第一节课电荷

第一节课电荷第1页，课件共33页，创作于2023年2月

绪论电磁学就是研究电磁现象的规律以及物质的电学和磁学性质的科学。电磁学是动力、通迅、测量、电工学、电化学、无线电学、自动控制学、遥感遥测学、电视学等理工科一门十分重要的基础课。逻辑性很强的理论体系；数学工具上用微积分计算和矢量分析方法；在研究方法上一般总是由不变场到变化场，由真空到介质。第2页，课件共33页，创作于2023年2月教学内容及进度安排电磁学课程主要包括：

静止电荷的电场、电势有导体和电介质存在时的静电场电流和磁力磁场的源、有磁介质存在时的磁场电磁感应和电磁场、麦克斯韦电磁理论和电磁波第3页，课件共33页，创作于2023年2月

体系结构

由电场→到磁场由真空→到介质由静（恒定）场→到变化（动）场

第4页，课件共33页，创作于2023年2月电磁学运动分为三大类1、场的概念2、路的概念3、场与物质的相互作用第5页，课件共33页，创作于2023年2月物理学的第二次大综合法拉第的电磁感应定律：

电磁一体麦克斯韦电磁场统一理论（19世纪中叶）爱因斯坦的相对论进一步证实了电磁场是一个统一的整体库仑定律：电荷与电荷间的相互作用泊松高斯的静电场理论伽伐尼发现电流伏特欧姆法拉第等人发现了电流定律奥斯特的发现：电流的磁效应

第6页，课件共33页，创作于2023年2月一电荷的量子性

强子的夸克模型具有分数电荷（或电子电荷）1

电荷有正负之分2

电荷量子性；电子电荷

10.1电荷基本性质第7页，课件共33页，创作于2023年2月3电荷守恒定律

在孤立系统中,电荷的代数和保持不变.（自然界的基本守恒定律之一）4电荷相对不变性实验证明，电荷的电量与其运动状态无关。第8页，课件共33页，创作于2023年2月10.2库仑定律与叠加原理1

点电荷

当带电体的线度比起带电体之间的距离小很多时，带电体就可以看成点电荷。从理论上讲就是只有电量而没有大小形状的带电体，由于实际带电体都不可能小到一个点，所以点电荷像质点力学中的质点一样是一种理想化模型。

带电量不一定很小，线度也不一定很小

第9页，课件共33页，创作于2023年2月2

库仑定律第10页，课件共33页，创作于2023年2月（为真空介电常数）

令

库仑定律库仑力遵守牛顿第三定律3

库仑力遵守叠加原理：第11页，课件共33页，创作于2023年2月实验表明，库仑力满足线性叠加原理，即不因第三者的存在而改变两者之间的相互作用。这个结论叫做静电力的叠加原理当几个点电荷同时存在时，某一点电荷所受的静电力，等于各个点电荷单独存在时该点电荷所受的静电力的矢量和.表达式为：第12页，课件共33页，创作于2023年2月解例在氢原子内,电子和质子的间距为

.求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小.（微观领域中,万有引力比库仑力小得多,可忽略不计.）第13页，课件共33页，创作于2023年2月

10.3电场和电场强度历史上的两种错误观点：近距作用：通过“以态”传递。超距作用：不需要媒质，不需要时间。近代物理学的发展证明：通过“场”进行作用第14页，课件共33页，创作于2023年2月一、电场的物质性：1.电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有电场，引入该电场的任何带电体，都受到电场的作用力。电荷电场电荷第15页，课件共33页，创作于2023年2月2.场的物质性体现在：

c.变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量。b.当带电体在电场中移动时，电场力作功，表明电场具有能量。a.给电场中的带电体施以力的作用。第16页，课件共33页，创作于2023年2月二、电场强度

为了定量地研究电场,需要引入描述电场的基本物理量----电场强度矢量.静电场的一个基本特性是它对引入电场的任何电荷有力的作用.因此,我们利用电场的这一特性,从中找出能反映电场性质的某个物理量来。第17页，课件共33页，创作于2023年2月为此我们引入一检验电荷1、检验电荷：本身携带电荷足够小；占据空间也足够小，放在电场中不会对原有电场有显著的影响。2.将放在点电荷系产生的电场中，受到的作用力为，为描述电场的属性引入一个物理量电场强度：(简称为场强）第18页，课件共33页，创作于2023年2月

电场强度：

单位

电场中某点处的电场强度

等于位于该点处的单位试验电荷所受的力，其方向为正电荷受力方向.电荷在电场中受力

（试验电荷为点电荷、且足够小,故对原电场几乎无影响）：场源电荷：试验电荷第19页，课件共33页，创作于2023年2月点电荷的电场强度第20页，课件共33页，创作于2023年2月三、场强的叠加原理：根据电场力的叠加原理,检验电荷在电荷系的伴存电场中某点P处所受的力等于各个点电荷单独存在时对q0的作用力的矢量和，即而该点的总场强为：第21页，课件共33页，创作于2023年2月上式说明，电场中任何一点的总场强等于各个点电荷在该点各自产生的场强的矢量和。这就是场强叠加原理。这是电场的基本性质之一第22页，课件共33页，创作于2023年2月四、场强的计算

如果电荷分布已知,那么从点电荷的场强公式出发,根据场强的叠加原理,就可求出任意电荷分布所激发的电场的场强.下面说明计算场强的方法。第23页，课件共33页，创作于2023年2月1、点电荷产生的场O场源位矢求场点表示的单位矢量。2、点电荷系的电场中的场强：第24页，课件共33页，创作于2023年2月3、任意带电体（连续带电体)电场中的场强：将带电体分成很多元电荷

dq,先求出元电荷在任意场点

p的场强对场源求积分，可得总场强：以下的问题是如何选出合适的坐标，给出具体的表达式和实施计算。第25页，课件共33页，创作于2023年2月体电荷分布的带电体的场强体分布时，电荷的体密度面分布时，电荷的面密度线分布时，电荷的线密度根据带电体上的电荷具体分布情况，相应的计算场强公式为第26页，课件共33页，创作于2023年2月面电荷分布的带电体的场强线电荷分布的带电体的场强上三式的右端是矢量的积分式，实际上在具体运算时，一般要化成标量式才可进行数学积分计算，即通常必须把在坐标轴上的分量式写出，然后再积分第27页，课件共33页，创作于2023年2月例1电偶极子中垂线上一点的场强

若一对等量异号电荷相距电偶极矩

(electricmoment)当>>则这一对等量异号电荷称为电偶极子(electricdipole)第28页，课件共33页，创作于2023年2月一般方法:点电荷场强叠加因>>第29页，课件共33页，创作于2023年2月解：由对称性可知，p点场强只有X分量例题2：均匀带电圆环轴线上一点的场强。设圆环带电量为，半径为第30页，课件共33页，创作于2023年2月由此可见，场强与电荷量q集中在圆环的中心的一个电荷在该点所激发的场强相同.从上面也可以进一步理解点电荷概念的相对性.

讨论：当所求场点离开圆环的距离远大于环的半径时，则有第31页，课件共33页，创作于2023年2月例题3：均匀带电圆盘轴线上一点的场强。设圆盘带电量为，半径为解：带电圆盘可看成许多同心的