1、1,電磁學 - 物理學的第二次大綜合,法拉第的電磁感應定律： 電磁一體,麥克斯韋方程:電磁場統一理論（19世紀中葉）,赫茲在實驗中證實電磁波的存在，光是電磁波.,技術上的重要意義：發(fā)電機、電動機、無線電技術等.,/16,2,第五章 靜電場,/16,3,5. 1 電荷的量子化 電荷守恒定律,一、電荷,相互摩擦后的物體, 能吸引輕小物體, 就說帶了電, 或說物體有了電荷. 帶有電荷的物體叫做帶電體,實質: 電子從一個物體轉移到了另一個物體.,原子的線度: 0.3 10-10 m - 3 10-10 m , 即 0.3- 3 . 原子核的線度: 5 10-15 m， 即- 5 10-15 fm (費

2、米). 電子的線度: 1 10-16 m，即 0.1fm.,物質是由原子組成, 原子是中性的, 由帶正電的原子核和帶負電的電子組成.,2.電荷量子化: 湯姆遜、密立根等從實驗中測得所有帶電體的電荷都是 電子電荷的整數倍, 即,電荷的基本性質:,1.電荷有正負之分: 正常情況下,原子為中性;當物體中原子得到多余的電子時, 物體帶負正; 當物體中原子失去電子時,物體帶負正.電子帶負電.,/16,電荷單位: 庫侖, 符號為C.,4,5. 1 電荷的量子化 電荷守恒定律,3. 同號電荷相互排斥，異號電荷相互吸引.,二、電荷守恒定律,電子可以從一個物體移到另一個物體, 從而使物體的帶電量發(fā)生變化; 一個

3、物體的帶電量增加, 另一個物體的帶電量減少, 但兩個物體的總帶電量不變.,象能量守恒定律、動量守恒定律等一樣，電荷守恒定律是自然界的基本守恒定律之一.,電荷守恒定律：在孤立系統中,電荷的代數和保持不變.,兩個電荷之間有相互作用, 作用力與哪些因素有關呢?,首先對這個問題進行系統研究的是法國物理學家?guī)靵? 他在大量實驗的基礎上總結出了一個定律: 庫侖定律,/16,電子電荷絕對值：,5, 5. 2 庫 侖 定 律,一、點電荷模型,點電荷 : 帶有電荷的幾何點(沒有體積的帶電體).,實際問題中: 當帶電體的線度d遠比帶電體間的距離小時,帶電體可視為點電荷.,點電荷是一個理想模型.,當d r12, 電

4、荷q1和q2可視為點電荷.,二、 庫侖定律（1785年）,真空中, 兩個靜止的點電荷之間的相互作用力,其大小與它們的電荷的乘積成正比,與它們之間距離的平方成反比; 作用力的方向沿兩點電荷的連線, 同號電荷相斥, 異號電荷相吸.,/16,測出就可求出F,6,庫侖定律的數學表達式: 電荷q2受到電荷q1的作用力為, 5. 2 庫 侖 定 律,庫侖力遵守牛頓第三定律:,0稱為真空電容率. 在國際單位制(SI)中, 0和k為,式中,注意 :,當電荷不是在真空中而是在某種媒質中時, 庫侖定律仍成立, 但此時 比例常數k和與媒質的性質有關。即媒質中的庫侖定律可寫為,/16,稱為媒質的電容率,7,例 在氫原

5、子內,電子和質子的間距為5.310-11m; 求它們之間電的相互作用力 和萬有引力,并比較這兩種力的大小., 5. 2 庫 侖 定 律,電子和質子之間的萬有引力為,庫萬力與萬有引力之比為,（可見，微觀領域中,萬有引力比庫侖力小得多,可忽略不計.）,/16,電子 和質子之間的庫侖力為,8, 5. 3 電 場 強 度,場是一種特殊形態(tài)的物質.,實驗證實了電荷之間有力的相互作用, 作用力通過什么方式傳遞(實現)?,場的觀點: 電荷之間的相互作用是通過電場實現的。這種觀點是正確的.,電場： 任何電荷的周圍都存在電場. 電場是客觀存在的物質.,一、靜電場,靜電場： 靜止電荷在其周圍產生的電場.,/16,

6、如何定量描述靜電場？,9, 5. 3 電 場 強 度,單位,電場中某點處的電場強度 等于位于該點處的單位試驗電荷所受的力，其 方向為正電荷受力方向.,若已知電場強度E,則電荷 q 在電場中受力為,如右圖所示, 電荷Q在其周圍產生一個場, 為了描述電場的性質, 可以引入一個試驗電荷q0 .,二、電場強度,電場強度的定義：,/16,測量表明, 試驗電荷q0所受的電場力與電荷q0 的比值F/q0與電荷q0 無關, 僅取決于電場本身.,試驗電荷: 為點電荷、且足夠小故對原電場 幾乎無影響.,10, 5. 3 電 場 強 度,解 由電場強度的定義，得,大小,方向：與x 軸的負方向的夾角為（如圖所示）,例

7、題,/16,11, 5. 3 電 場 強 度,三、點電荷的電場強度,所以正點電荷Q的電場強度為,/17,正點電荷Q的電場,負點電荷Q的電場,所以負點電荷Q的電場強度為,12, 5. 3 電 場 強 度,四、電場強度的疊加原理,由力的疊加原理得， 所受合力,點電荷 對 的作用力,故 處總電場強度,對多個點電荷組成的點電荷系, 如圖,點電荷系所激發(fā)的電場中某點處的電場強度等于各個點電荷單獨存在時對該點所激發(fā)的電場強度的矢量和.,/16,13, 5. 3 電 場 強 度,五 、連續(xù)分布電荷的電場強度,(i)電荷體密度為的體電荷,問題：如果電荷不是點電荷，也不是點電荷系，而是連續(xù)分布的電荷， 其產生的電場強度如何計算？,方法：從點荷的電場強度和電場強度的疊加原理出發(fā).,電荷元dq在P點產生的電場強度為,/16,14, 5. 3 電 場 強 度,注意：由于電場強度是矢量，因此求電場強度時，應該先求電場強度沿 x 軸 y 軸和Z軸的投影 Ex、 Ey 和 Ez，然后再求出 E.,/16,15, 5. 3 電 場 強 度,由對稱性有,解: 對稱性分析,/16,例 1 如圖所示, 正電荷q 均勻分布半徑為R的圓環(huán)上, 計算在環(huán)的軸線