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第五章 静电场 5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 闪电 避雷针 2 引引 言言 电磁现象是自然界中极为普遍的自然现象。 公元前600年 古希腊哲学家泰利斯就知道一块琥珀用木头摩擦之后 会吸引草屑等轻小物体 春秋战国时期 韩非子和吕氏春秋都有天然磁石（Fe3O4） 的记载 1785年 库仑定律提出，电磁学进入科学行列 1820年 奥斯特发现电流的磁效应（电产生磁） 1831年 法拉第发现电磁感应现象 （磁产生电） 1865年 麦克斯韦建立了以麦克斯韦方程组为基础的完整 的电磁场理论 1887年 赫兹利用振荡器在室验上证实了电磁波的存在 1905年 爱因斯坦创立了相对论，解决了经典力学时空观与电磁 现象新的实验事实的矛盾 电磁场是一个统一的整体 ,电磁学的研究在现代物理学中也具有 相当重要的地位 。 3 5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 奥斯特奥斯特赫兹赫兹麦克斯韦法拉第法拉第洛仑兹 富兰克林 欧姆欧姆爱迪生爱迪生 库仑库仑安培安培 4 1.静电场力的性质：库仑定 律、电场强度、电场散度 2.静电场能的性质：静电场 作功、电势能、电场能量 电磁学 静电学 静磁学电磁学 真空、金属 中静电荷与 静电场 介质中的 静电荷与 静电场 稳恒电势差 与稳恒电场 静电荷产 生的静电场 磁场对电荷与 电流的作用 磁现象的 电本质 磁场的性质 散度与旋度 磁产生电 电产生磁 电磁场的 散度与旋度 麦克斯韦方程组 内容结构 5 5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 电磁学和力学的主要区别 力 学电 磁 学 研究对象实物场 已知某些量的分布 状态参量 问题特点已知某些量 数学工具 微积分应用少微积分应用多 求其他量求其他量的分布 矢量分析少矢量分析多 6 5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 一 电磁学的研究对象 电磁学研究物质间电磁相互作用及其运动规律的科学 二 电磁场的研究方法 1.“实物物质” 的研究方法 实物：由原子、分子等微观粒子构成的物质形态 场物质：通常将弥漫于空间、不是由原子、分子等微观粒子构 成的物质形态，称为“场” 从物理角度，场是一种弥漫于空间的物质形态，它是相对于 “实物”的物质形态而言的 7 5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 从数学角度上，场是某一物理量的某种时空分布 “实物”的研究方法 研究实物物质间相互作用的力的性质 研究实物物质间相互作用的能的性质 2.“场物质” 的研究方法 (1). 力的本质 作用力的本质：力的相互作用是由力的传播子来实现的 (2).研究场的基本方法 标量场：场量只与空间和时间参量有关，与方向无关 矢量场：场量不仅与空间和时间参量有关，而且与方向有关 8 5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 爱因斯坦说过：“我们有两种存在，实物和场，场是 物理学中出现的新概念，是自牛顿时代以来最重要 的发现。用来描述物理现象最重要的不是带电体， 也不是粒子，而是在带电体之间空间的场，这需要 用很大的科学想象力才能理解”。 标量场，如温度场、密度场。 矢量场，如速度场，更重要的如引力场、电磁场、 核力场等等。 基本属性：不是由分子、原子等实物粒子组成； 具有迭代性、波动性、弥漫性和物质性； 9 5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 一、 电荷及其性质 1. 正负性: 等量的正、负电荷相遇后，对外 不再呈现电性，这种现象称为电 中和 两种电荷：正电荷和负电荷 同性相斥，异性相吸. 基本电荷 电子是自然界中具有最小电荷的粒子 10 5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 电荷量只能取分立的、不连续量值的性质，称 为电荷的量子化。 Q =Ne N= 1、2、3 夸克带分数电荷 2. 量子性 11 5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 在孤立系统中,电荷的代数和保持不变.称为 电荷守恒定律 2）电荷可以成对产生 或湮灭，但代数和不变 1）自然界的基本守恒定律之一 -e +e -e +e 3. 守恒性 12 5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 4. 相对论不变性 一个电荷的电量与它的运动状态无关，运动粒 子的电量不随速度的变化而变化。在不同的参考系 观察，同一带电粒子的电量保持不变 电磁能的特点和优势： 电磁能转换相对容易 电磁能便于远距离传输 电磁能传输速度快