1 / 112

主讲：李泽涛

电磁学. 主讲：李泽涛. lizetao163@163.com. 物理学及电子信息工程系. 第一章 静电场的基本规律. §1.1 电荷 §1.2 库仑定律 §1.3 电场 电场强度 §1.4 高斯定律 §1.5 电场线 §1.6 电势. 一 . 带电. YANGTZE NORMAL UNIVERSITY. 第一节 电荷. 公元前约 585 年希腊学者 泰勒斯 观察到用布摩擦过的 琥珀 能吸引轻微物体；后又发现丝绸摩擦过的玻璃棒也能吸引轻小物体。. 物理学及电子信息工程系. §1.1 电荷.

teagan-stephens
Download Presentation

主讲：李泽涛

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 电磁学 主讲：李泽涛 lizetao163@163.com 物理学及电子信息工程系

  2. 第一章 静电场的基本规律 §1.1 电荷 §1.2 库仑定律 §1.3 电场 电场强度 §1.4 高斯定律 §1.5 电场线 §1.6 电势

  3. 一.带电 YANGTZE NORMAL UNIVERSITY 第一节 电荷 • 公元前约585年希腊学者泰勒斯观察到用布摩擦过的琥珀能吸引轻微物体；后又发现丝绸摩擦过的玻璃棒也能吸引轻小物体。 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  4. “电”(electricity)希腊文琥珀。 • 这表明物体经摩擦后进入了一种特殊状态，便说物体带了电；带了电的物体称带电体，把带电体所带的电称为电荷。 • 英国的威廉·吉尔伯特在1600年出版的《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》一书中描述了对电现象所做的研究，他把琥珀、金刚石、蓝宝石、硫磺、树脂等物质经摩擦后会吸引轻小物体的性质称为“电性” 。 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  5. 带电体所带电荷的多少叫电量。 单位：库仑（C）。 二.电荷的属性 • 两种电荷：正电、负电。 美国物理学家富兰克林（B.FrankLin）命名。 • 同性电荷相斥，异性电荷相吸。 • 电荷的量子化 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  6. 实验证明，在自然界中，电荷总是以一个基本单元的整数倍出现，即实验证明，在自然界中，电荷总是以一个基本单元的整数倍出现，即 • 电荷的这种只能取分立的、不连续量值的特性叫做电荷的量子性。 • 许多基本粒子都带有正的或负的基元电荷。微观粒子所带的基元电荷数常叫做它们各自的电荷数，都是正整数或负整数。 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  7. 近代粒子物理指出：基本粒子由若干种夸克或反夸克组成，每一个夸克或反夸克带有分数的电量，即： • 但至今尚未从实验中直接发现单独存在的夸克或反夸克，仅在一些间接的实验中得到验证。 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  8. 三.物质的电结构理论 • 物质由原子组成，原子由原子核和核外电子组成，原子核又由中子和质子组成。中子不带电，质子带正电，电子带负电。质子数和电子数相等，原子呈电中性。 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  9. 电荷是实物粒子的一种属性，它描述了实物粒子的电性质。电荷只能随物质的迁移而迁移，不能脱离物质单独存在。 • 物体带电的本质是两种物体间发生了电子的转移。即一物体失去电子而带正电，另一物体得到电子而带负电。 • 一个带电体所带电量为其所带正负电荷的代数和。 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  10. 1890年斯通尼引入了“电子”(electron)这一名称来表示带有负的基元电荷的粒子。 • 电荷的基本单元 • 1913年密立根设计了有名的油滴试验，直接测定了此基元电荷的量值。 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  11. 四、电荷的连续分布 • 电磁现象的宏观规律 大量电荷 电荷在带电体上连续分布（微观上仍是量子化的） 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  12. 五、电荷守恒定律 • 由摩擦生电的实验可见，当一种电荷出现时，必然有等量异号电荷同时出现；一种电荷消失时，必然有等量异号电荷同时消失。 因此，在孤立系统中，不管其中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变，这就是电荷守恒定律。 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  13. 现代物理研究已表明，在粒子的相互作用过程中，电荷是可以产生和消失的。然而电荷守恒并未因此而遭到破坏。现代物理研究已表明，在粒子的相互作用过程中，电荷是可以产生和消失的。然而电荷守恒并未因此而遭到破坏。 • 电子对的“产生” 正电子 光子与原子核碰撞可产生正负电子对。能量足够高的带电粒子的相互碰撞也可以产生正负电子对 • 电子对的“湮灭” 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  14. 六、导体、绝缘体、半导体 • 导体：允许电荷迁移的物体。如：金属、石墨、酸碱盐的水溶液…… • 绝缘体：不允许电荷迁移的物体（电介质）。如：陶瓷、橡胶、玻璃、干木材…… • 半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间。如：硅、锗…… 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  15. 七、电荷的相对论不变性 • 实验表明，电荷的电量与它的运动状态无关。 • 在不同的参考系中，同一带电粒子的电量保持不变。 物理学及电子信息工程系 §1.1 电荷

  16. r 考察点 d r>>d 第二节 库仑定律 一、点电荷 • 当一个带电体本身的线度比所研究的问题中所涉及的距离小得多时，该带电体的形状与电荷在其上的分布状况均无关紧要，该带电体就可看作为一个带电的点，叫做点电荷。 §1.2 库仑定律 物理学及电子信息工程系

  17. 二、库仑定律 • 实验表明：在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小与它们电荷的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比；作用力的方向沿着两点电荷的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。 §1.2 库仑定律 物理学及电子信息工程系

  18. q1 q2 r21 称为真空电容率。 即： 单位制的有理化 写成矢量式： §1.2 库仑定律 物理学及电子信息工程系

  19. 同理 • 当 q1 和 q2 同号时，作用力表现为排斥力； 当 q1 和 q2异号时，表现为吸引力。 • 静止电荷间的电作用力，又称为库仑力。 • 两静止点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律。 §1.2 库仑定律 物理学及电子信息工程系

  20. 不失一般性，去掉脚标后有： q Ｑ • 实验证实，库仑定律在 r从 广大范围内正确有效。 §1.2 库仑定律 物理学及电子信息工程系

  21. 三、电力的叠加原理 • 两个点电荷之间的相互作用力并不因为第三个点电荷的存在而有所改变（力独立作用）。 • 多个点电荷相互作用时，作用在每个点电荷上的静电力等于其它点电荷单独存在时作用于该点电荷的静电力的叠加。这就是电力的叠加原理。 • 电荷之间的作用力服从力的矢量合成法则。 §1.2 库仑定律 物理学及电子信息工程系

  22. y q1 r1 F2 h l F x Q F1 r2 q2 • 即： • 例题 书 P.38 第1.2.4 题 §1.2 库仑定律 物理学及电子信息工程系

  23. 作业: P38 1.2.1 1.2.3 1.2.5 §1.2 库仑定律 物理学及电子信息工程系

  24. 第三节 电场 电场强度 一、场的基本概念 • 所谓“场”是指某种物理量在空间的一种分布。 • 物理上的“场”是指物质存在的一种特殊形态。实物和场是物质的两种存在形态。 • 实物是由原子分子组成的，一种实物占据的空间，不能同时被其他实物所占据。 • 场是一种弥漫在空间的特殊物质，它遵从叠加性，即一种场占据的空间，能为其他场同时占有，互不发生影响（可入性）。 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  25. 电场 q1 q2 二、静电场 • 超距作用和近距作用（场的观点） • 电荷在其周围空间产生电场，电场对处于其中的其他电荷施以电场力的作 用。 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  26. q r q0 F 三、电场强度 • 进入电场的任何带电体都将受到电场的作用力。 • 试探电荷 q0 的条件： q0 →0(q0> 0)，几何线度→0 • 电场强度矢量的定义 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  27. 电场强度的大小：单位正电荷受到的力； • 方向：正电荷受力的方向 ； • 单位： 牛顿/库仑(N·C-1) • 电场强度是由电场本身的性质决定的，与试探电荷无关。 • 在已知电场强度分布的电场中，电荷 q 在场中某点处所受的力为： §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  28. q0 q + E q + 1.单个点电荷的电场 • 同心求面上各点场强等大，方向沿球半径。 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  29. 2.点电荷组的电场 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  30. P 3.任意带电体的电场 • 任何带电体都可以(无限细分)看成是许多电荷元(视为点电荷)的集合，在电场中任一场点 P 处，每一电荷元在 P 点产生的场强为： §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  31. dV • 整个带电体在 P 点的场强为: §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  32. Ｐ 四、例题 • 例1：计算均匀带电圆环轴线上任一给定点 P 处的场强，设圆环半径为 R，圆环所带电量为q，P 点与环心的距离为x 。 • 解：建立如图坐标系，取电荷元 dq 为 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  33. dq 在 P 点产生的场强大小为： 各dq在P 点产生的场强大小相等，方向各异。 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  34. 由对称性可知： §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  35. §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  36. 讨论： • 当 x >>R时， • 相当于全部电荷集中在环心的一个点电荷所产生的电场。 • 当 x = 0 时， §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  37. 例2：（均匀带电薄圆盘的电场）设有一均匀带电薄圆盘，半径为R，单位面积所带电量为σ，试计算圆盘轴线上场强的分布。 解：建立如图坐标系，在轴上任取一点P。将圆盘分成许多半径连续变化的同心带电细圆环，求它们在 P 点产生的场强的矢量和。 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  38. 任取半径为ρ、宽度为dρ的细圆环，其电荷元为：任取半径为ρ、宽度为dρ的细圆环，其电荷元为： §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  39. dq 在P点产生的场强的大小为： §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  40. §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  41. 讨论： • 当 x <<R时， 为无限大均匀带电平板附近的电场分布，是匀强电场。 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  42. 如果将两块无限大平板平行放置，板间距离远小于板面线度，当两板带等量异号电荷，面密度为σ 时， 两板内侧场强为 两板外侧场强为 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  43. 当 x >>R时 相当于电荷集中在盘心的一个点电荷所产生的电场。 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  44. 例3: 求均匀带电直线中垂面上的电场分布。设棒长2L，带电总量为Ｑ。 解：建立坐标系如图所示，均匀带电直线沿Z轴 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  45. 对称取元电荷，如上图所示， , • 对称线元dZ1、dZ2所带电荷在P点产生的场强等 大，在垂直于r方向的分量互相抵消，其合为零。故合场强只有r方向的分量，得合场强大小为 : §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  46. 讨论：当L 但 得到无限长均匀带电直线的电场分布 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  47. 作业： P38—39 1.3.2 1.3.6 1.3.8 1.3.9 §1.3 电场 电场强度 物理学及电子信息工程系

  48. §1.4 高斯定理 第四节 高斯定理 单位时间内通过任一面元dS的流体的流量称为通量，用　　表示，则： 一、通量（通量的概念是从流体力学引入的） 通量可推广到任意矢量场A 物理学及电子信息工程系

  49. dS 二、电通量 • 电场强度E通过某一面元的通量叫做电场强度通量-简称电通量。 其中θ为面元 dS 的法线与 E的夹角，则cosdS 即是 dS 在垂直于E方向上的投影面积。 §1.4 高斯定理 物理学及电子信息工程系

  50. 对闭合曲面，规定法线 的方向指向曲面外部，则通过整个闭合曲面 S的电通量 S 对于非闭合任意曲面： 物理学及电子信息工程系 §1.4 高斯定理

More Related