電磁學(xué)靜電的基本現(xiàn)象和規(guī)律.ppt

規(guī)劃今后三年的大學(xué)生活 三方面的儲(chǔ)備 1 知識(shí)的儲(chǔ)備 專業(yè)知識(shí) 基礎(chǔ)知識(shí)和課外知識(shí) 2 能力的儲(chǔ)備 學(xué)習(xí)的能力 思維的能力及與人相處的能力 3 人脈的儲(chǔ)備 青春是寶貴的 努力學(xué)會(huì)生存的本領(lǐng)是最重要的 教材 新概念物理學(xué) 電磁學(xué)趙凱華 陳熙謀 主要參考書 電磁學(xué) 上下冊(cè) 趙凱華陳熙謀 高等教育出版社 1985年6月第二版 電磁學(xué) 第二版賈起民鄭永令陳暨耀編高等教育出版社2001年 電磁學(xué) 梁燦彬秦光戒梁竹健編人民教育出版社1981年 電磁學(xué)及其應(yīng)用 第5版 KrausFleisch清華大學(xué)出版社 2001年 電磁相互作用是物質(zhì)世界中最普遍的相互作用之一 這種相互作用既存在于宏觀物體之間 也存在于分子和原子內(nèi) 由于電磁現(xiàn)象是自然界存在著的一種極為普遍的現(xiàn)象 電磁力又是比萬有引力強(qiáng)1039倍的長程力 所以研究物質(zhì)間電磁相互作用 電磁場產(chǎn)生 變化和運(yùn)動(dòng)的規(guī)律的電磁學(xué)已成為物理學(xué)的一門十分重要的分支學(xué)科 在大學(xué)本科階段電磁學(xué)課程是物理專業(yè)和其它電類專業(yè)的一門十分重要的基礎(chǔ)理論課程 電磁學(xué)的知識(shí)和應(yīng)用范圍非常廣泛 人們對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí) 對(duì)物質(zhì)的彈性 導(dǎo)熱性 導(dǎo)電性 以及摩擦生熱 光的本質(zhì)等等的研究 都是以電磁相互作用為基礎(chǔ) 生產(chǎn) 生活 工程技術(shù)方面 由于電能容易獲得又易于轉(zhuǎn)換和使用 便于傳輸又有極高的效率 因此被廣泛應(yīng)用在動(dòng)力 通訊 測量以及電工學(xué) 電化學(xué) 無線電學(xué) 自動(dòng)控制學(xué) 遙感遙測學(xué) 電視學(xué)等理工科各個(gè)領(lǐng)域 它涉及較多的后續(xù)課程 如電工學(xué) 電動(dòng)力學(xué) 電子技術(shù)和光學(xué)等 認(rèn)真學(xué)好電磁學(xué) 教學(xué)基本要求 每周4學(xué)時(shí) 72學(xué)時(shí)認(rèn)真聽課 完成作業(yè) 出勤 平時(shí)考核 40 期末成績60 電磁學(xué)是普通物理系列中最重要的基礎(chǔ)課之一 是電工學(xué) 電子學(xué) 等離子體物理 磁流體力學(xué) 光的電磁理論等的基礎(chǔ) 是經(jīng)典物理的重要組成部分 也是近代物理和許多技術(shù)學(xué)科不可缺少的基礎(chǔ) 課程介紹 電磁學(xué)課程包括靜電場 恒磁場 電磁感應(yīng) 電磁介質(zhì) 電路 麥克斯韋電磁場理論 電磁波等內(nèi)容 電磁場對(duì)物質(zhì)的各種效應(yīng) 1 電磁學(xué)研究對(duì)象 2 發(fā)展簡史 電磁現(xiàn)象的基本概念和基本規(guī)律 電荷 電流產(chǎn)生電場 磁場的規(guī)律 電場和磁場的相互聯(lián)系 電磁場對(duì)電荷 電流的作用 第一章靜電場 1靜電的基本現(xiàn)象與基本規(guī)律 一 兩種電荷物體有吸引輕小物體的性質(zhì) 就說它帶了電 或有了電荷 帶電的物體叫帶電體 使物體帶電叫起電 用摩擦方法使物體帶電叫做摩擦起電 自然界只存在兩種電荷 正電荷和負(fù)電荷 且同種電荷相排斥異種電荷相吸引 另一種重要的起電方法是靜電感應(yīng) 摩擦起電和靜電感應(yīng)的實(shí)驗(yàn)表明 起電過程是電荷從一個(gè)物體 或物體的一部分 轉(zhuǎn)移到另一物體 或同一物體的另一部分 的過程 總結(jié)出如下定律 電荷既不能被創(chuàng)造 也不能被消滅 它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體 或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 也就是說 在任何物理過程中 電荷的代數(shù)和是守恒的 這個(gè)定律叫電荷守恒定律 電荷既不能被創(chuàng)造 也不能被消滅 它們只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體 或者從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分 也就是說 在任何物理過程中 電荷的代數(shù)和是守恒的 2 適用于所有的慣性系 電荷是一個(gè)相對(duì)論性不變量 即在不同的慣性系由觀察者對(duì)電荷進(jìn)行測量所得到的量值相同 二 電荷守恒定律 Chargeconservation 說明 1 是一切宏觀過程和一切微觀過程都必須遵循的基本規(guī)律 三 導(dǎo)體 絕緣體和半導(dǎo)體 1 導(dǎo)體 電荷能從產(chǎn)生的地方迅速轉(zhuǎn)移或傳導(dǎo)到其它部分的那種物體 金屬 石墨 電解液 酸 堿 鹽類的水溶液 人體 地 電離的氣體等都是導(dǎo)體 2 絕緣體 電荷幾乎只能停留在產(chǎn)生的地方的那種物體 玻璃 橡膠 絲綢 琥珀 松香 硫磺 瓷器 油類 未電離的氣體等都是絕緣體 3 半導(dǎo)體 導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間 且對(duì)溫度 光照 雜質(zhì) 壓力 電磁場等外加條件極為敏感 四 物質(zhì)的電結(jié)構(gòu) 物質(zhì)是由分子 原子組成的 而原子又由帶正電的原子核和帶負(fù)電的電子組成 原子核中有質(zhì)子和中子 中子不帶電 質(zhì)子帶正電 一個(gè)質(zhì)子所帶電荷和一個(gè)電子所帶電量數(shù)值相等 如果用e代表一個(gè)質(zhì)子的電量 則一個(gè)電子的電量就是 e 它的近似值為e 1 602 10 19庫侖 二 庫侖定律 在真空中 兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷q1和q2之間的相互作用力大小和q1與q2的乘積成正比 和它們之間的距離r平方成反比 作用力的方向沿著他們的聯(lián)線 同號(hào)電荷相斥 異號(hào)電荷相吸 如何建立 一 庫侖定律的建立 Franklin 富蘭克林 首先發(fā)現(xiàn)金屬小杯內(nèi)的軟木小球完全不受杯上電荷的影響 在Franklin的建議下 Priestel做了實(shí)驗(yàn) 提出問題 猜測答案 現(xiàn)象與萬有引力有相同規(guī)律由牛頓力學(xué)可知 球殼對(duì)放置在殼外的物體有引力 而放置在球殼內(nèi)任何位置的物體受力為零 類比 電力與距離平方成反比 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 1769年Robison首先用直接測量方法確定電力定律 得到兩個(gè)同號(hào)電荷的斥力 兩個(gè)異號(hào)電荷的引力比平方反比的方次要小些 研究結(jié)果直到1801年發(fā)表才為世人所知 1785年Coulomb測出結(jié)果 精度與十三年前Cavendish的實(shí)驗(yàn)精度相當(dāng)庫侖是扭秤專家 電斥力 扭秤實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)只有幾個(gè) 且不準(zhǔn)確 由于漏電 不是大量精確的實(shí)驗(yàn) 與萬有引力類比得 二 庫侖定律的表述 在真空中 兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷q1和q2之間的相互作用力大小和q1與q2的乘積成正比 和它們之間的距離r平方成反比 作用力的方向沿著他們的聯(lián)線 同號(hào)電荷相斥 異號(hào)電荷相吸 k是引進(jìn)單位制后引入的常數(shù) 討論 天才的類比是否能經(jīng)受得住時(shí)間的考驗(yàn) 上述公式并非都是大量實(shí)驗(yàn)的結(jié)果 是在事實(shí)基礎(chǔ)上理性思維的結(jié)果 如力的方向 分析點(diǎn)電荷受力 只能沿聯(lián)線 否則空間旋轉(zhuǎn)180 就不對(duì)稱了 注意 三 成立條件 適用范圍 精度 條件 靜止真空點(diǎn)電荷 點(diǎn)電荷 靜止 點(diǎn)電荷相對(duì)靜止 且相對(duì)于觀察者也靜止 理想模型 已學(xué)過的 質(zhì)點(diǎn)剛體準(zhǔn)靜態(tài)過程 熱學(xué) 點(diǎn)電荷 忽略了帶電體形狀 大小以及電荷分布情況的電荷 真空條件 作用 為了除去其他電荷的影響 使兩個(gè)點(diǎn)電荷只受對(duì)方作用 如果真空條件破壞會(huì)如何 不僅只有兩個(gè)電荷 總作用力比真空時(shí)復(fù)雜些 但由于力的獨(dú)立作用原理 兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的力仍遵循庫侖定律因此可以推廣到介質(zhì) 導(dǎo)體 適用范圍和精度 原子核尺度 地球物理尺度天體物理 空間物理 精度 Coulomb時(shí)代1971年 3 補(bǔ)充電力疊加原理 利用庫侖定律原則上可解決靜電學(xué)中所有問題 1 庫侖定律只討論兩個(gè)靜止 相對(duì)觀察者和實(shí)驗(yàn)室參考系 的點(diǎn)電荷間的作用力 2 庫侖定律指出 兩靜止電荷間的作用力是有心力 它的大小與兩電荷間的距離服從平方反比律 四 說明 4 理論地位和現(xiàn)代含義 庫侖定律是靜電學(xué)的基礎(chǔ) 說明了帶電體的相互作用問題原子結(jié)構(gòu) 分子結(jié)構(gòu) 固體 液體的結(jié)構(gòu)化學(xué)作用的微觀本質(zhì) 都與電磁力有關(guān) 其中主要部分是庫侖力 5 電量單位 MKSA制 1庫侖 當(dāng)導(dǎo)線中通過1安培穩(wěn)恒電流時(shí) 一秒鐘內(nèi)通過導(dǎo)線某一給定截面的電量為1C 1A s若F 1N q1 q2 1