清华大学普通物理课件.pdf

本学期内容本学期内容 电磁学电磁学 上上课课 44学时学时 放假放假 2 学时 期中考试学时 期中考试2学时学时 相对论相对论 上课上课 14学时学时 放假放假 2学时学时 成绩成绩 期中期中 40 期末考试 期末考试 40 完全闭卷考试完全闭卷考试 讨论课 讨论课 6 8次 成绩 次 成绩 10 平时成绩 平时成绩 10 教材与参考书教材与参考书 教材教材 电磁学讲义电磁学讲义 刘凤英等刘凤英等 参考书参考书 电磁学与电动力学 上册 电磁学与电动力学 上册 胡胡友秋 程福臻 友秋 程福臻 叶邦角叶邦角著 科学出版社著 科学出版社 物理学基础物理学基础 哈里德等著 哈里德等著 张三慧张三慧 李椿等译 机械工业出版社李椿等译 机械工业出版社 新概念物理教程新概念物理教程 电磁学电磁学 第二版 第二版 赵凯华赵凯华 陈熙谋著 高等教育出版社陈熙谋著 高等教育出版社 费恩曼物理学讲义费恩曼物理学讲义 第 第1 1 2 2卷 卷 费恩曼等著 李洪芳等译 上海科技出版社费恩曼等著 李洪芳等译 上海科技出版社 1 3 姓名姓名手机手机办公室办公室电话电话班级班级 万林焱万林焱1521058038915210580389刘卿楼刘卿楼8028028937989379工物工物3030 范荆洲范荆洲1371811704713718117047刘卿楼 刘卿楼8018018131381313工物工物3131 刘毅冰刘毅冰1881064595718810645957理科楼理科楼工物工物3232 安刘攀安刘攀1521058037915210580379刘卿楼刘卿楼8028028937989379核核3131 夏凌昊夏凌昊1590100499615901004996理科楼 理科楼A221A221核核3232 曹高清曹高清1512000086115120000861理科楼理科楼A332A3327269472694 工物工物3333及其及其 他他 电磁学电磁学 高原宁高原宁刘凤英刘凤英 gaoyn 刘卿楼刘卿楼805 2014年春季学期年春季学期 4 电磁学研究电磁学研究的的是是 电磁电磁现象现象的的基本基本概念概念和和基本基本规律 规律 电荷 电流产生电场和磁场电荷 电流产生电场和磁场的的规律规律 电场和磁场的相互联系 电场和磁场的相互联系 电磁场对电荷 电流的作用 电磁场对电荷 电流的作用 电磁场对物质的各种效应电磁场对物质的各种效应 四种基本相互作用中对四种基本相互作用中对电磁相互作用认识最深入电磁相互作用认识最深入 通过电磁场说明 场的基本通过电磁场说明 场的基本性质 性质 基本基本特征 特征 研究场的基本研究场的基本方法 方法 5 处理电磁学问题的基本观点和方法处理电磁学问题的基本观点和方法 着眼于场的分布着眼于场的分布 一般一般 归纳归纳 假设假设 对象 对象 弥散于空间的电磁场 弥散于空间的电磁场 方法 方法 观点 观点 电磁作用是 场 的作用电磁作用是 场 的作用 基本实验规律基本实验规律综合的普遍规律综合的普遍规律 特殊 特殊 近距作用 近距作用 电磁学电磁学 电动力学电动力学 场论场论 量子电动力学量子电动力学 量子场论量子场论 6 数学基础 矢量 数学基础 矢量 1 标量 标量 仅需用一个数字来表示其大小的量 如质量 仅需用一个数字来表示其大小的量 如质量 电荷 密度等 电荷 密度等 矢量 矢量 除大小外还具有一定的方向 如力 速度 除大小外还具有一定的方向 如力 速度 加速度等 加速度等 直角坐标系中的矢量 直角坐标系中的矢量 r x y O x r y r cossin xy xyrr r r r x y x y z O r y r z r x r coscoscos xyz rrr xyz r rrr xyz 正交 基矢 正交 基矢 x y z 方向余弦 方向余弦 cos cos cos 7 数学基础 矢量 数学基础 矢量 2 矢量的模矢量的模 单位矢量单位矢量 矢量的合成与分解 矢量的合成与分解 平行四边形法则 三角形法则平行四边形法则 三角形法则 或者或者 多边形法则多边形法则 当多个矢量叠加时 将各矢量首尾当多个矢量叠加时 将各矢量首尾 相连 从矢量的始端至末矢量的末相连 从矢量的始端至末矢量的末 端引一条有向线段 即为端引一条有向线段 即为合矢量合矢量 8 数学基础 矢量 数学基础 矢量 3 矢量的和与点积 矢量的和与点积 矢量的叉积 矢量的叉积 方向垂直于方向垂直于 与与 所在所在的平面 的平面 矢量函数的导数 矢量函数的导数 矢量函数的积分 矢量函数的积分 9 cos sin 第第1章章 真空中的静电场真空中的静电场 1 1 电荷守恒定律电荷守恒定律和和库仑定律库仑定律 1 2 电场和电场强度电场和电场强度 1 3 高斯定理高斯定理 1 4 环路定理环路定理 注意 本章所有讨论的注意 本章所有讨论的 问题都是指问题都是指电荷相对电荷相对 静止或非常静止或非常缓慢地运动 缓慢地运动 10 观察者观察者 电荷守恒电荷守恒 11 密立根 密立根 R A Millikan 带电油滴实验 带电油滴实验 1906 1917 1923年诺贝尔物理奖 年诺贝尔物理奖 2 电荷是量子化 分立 的电荷是量子化 分立 的 基本电荷基本电荷 e 1 60217733 49 10 19 C 1 电荷只有正 负两种电荷只有正 负两种 电磁现象归因于电荷及其运动电磁现象归因于电荷及其运动 夸克 夸克 quark 带分数电荷 带分数电荷 e 3 和和 2e 3 盖尔曼提出夸克模型 盖尔曼提出夸克模型 1929 至今 至今 1969 年诺贝尔物理奖 但实验尚未发现自年诺贝尔物理奖 但实验尚未发现自 由夸克 夸克由夸克 夸克囚禁 囚禁 12 带电粒子的电量在不同惯性系中保持不变带电粒子的电量在不同惯性系中保持不变 5 电荷是一电荷是一个 洛个 洛仑兹仑兹不变量 不变量 3 电荷对称性电荷对称性 正负电子 正反质子正负电子 正反质子 但但 H2与与 He 都精确电中性都精确电中性 2 HHe pp 其中两个质子运其中两个质子运 动状况相差很大 动状况相差很大 例如 例如 H2He 质子动量 质子动量 4 电荷守恒电荷守恒 在宏观和微观上在宏观和微观上 电荷总量守恒 电荷总量守恒 1 2 库仑定律库仑定律 k 1 4 0 8 9880 109 N m2 C2 9 109N m2 C2 0 真空介电常数真空介电常数 8 85 10 12C2 N m2 真空真空中的两静止中的两静止 或低速或低速 点电荷点电荷间的作用间的作用 力力为为 q1 q0 01 F 10 F 1001 rrr 1 r 0 r O 13 第二种 第二种 高斯单位制 高斯单位制 CGSE 库仑定律库仑定律 相应两种形式相应两种形式 q的单位的单位 CGSE q 第一种 第一种 国际单位制 国际单位制 MKSA 电量的单位尚未确定电量的单位尚未确定 令令 k 1 14 2 力与距离平方成反比的特征力与距离平方成反比的特征 长程力 长程力 1 适用对象适用对象 点电荷 带电体尺度点电荷 带电体尺度 引力引力 16 思想实验思想实验 在在库仑库仑所所处的年代处的年代 如何如何实验验实验验 证证库仑库仑定律定律 17 制备点电荷制备点电荷 力与距离的平方反比关系力与距离的平方反比关系 如何量度电荷 如何量度电荷 验证电荷的乘积关系验证电荷的乘积关系 选择单位制选择单位制 重新理解电荷守恒定律重新理解电荷守恒定律 相互作用的本质是什么 媒介媒介 粒子粒子 受力受力 粒子粒子 引力子引力子 尚未发现 尚未发现 引力引力 所有粒子所有粒子 电磁作用电磁作用弱作用弱作用 W W Z0 0光子光子 夸克夸克 与轻子与轻子 夸克 带电夸克 带电 轻子与轻子与W W 强作用强作用 胶子胶子 夸克与胶子夸克与胶子 宏观宏观 物体物体 所有物体所有物体不适用不适用 所有带所有带 电物体电物体 不适用不适用 微微 观观 尺尺 度度 18 叠加原理叠加原理 实验表明 实验表明 两个静止两个静止点电荷点电荷之间的作用力之间的作用力 库库 仑力仑力 并不因第三个静止点电荷的存在而改变并不因第三个静止点电荷的存在而改变 在电磁场的量子效应中 在电磁场的量子效应中 经典经典叠加原理不成立 叠加原理不成立 两个以上的静止点电荷对一个静止点电荷的库两个以上的静止点电荷对一个静止点电荷的库 仑力仑力 等于各个静止点电荷单独存在时对该静等于各个静止点电荷单独存在时对该静 止点电荷库仑力的矢量止点电荷库仑力的矢量和和 19 带电体系对点电荷的库仑力带电体系对点电荷的库仑力 实际问题中需要处理的是带电体系实际问题中需要处理的是带电体系 需要进行需要进行 电荷元电荷元分割分割 以便当作以便当作点电荷点电荷处理处理 电荷元电荷元 体电荷元体电荷元 线电荷元线电荷元 面电荷元面电荷元 同理 有同理 有 根据叠加原理 有根据叠加原理 有 20