第十章--第一节课-电荷(1).ppt

1、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。,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,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,电磁学运动分为三大类,1、场的概念,2、路的

2、概念,3、场与物质的相互作用,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,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）,10.1 电荷,基本性质,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。,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

3、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,2 库仑定律,（ 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：,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。,表达式为：,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.）,10.3 电场和电场强度,近代物理学的发展证明：通过“场”进行作用,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

4、场的任何带电体，都受到电场的作用力。,电荷 电场 电荷,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。,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。,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

5、描述电场的属性引入一个物理量电场强度： (简称为场强）,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）,点电荷的电场强度,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q 0的作用力的矢量和，即,而该点的总场强为：,这是电场的基本性质之一,四、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。,3

6、、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。,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,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,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 (electric moment),则这一对等量异号电荷称为电偶极子(electric dipole),一般方法:点电荷场强叠加,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,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