電荷元在圓環(huán)上任取電荷元dqdEdqrr402 sincosdEdEdEdExxxyzodqrEd由對(duì)稱性分析知由對(duì)稱性分析知垂直垂直x 軸的場強(qiáng)為軸的場強(qiáng)為0iEEx cosr4dqiEEQ20 xiRx4xQE23220dqRxyzox

6、rQ20dqr4cosirxcosix4QE20 討論討論 環(huán)心環(huán)心(x=0)(x=0)處處, ,場強(qiáng)為零場強(qiáng)為零; ; x0)球?qū)ΨQ球?qū)ΨQ , ,且與球且與球心等距的各點(diǎn)心等距的各點(diǎn) 相同相同. .rE/E閉曲面閉曲面( (高斯面高斯面) )：半徑為：半徑為r的球面的球面S SS Sr有有SSEdSSdE)(/)(000RrQRrq內(nèi)由高斯定由高斯定律律，得，得)(4/)(020RrrQRrESdSE24 rE矢量式矢量式：)(4)(0020RrrrQRrEE E r r曲線曲線：O OR RrEE 1/r2思考思考結(jié)果對(duì)于結(jié)果對(duì)于Q0)軸對(duì)稱軸對(duì)稱, ,且與直線且與直線等距的各點(diǎn)等距的各點(diǎn)

7、 相同相同rE/ErL LS S下側(cè)上SdESdESdESdESrLE2側(cè)EdS側(cè)dSE00Lq內(nèi)由高斯定由高斯定律律，得，得rE02矢量式矢量式：002rrErO OEE 1/r 思考思考 )(2)(000RrrrRrE設(shè)軸線方向設(shè)軸線方向單位長度帶電荷單位長度帶電荷 ，則，則E E r r曲線曲線：O OR RrEE 1/r無限長均勻帶電圓柱面？無限長均勻帶電圓柱面？結(jié)果對(duì)于結(jié)果對(duì)于 0)對(duì)稱性對(duì)稱性 平面平面, ,與平與平面等距的各點(diǎn)面等距的各點(diǎn) 相同相同, ,在在平面兩側(cè)平面兩側(cè) 對(duì)稱分布對(duì)稱分布. .EEE右底側(cè)面左底SdESdESdESdESEA200Aq內(nèi)由高斯定由高斯定律律，得，得02E與到平面的距離與到平面的距離無關(guān)無關(guān)矢量式矢量式：002nE平面法向單位矢量平面法向單位矢量( (指離平面指離平面) )平行板電容器的電場平行板電