清华大学物理系普通物理电磁学1

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1、电磁学电磁学的特点电磁学的重要地位四种基本相互作用中和我们关系最密切应用极为广泛，涉及到各种领域理论化精准电子的反常磁矩：1.001159652193(10)关于矢量计算梯度、散度、旋度与算符关于作业认真独立完成先复习后完成作业，中间过程不看书和讲义大约两周交一次，作业成绩占总成绩10%电磁学Electromagnetism一.真空中的静电场二.静电场中的导体和电介质三.静电能四.稳恒电流五.真空中的静磁场六.静磁场中的磁介质七.电磁感应八.磁能九.交流电路十.麦克斯韦电磁理论第一章真空中的静电场Electro

2、staticfield§1库仑定律§2电场电场强度§3高斯定理§4静电场的环路定理电势电荷量子化(chargequantization)1906-1917年，密立根用液滴法首先从实验上证明了，微小粒子带电量的变化不连续。§1库仑定律一.对电荷的基本认识两种电荷守恒定律的表述：在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。电荷守恒定律是物理学中普遍的基本定律电量是相对论不变量电荷守恒定律(lawofconservationofcharge)二.库仑定律(CoulombLa

3、w)1785年，库仑通过扭称实验得到。1.表述在真空中，两个静止点电荷之间的相互作用力大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着它们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。电荷2受电荷1的力从电荷1指向电荷2若表示电荷1受电荷2的力表达式仍为但从电荷2指向电荷12.K的取值一般情况下物理上处理K的方式有两种：1)如果关系式中除K以外，其它物理量的单位已经确定那么只能由实验来确定K值K是具有量纲的量如万有引力定律中的引力常量G就是有量纲的量2)如果关系式中还有别的量尚未确定单位则令

4、K=1(如牛顿第二定律中的K)第二种高斯制中电量的单位尚未确定令K=13.SI中库仑定律的常用形式令库仑定律(两种)第一种国际单位制中真空介电常量真空电容率三.电力叠加原理(独立作用原理)讨论1)基本实验规律宏观微观适用2)点电荷理想模型§2电场电场强度早期：电磁理论是超距作用理论后来:法拉第提出近距作用并提出力线和场的概念一.电场(electricfield)电荷周围存在电场。1.电场的基本性质对放其内的任何电荷都有作用力电场力移动电荷作功2.静电场相对于观察者静止的电荷产生的电场是电磁场的一种特殊形

5、式二.电场强度(electricfieldstrength)空间带电体电量为描述场中各点电场的强弱的物理量是电场强度试验电荷条件电量充分地小线度足够地小试验电荷放到场点P处，试验电荷受力为试验表明：确定场点比值与试验电荷无关电场强度定义讨论矢量场量纲国际单位制单位或点电荷在外场中受的电场力三.电场强度的计算1.点电荷的场强公式根据库仑定律和场强的定义球对称由库仑定律由场强定义讨论从源电荷指向场点场强方向正电荷受力方向由上述两式得2.场强叠加原理任意带电体的场强如果带电体由n个点电荷组成，如图由

6、电力叠加原理由场强定义整理后得或根据电力叠加原理和场强定义若带电体可看作是电荷连续分布的，如图示把带电体看作是由许多个电荷元组成，然后利用场强叠加原理。P电荷密度体电荷密度面电荷密度线电荷密度例1电偶极子的场首先看一对等量异号电荷相距一般方法点电荷场叠加若从电荷连线的中点向场点P画一位矢若>>则这一对等量异号电荷称为电偶极子(electricdipole)电偶极矩(electricmoment)电偶极子的推导从出发由图讨论特殊情况连线上，正电荷右侧一点P的场强垂直连线上的一点电荷线密度为求：如图所

7、示点的电场强度解：在坐标x处取一个电荷元dq该点电荷在p点的场强方向如图所示大小为各电荷元在p点的场强方向一致场强大小直接相加例2长为均匀带电直线例3均匀带电圆环轴线上的场解：在圆环上任取电荷元由对称性分析知垂直x轴的场强为0>>若点电荷已知：求：轴线上的场强解：划分圆环0xxPxPR2xR10例4r均匀带电环面，，R1，R2点电荷电场①量纲正确；②令x>>R2，合理。则：③E的分布：xm=?，自己计算。Exxm0x④R10，R2，此为均匀带电无限大平面：⑤R10，R2=R，此为均匀带电圆盘情

8、形：⑥思考x>>电荷线度处，E有何特点？（b）---（b）xRx轴上E=？（a）x0R（a）挖一圆孔的无限大均匀带电平面已知：求：轴线上的场强解：划分圆环柱例5均匀带电环柱，ρ，L,R1，R2z+PR2zR10LρLz+Pz0Lz+Pz0z+PR2zR10Lρ理想模型点电荷电偶极子无限长带电线无限大带电面小结>>>><<<<叠加原理对称位置§3高斯定理一.电通量(ele