1、主讲教师主讲教师:袁常青袁常青 博士博士 讲师讲师大学物理教研室大学物理教研室&生物物理研究所生物物理研究所Email:chq_QQ:184408561大大 学学 物物 理理College PhysicsEmail:chq_QQ:184408561辅导答疑论坛辅导答疑论坛 http:/ 手机上网使手机上网使用用极速模式极速模式,省流量省流量,更流畅更流畅辅导答疑辅导答疑QQ群群 73949189(满满),138493159手机号码就低调了手机号码就低调了,亲们暂时用不到亲们暂时用不到法拉第法拉第的电磁感应定律的电磁感应定律:电磁一体电磁一体库仑库仑定律定律:电荷与电荷间的相互作用电荷与电荷间的
2、相互作用 (磁极与磁极间的相互作用磁极与磁极间的相互作用)奥斯特奥斯特的发现的发现:电流的磁效应电流的磁效应,安培发现电流与电流间的安培发现电流与电流间的相互作用规律相互作用规律.电磁学是物理学第三次大综合的结果电磁学是物理学第三次大综合的结果麦克斯韦麦克斯韦的电磁场统一理论的电磁场统一理论(19世纪中叶世纪中叶)赫兹赫兹在实验中证实电磁波的存在在实验中证实电磁波的存在,光是电磁波光是电磁波.工业技术上的重要意义工业技术上的重要意义:发电机发电机 电动机电动机 无线电技术等无线电技术等.电磁相互作用及其运动规律电磁相互作用及其运动规律(electromagnetics)电磁学静电场静电场恒定磁
3、场恒定磁场变化中的电磁场变化中的电磁场 主要特点主要特点:研究对象不再是分离的实物研究对象不再是分离的实物,而是连续分而是连续分布的场布的场,用空间函数用空间函数(如如 等等)描述其性质描述其性质.BUE ,P.7/38人体内为什么有此图人体内为什么有此图?曲线意义何在曲线意义何在?有什么规律有什么规律?与它带电的多少有关与它带电的多少有关与物体电荷的分布有关与物体电荷的分布有关P.8/389.1.1 电荷的量子化电荷的量子化 自然界中存在着两种不同性质自然界中存在着两种不同性质的电荷的电荷,一种称为一种称为正电荷正电荷,另一种另一种称为称为负电荷负电荷.电荷电荷(electric charg
4、e):物质所带的电物质的固有属性物质所带的电物质的固有属性.C10602.119e1,2,3,nneq9.1.2 电荷守恒定律电荷守恒定律 电绝缘系统中电绝缘系统中,电荷的代数和电荷的代数和保持常量保持常量.+-电子对湮灭电子对湮灭+-电子对产生电子对产生重原子核重原子核电荷为电荷为Q+电荷为电荷为Q电荷相对论不变性电荷相对论不变性第第9章章 电荷与真空中的电场电荷与真空中的电场P.9/38 施力电荷指向受力电荷的单施力电荷指向受力电荷的单位矢量位矢量(径向单位矢量径向单位矢量)221rqqKF rerqqKF22120214rqq041K令22120/NmC1085.8真空中的介电常数真空中
5、的介电常数:12F3qnFFFF213.静电力叠加原理静电力叠加原理1F2.库仑定律库仑定律:12er21F1.点电荷点电荷:9.1.3 真空中库仑定律真空中库仑定律 点电荷系对某点电荷的作用点电荷系对某点电荷的作用等于系内各点电荷单独存在时等于系内各点电荷单独存在时对该电荷作用的对该电荷作用的矢量和矢量和.对连续分布带电体对连续分布带电体,选取选取电荷电荷元元 dQQrQd0qFd线度线度距离时距离时,带电带电体 可 视 为 带 电 的体 可 视 为 带 电 的“点点”.q1q213FQrrQqF300d41作用范围作用范围:目前认为在目前认为在10-15m 107mP.10/38例例9-1
6、.在氢原子中在氢原子中,电子与质子的电子与质子的距离约为距离约为5.3 10-11m.求它们之间求它们之间的万有引力和静电力的万有引力和静电力.解解:1.“场场”的提出的提出17世纪：世纪：牛顿牛顿:超距作用超距作用.笛卡尔笛卡尔:靠靠“以太以太”传递传递.法拉第法拉第:提出提出“场场”的概念的概念.19 世纪：世纪：麦克斯韦麦克斯韦:建立电磁场方程建立电磁场方程,定定量描述场的性质和场运动规律量描述场的性质和场运动规律.电荷电荷9.2.1 电场电场(electric field)电荷周围存在着的一种电荷周围存在着的一种特殊特殊.（已知：（已知：M=1.67 10-27 kg,G=6.67 1
7、0-11 Nm2kg-2，m=9.11 10-31 kg）NreFoe821112219221023.8103.51085.84)106.1(412rmMGFGN471064.3P.11/38场的物质性体现在场的物质性体现在:给电场中的带电体施以力的作给电场中的带电体施以力的作用用,表明表明电场具有动量电场具有动量.当带电体在电场中移动时当带电体在电场中移动时,电场电场力作功力作功,表明表明电场具有能量电场具有能量.场与实物的共同性比较：场与实物的共同性比较：1.都是客观存在都是客观存在;2.存在形式也都是多样的存在形式也都是多样的;3.遵循质量守恒遵循质量守恒,能量守恒能量守恒,动量动量守恒
8、和角动量守恒等规律守恒和角动量守恒等规律;4.既不能创生既不能创生,也不能消灭也不能消灭,只能只能由一种形式转变为另一种形式由一种形式转变为另一种形式.场与实物的区别：场与实物的区别：3.实物不能达到光速实物不能达到光速,场则以光场则以光速传播速传播;4.实物受力产生加速度实物受力产生加速度,场则不能场则不能被加速被加速;5.实物具有不可入性实物具有不可入性,以空间间断以空间间断形式存在形式存在,可以作参考系可以作参考系;场具场具有可入性有可入性,以连续形式存在以连续形式存在,具具有可叠加性有可叠加性,不能作为参考系不能作为参考系.:实物周围存在相关的场实物周围存在相关的场,场传场传递实物间的
9、相互作用递实物间的相互作用,场和实物场和实物可以相互转化可以相互转化.现代物理认为场是更基本的现代物理认为场是更基本的,粒子只是场处于激发态的表现粒子只是场处于激发态的表现.1.实物质量密度大实物质量密度大(1000kg/m3),场质量密度很小场质量密度很小(10-23kg/m3),无静止质量无静止质量;P.12/389.2.2 电场强度电场强度(electric field intensity)场源电荷场源电荷:产生电场的点电荷、产生电场的点电荷、点电荷系、或带电体点电荷系、或带电体.试验电荷试验电荷:电量足够小的点电荷电量足够小的点电荷.略去对场源电略去对场源电荷分布的影响荷分布的影响与与
10、场点场点对应对应试验电荷试验电荷q0在电场在电场P点所受静电点所受静电力力 与与q0电量的比值即为该点的电量的比值即为该点的电场强度电场强度,简称场强简称场强:F恒恒矢矢量量0qFE大小大小:等于单位试验电荷在该等于单位试验电荷在该 点所受电场力点所受电场力;方向方向:与与+q0受力方向相同受力方向相同.单位单位:N C-1 或或 V m-19.2.3 点电荷与点电荷系的点电荷与点电荷系的 电场强度电场强度1.点电荷的电场强度点电荷的电场强度由库仑定律由库仑定律,试验电荷受力为试验电荷受力为:rrqQF30041rQFrerQqFE20041rerQE2041P.13/38讨论讨论:反映电场本
11、身的性质反映电场本身的性质,与试验与试验电荷无关电荷无关.电场强度是点函数电场强度是点函数静电场静电场),(trEE)(rEE均匀电场均匀电场:电场强度在某一区电场强度在某一区域内大小域内大小,方向都相同方向都相同.电场中电荷受力电场中电荷受力:EqFQEFQd2.点电荷系的电场强度点电荷系的电场强度由静电场力叠加原理由静电场力叠加原理nFFFF21002010qFqFqFqFEnnEEE21iiE 点电荷系电场中某点总场强点电荷系电场中某点总场强等于各点电荷单独存在时在该等于各点电荷单独存在时在该点产生的场强点产生的场强rerQE2041P.14/383.连续带电体的电场强度连续带电体的电场
12、强度rrqE30d41dEdrPqdVSlqdddd建立直角坐标，分解建立直角坐标，分解Ed积分积分zzyyxxEEEEEEdddkEjEiEEzyx9.2.4 电场强度的计算电场强度的计算1.点电荷的电场点电荷的电场rerqE20412.点电荷系电场点电荷系电场irierqE20413.连续带电体电场连续带电体电场rrqE30d41dEEdP.15/38.求电偶极子的电场求电偶极子的电场.电偶极子电偶极子(electric dipole):相距很近相距很近的等量异号电荷的等量异号电荷.qql电偶极矩电偶极矩(electric moment):描述电描述电偶极子大小的物理量偶极子大小的物理量.
13、l qp(1)轴线延长线上轴线延长线上A的场强的场强qqAlr2lEEEEE)2(1)2(14220lrlrq2220)4/(24lrrlq302rpElr(2)中垂面上中垂面上B的场强的场强ErErEEEE204 req)4(20req)(430rrrq30 4 rlq304rpqqBrllrP.16/38求长度为求长度为l、电荷线密度电荷线密度为为 的的均匀带电直细棒周围空间均匀带电直细棒周围空间的电场的电场.1P2ayOdqEdrxEdyEd解解:建立坐标系建立坐标系O-xy任取电荷元任取电荷元xqdderqE204dd矢量分解矢量分解:cosddEExsinddEEycos4d20rx
14、sin4d20rx统一变量统一变量:ctg axd cscd 2ax 22222cscaxarxyyxPEExEEEarctan 22夹角与21dcos40aEx120sinsin4a21dsin40aEy210coscos4aP.17/38)cos(cos4)sin(sin4210120aEaEyxxyyxPEExEEEarctan 22夹角与ixxElbb204dilbbl)(402)对靠近直线场点对靠近直线场点:a R 时时,想一想想一想?E2204xRE204xq 简化为点电荷场强简化为点电荷场强21222122)1()(xRxRx2)(211xR1 2220RxxEP.21/38作业作业习题集：习题集：6-3、4、7、12、13；15、16、22
