清华大学电磁学(9).ppt

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1、大学物理A(1)电磁学（第三册）12005年春季学期陈信义编第1章静止电荷的电场电磁学（第三册）2【演示实验】点电荷平面电荷电力线、静电跳球摆球滚筒、日光灯的静电启辉§1.1电荷§1.3电场和电场强度§1.5-6电通量高斯定理§1.2库仑定律与叠加原理§1.4静止的点电荷的电场及其叠加§1.7利用高斯定理求静电场的分布补充：高斯定理的微分形式目录31.1电荷密立根（R.A.Millikan）带电油滴实验（19061917,1923年诺贝尔物理奖）2、电荷是量子化(quantization)的基本电荷e=1.

2、60217733(49)10-19C1、电荷只有正、负两种电磁现象归因于电荷及其运动宏观电磁学—电荷值连续夸克（quark）带分数电荷和但实验未发现自由夸克（夸克囚禁）4在不同惯性系中观测，同一带电粒子的电量相同。4、电荷是一个洛仑兹不变量3、电荷守恒：在宏观和微观上,电荷总量守恒。5、有电荷就有质量静质量为零的粒子，例如光子，只能是电中性的。，但是，都精确电中性！不确定关系：例如：H2He质子动量：51/40=8.9880109N·m2/C29109N·m2/C20—真空介电常数(Permit

3、tivityofvacuum)0=8.8510-12C2/N·m21.2库仑定律与叠加原理惯性系，真空中的两静止（或低速）点电荷间的作用力为q2q1一、库仑定律6平方反比规律(与万有引力定律类似)如果指数严格等于2，则光子静质量为零。光子静质量上限为10-48kg.实验结果7【例】比较氢原子中的质子和电子间的库仑力和万有引力。8库仑力>>引力：强力>>电磁力>>弱力>>引力原子核中的核子（质子、中子）靠强力吸引，库仑排斥很弱。宏观物体靠分子、原子间的库仑力维系。9二、电力的叠加原理实验表明：两个点电荷之间

4、的作用力并不因第三个点电荷的存在而改变。在电磁场的量子效应中，经典叠加原理不成立。两个以上的点电荷对一个点电荷的作用力，等于各个点电荷单独存在时对该点电荷作用力的矢量和101.3电场和电场强度检验电荷（静止）q0定义电场强度：即，静止的单位正电荷所受的电力。静止或运动任意电荷分布F测受力惯性系，点p(x,y,z)11场的观点Maxwell电磁理论静止电荷间的作用也可认为是“超距作用”场的观点：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电场。变化的电磁场以光速传播：场具有动量、质量移动带电体，电场

5、力作功：场具有能量电场中的带电体，受电场的作用力。电场物质性的表现真空(vacuum)—什么都没有吗？电磁场的零点振动真空涨落自发辐射12静静动动源电荷qq电荷间的作用力与电场的关系13静电场—在相对场源电荷静止的参考系中观测到的电场。静止点电荷的电场1.4静止点电荷的电场及其叠加电力的叠加原理电场叠加原理：在n个点电荷产生的电场中，某点的电场强度等于每个电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和14连续分布电荷的电场：库仑定律+电场叠加原理完备描述静电场15【例】求电偶极子中垂线远点的场强电偶极子(Elect

6、ricdipole)：靠得很近的等量异号点电荷对-qql电偶极矩（Dipolemoment）：16电偶极子中垂线上远点的场强：Er-3，比点电荷的电场的衰减得快。17【例】电场中的电偶极子在均匀电场中，受合力为零。+-在均匀电场中受的力矩：力矩使p尽量和E方向一致。电场不均匀，合力不为零。在电场中，受力矩作用。18+-计算关于任意一点O的力矩：19解.把q分成无限多dq，dq的场强为对称性所有dE相互抵消【例】求均匀带电细圆环轴线上任一点的场强RdqorxdEIIdEpqdE20当x>>R时，圆环点电

7、荷。RdqorxdEIIdEpqdE21dEpxxRrdrdqs【例】求半径为R,面电荷密度为的带电圆盘在轴线上产生的场强。解.对半径为r，宽度为dr的圆环的电场积分得22(1)当x<>R，圆盘点电荷231.5-6电通量高斯定理通过面元的电通量的符号，与面元矢量方向的定义有关。一、电通量(Flux)1、通过面元S的电通量面元法向单位矢量，则有nESScos定义面元矢量242、通过曲面S的电通量3、通过闭合曲面S的电通量面元可定义两个指向规定的方向指向外

8、为正的正负依赖于面元指向的定义25：电通量向外“流”：电通量向内“流”二、高斯定理其中S为任意闭合曲面—高斯面。在真空中的静电场内，通过任意闭合曲面的电通量，等于该曲面所包围的电量的代数和的1/0倍—电通量与电量的关系26（1）E是曲面上的某点处的场强，是由全部电荷（面S内、外）共同产生的。注意：（2）只有闭合曲面内部的电荷，才对总通量有贡献。27定理的证明：（1）通过包围点电荷q的同心球面的电