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基 础 物 理 学 BII 教材: 基础物理学下册，(17-25 ) 课程相关信息 平时成绩: 点名(#); 作业(1次/周); 随堂测验(#) 小论文：物理教学演示工具制作策划书(#) 总评成绩: 平时成绩40%, 期末考试60%. 网上交流区: , B-20120-JCWLBII-ZY: 基础物理BII 教师信箱: 答疑时间: 周二课前后, 本教室 内容区: 课程文档-课件, 测验: 成绩中心 课程工具: 职员信息和讨论板 着眼于场的分布 （一般） 归纳 假设 电磁学的教学内容17-23: 静电学（真空、介质、导体）; 稳恒电流 静磁学（真空, 介质） 电磁感应 ; 电磁场与电磁波 对象： 弥散于空间的电磁场， 方法： 观点： 电磁作用是“场”的作用 基本实验规律 综合的普遍规律 （特殊） （近距作用） 电 磁 学 研究电磁现象 的基本概念和基本规律： 源场; 电, 磁, E VS M, 效应发光放热 真空中静电场的场强 17.1 电荷守恒定律 库仑定律 叠加原理 17.2 电场和电场强度 电场线和电通量 静电场 相对观测者静止的电荷产生的电场 一. 电荷 电气材料 电性力：同号相斥、异号相吸 电荷量：物体带电的多少 电荷守恒定律 库仑定律 叠加原理 电荷: 经过摩擦的物质上所出现的东西, 其呈现电荷 的状态为带电. 电气材料: 起电物质 vs. 非起电物质. 两种电荷：正电荷 和负电荷 # 自然界的电现象: 质子带有的 与电子带有的 引起的. + - - - - + m, , n, p, f; vs. k, M, G, T, A. 电气材料: 起电物质 vs. 非起电物质. 导体: 电荷能够从产生的地方迅速转移或传导到其它 部分 的物体. 绝缘体: 电荷几乎只能停留在产生的地方 的那种物体. 金属、石墨、电解液(酸、碱、盐类的水溶液) 、 人体、地(球) 、电离了的气体都是导体. 玻璃、丝绸 、橡胶、琥珀、松香、硫磺、瓷器、油类、未电离的 气体等都是绝缘体. 半导体(#): 介于两者之间 摩擦起电系列(+-): 毛皮, 橡胶; 玻璃, 丝绸; 塑料, 头发 二. 电荷守恒定律(宏观尺度和微观尺度都成立) 在没有电荷进出的一个封闭空间内, 正、负 电荷的总量始终是相等的。 质子和电子都是带电荷的实体, 具有质量 (pair annihilation) 有电荷就有质量, 静质量为零的粒子必为电中性. 宏观带电体的带电量qe，准连续 e =1.60210-19库仑，电子电量 那么, e是否是最基本的呢? 原子核结构: 在夸克模型中, 夸克带分数电荷, up quark down quark strange quark 见27, 28 # 带电, 电荷量? 更小点? 没能找到自由夸克, 但是超导铌球上发现分数电荷 密立根 三. 电荷量子化 1. 点电荷(理想模型) 简化为点电荷的条件: q1 r d dr万有引力。 由此,在处理电子和质子之间的相互作用时,只需考虑 静电力,万有引力可以略去不计. 在原子结合成分子,原子或分子组成液体或固体 时,它们的结合力在本质上也都属于电性力. 例2 氦原子核中的两个质子相距4.010-15m, 求这 两个质子之间的静电力. 解:两个质子之间的静电力是斥力,它的大小为 质子之间能结合在一起构成原子核, 是由于核内除 了有静电斥力外, 还存在更强大的引力 核力的缘故 。 在相同条件下： 强相互作用电磁相互作用万有引力作用。 这两个质子之间的核力: 14N 例3. 三个点电荷所带的电荷量分别为q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各电荷间的距离如图所示。求作 用在q3上合力的大小和方向。 解:选用如图所示的直角坐标系。 q q2 2 q1 q3 0.6m 0.52m 0.3m q q2 2 q1 q3 F31 F32 F3 0.6m 0.52m 0.3m i j x x F31 按库仑定律分别计算q1和q2对电荷q3的作用力 #5. 基本思路? y y 例3. 三个点电荷所带的电荷量分别为q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各电荷间的距离如图所示。求作 用在q3上合力的大小和方向。 解:选用如图所示的直角坐标系。 q q2 2 q1 q3 0.6m 0.52m 0.3m 按库仑定律分别计算q1和q2对电荷q3的作用力 #5. 基本思路? #6 天花板置正电极, 你持等量负电电荷, 平地飞飞升的Q？ 两个各带电荷量为1C 的带电体,当它们相距1m时 , 作用力达9.0109 N. 六. 讨论库伦相互作用的大小 我们利用通常的起电方法不可能使一个有限大 (例如半径为1m的球体)的物体的带电量达到1C, 因为早在电荷量聚集到此值前,周围的绝缘体已 被击穿(#),物体上的电荷早已漏掉。通常遇到的 静电力还是很小的,只能吸引轻小物品. 通常在实验室里, 利用摩擦起电使物体能获得的 电荷量10-7C数量级, 若相距1m, 静电力为10-2 N 若相距0.1m, 静电力仅为1N的数量级. 一. 电场 电相互作用 两种观点 超距作用 作用 作用 电场 电荷1 电荷2 电场1 电场2 电荷1电荷2 产生 作用 作用 产生 静电场：相对于观察者静止的电荷 在周围空间激发的电场。 雷电 17.2 电场和电场强度 电场线和电通量 二. 电场强度 试验电荷q0及条件 点电荷(尺寸小) q0足够小,对待测电场影响小 定义电场强度 q0 q0 电场中某点的电场强度 等于单位正电荷在该点所受 的电场力。 #7 郭晶晶起跳后( ), 其质心运动(位置变动)决定于#? 三.电场强度的计算 1.点电荷的电场 3.连续分布电荷的电场 2.场强叠加原理和点电荷系的电场 .两个异号点电荷:电偶极子 .多个点电荷分布 头脑中想象: 一个质量很小的带电质点(正或负电 荷)处于没有重力的空间中, 运动(位置变动), 在头脑中建立”按照什么样的力来运动的呢?”这 样的想象, 如同打开电磁学的大门. 1. 点电荷的场强 由库仑定律和电场强度定义: “源”点电荷 场点 q p r E （相对观测者静止） #7 画出场强分布来? 球面是场强等模面, 球对称分布 球对称分布= ？ q0qi 对的作用 qiq2 q0 q1 2.电场强度叠加原理和点电荷系的场强 电场强度叠加原理 场点 电偶极子 轴线上场强 电偶极子 一对靠得很近的等量异号的点电荷. 相对的概念，物理模型(如有极分子) -q+q r o P E E+ E- l r l P 称为电偶极矩 电偶极子中垂面上的电场 r + 方向方向? ? 从-q指向+q 电偶极子在电场中所受的力矩 用矢量形式表示为： #8 一般情况下, 电偶极子在空间某位置激发的电场强度? 若 r l, + 电偶极子中垂面上的电场 解: q1在P点所激发的场强为#1 q2在P点所激发的场强为#2 根据场强叠加原理，P点的总场强为#4 # 任给若干点电荷, 它们在周围真空中激发的电场强度? 例3. 三个点电荷所带的电荷量分别为q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各电荷间的距离如图所示。求(1) 作用在q3上合力的大小和方向。(2) 求P点电场强度. q q2 2 q1 q3 0.6m 0.52m 0.3m P r q3在P点所激发的场强为#3 3. 连续带电体的场强 面电荷 dq = dS 面电荷密度 线电荷 dq = dl 线电荷密度 dq r P dE q 将带电体分割成无限多块无限小的带电体 体电荷 dq = dV 体电荷密度 # 有了叠加原理, 微元法 例4.直线AB均匀带电, 电荷线密度为. P点到 AB 的距离为a,AP和 BP与直线夹角1 和2 . 求P点场强? 解：建立Oxy系如图,原点O为P到直线的垂足 取线元dx, 带电 P A BA B dx y O A BA B 极限情况 当AB 长度, (1,2 )(0,) 无限长均匀带电直线的场强 圆柱面为等模面 #9. 画场强分布图? P 例5. 均匀带电环面如图 已知 , R1, R 2 , 以过环心O 的法线为z轴, 求z处P点场强 解： (1) 划分电荷元 (2) 分析 大小,方向 0 z z P z P R2 z R1 0 r 正负成对出现, 所有的dE积 累为零 (3)积分求 ：正负成对出现, 所有的dE积累为零 (4) 分析结果的合理性和讨论 单位 ； 令 z= 0，得 ，合理； 令 z R2 ， 合理。 则： z P R2 z R1 0 # z电荷线度处， E与z关系如何？ z 0 R 思考: - - - （a） （b） 1. 电场线 ( 线 ), 线上某点的切向即为该点 的方向, 线 切线 规定 线的密度给出 的大小。 在电场中任一点处，通过垂直于电场强度E单 位面积的电场线数等于该点的电场强度的数值 四. 电场线和电通量 大小呢? 画出多少根? 关于电场的直观表现方式 几种电荷的 线分布 球对称 无限长则圆柱对称 电场线的实验演示: 针状晶体碎屑撒到水平延展绝 缘油中使之悬浮. 或水平光滑玻璃表面撒细小石膏晶粒. 点电荷q0 电偶极子均匀带电的直线段 (原因下一章讲) 两 个 同 号 的 点 电 极 几种电荷的 线分布的实验现象 一对异号不等量点电荷的电场线 2q + q 电场线 单 个 带 电 平 板 电 极 正 负 带 电 平 行 平 板 电 极 五. 电通量e 1.定义： 面积分, 不是点函数 是代数量, 有正、负。 2. 的几何意义: 对闭合曲面 约定：闭合曲面以向外为曲面法线正方向。 cos dS=dS E S d