15真空静电场1(2008)

1、电 磁 学,概述,人们定量研究电磁现象至今约230年。,在其发展过程中：,有偶然的机遇，,也有有目的的探索；,有精巧的实验技术，,也有大胆的理论独创；,有天才的物理模型设想，,也有严密的数学方法运用。,电磁学的发展，把人类带入了电的世界，,使社会文明产生了质的飞跃！,大学物理,电路分析、电子电路,场,路,静电场,稳恒磁场,当代大学生的电磁学知识需扩展和提高。,（真空中的、,（真空中的、,有介质时的）,有介质时的）,根据电磁现象的规律需满足洛仑兹变换的基本自然观，,可以证明：,从不同的参照系观测，,同一电磁场可表现为只是电场、,或只是磁场、,或电场和磁场并存。,电场和磁场是一个统一体。,关于场的

2、基本概念,物体间的相互作用。,静电力,万有引力,“超距”作用观点,法拉第提出场的观点：,施力、作功;,具有能量、动量、质量等属性.,牛顿力学：,场是特殊的物质。,力,场是不同于实物的物质。,近代物理的理论和实验完全证实了场的存在。,场的引入是物理概念上的创新，,一.电荷的基本性质,电荷的种类、,电荷的量子性、,电荷守恒、,电荷的相对论不变性：,电荷的电量与其运动状态无关；,在不同的参考系内观察，同一带电粒子的电量不变。,引起了电磁学发展的飞跃。,（自学）,第一章 真空中的静电场,静电场,由(相对于观察者)静止电荷产生。,二.库仑定律,中学：,矢量式：,由施力电荷指向受力电荷的单位矢量。,如：q

3、1受力，q2 施力：,q2受力，q1施力：,其中：,两个大的带电体之间的静电力怎样求？,说明：,带电的几何点，,1.库仑定律只适用于点电荷;,(点电荷,理想模型 ),思考:,真空介电常数（真空电容率）,2.引入 ,使 ,会使有关电磁学规律的表述更加简洁；,现代量子电动力学理论指出：,光子的静止质量,中的,实验数据：,r 的指数应严格为2 ；,如果光子的静止质量为零，,分母 r 的指数与光子的静止质量有关。,电量小，,1.定义：,表述：,静电场中任意一点的电场强度等于静止于该点的单位正检验电荷所受的力。,说明：,线度小,三.电场强度,反映静电场施力特性的物理量。,一点,不影响原电场分布,同于,反

4、于,3.场强叠加原理：,设电场由点电荷系q1,q2,qn产生；,2.点电荷的电场强度：,场源电荷q,q0,静电场中任意一点的场强等于场源中各个点电荷单独存在时在该点所产生的场强的矢量和。,场强：,场强迭加原理表述：,矢量和！,注意：,连续分布电荷的电场强度:,取电荷元dq,其在P点处的电场强度：,用电荷密度表示dq：,电荷线密度:,电荷面密度:,电荷体密度:,化为分量式计算,利用场强迭加原理，“原则”上可以求出任意带电体产生电场的场强。,例一：电偶极子中垂线上一点的场强。,电偶极子：,研究点到场源的距离,解：,方向如图所示,忽略,令:,偶极矩,例二：均匀带电直线，长度为L，电荷线密度为 ，,场

5、源中取电荷元：,设研究点至带电线距离为x,解：,求:场中任一p点处的场强。,思路,方向如图.,同理可求出：,3,(点电荷的电场）,延长线上一点的场强如何求？,思考：,讨论：,例三：均匀带电圆片，半径为R，面电荷密度为 ，,解：,方向如图,环带产生的场强：,求圆片轴线上一点的场强。,思路,r、x为定值.,其中：,由场源向外;,指向场源,2,二项式展开:,且:,（点电荷的电场）,讨论：,方向：,其它带电体的场强分析:,无限大均匀带电面:,均匀带电环，有一小缺口，,均匀带电球面，有一小孔，,无限大带电面挖一圆孔，轴线上,均匀带电细杆延长线上 p 点处的场强。,无限长均匀带电薄板电菏面密度为,求一旁共

6、面点的场强.,四.高斯定律,1.电场线：,曲线上每一点的切线方向与该点 方向一致；,密度正比于该点处场强:,画电场线的规定:,点电荷的电场线:,其它电场线举例：,电场线的特点：,不相交、,不中断、,不闭合、,起于正电荷，止于负电荷。,2.电场强度通量：,通过某个面的电场线条数。,令:,粗略：,思路,对整个面的电通量：,若S为闭合面：,面元法线方向的取法：,S面闭合,S面不闭合，,方向任取。,指向曲面外侧。,说明：,称“穿出”,称“穿入”,例：真空中点电荷+q，以q为中心，R为半径作一球面S,求：通过球面S的电通量,解：,静电场中通过任意闭合曲面的电通量？, 3.高斯定律,(1)在点电荷的电场中：,任