大學(xué)物理：電磁學(xué)課件

電磁學(xué)一、電磁學(xué)發(fā)展歷史二、電磁學(xué)的研究對(duì)象、方法、內(nèi)容三、電磁學(xué)于科學(xué)技術(shù)的密切關(guān)系電磁學(xué)一、電磁學(xué)發(fā)展歷史二、電磁學(xué)的研究對(duì)象、方法、內(nèi)容三、1、古代—18世紀(jì)

人們對(duì)電磁現(xiàn)象只是原始認(rèn)識(shí)、零星記載。如摩擦起電、雷電、磁鐵、指南針等。無(wú)實(shí)驗(yàn)，不系統(tǒng)。

公元前6世紀(jì)希臘學(xué)者泰勒斯觀察到：布擦過(guò)的琥珀能吸引輕小物體。（電現(xiàn)象）四個(gè)階段：1、古代—18世紀(jì)；2、18世紀(jì)——18193.1820—19世紀(jì)末；4、20世紀(jì)——一、電磁學(xué)發(fā)展歷史1、古代—18世紀(jì)人們對(duì)電磁現(xiàn)象只是原始認(rèn)識(shí)、零

中國(guó)在公元前4—3世紀(jì)，戰(zhàn)國(guó)《韓非子》中記載：“司南”（天然磁石做成的指向工具）；《呂氏春秋》：“磁石召鐵”。

公元前1世紀(jì)，王充《論衡》中記有：“頓牟綴芥，磁石引針”字句（頓牟即琥珀，綴芥即吸拾輕小物體）。

宋代沈括改進(jìn)指南形制，發(fā)明了指南針，還發(fā)現(xiàn)了地磁偏現(xiàn)象。12世紀(jì)，指南針傳入阿拉伯和歐洲，為世界文明做出了貢獻(xiàn)。（電、磁現(xiàn)象）（磁現(xiàn)象）中國(guó)在公元前4—3世紀(jì)，戰(zhàn)國(guó)《韓非子》中記

16世紀(jì)，英國(guó)的吉爾伯特：制作了第一個(gè)驗(yàn)電器以檢驗(yàn)物體是否帶電；發(fā)現(xiàn)了磁石對(duì)鐵塊吸引力與磁石大小成正比；發(fā)現(xiàn)了多種物質(zhì)具有摩擦起電性質(zhì)；創(chuàng)造Electricity（電）術(shù)語(yǔ)。

美國(guó)偉大的科學(xué)家、政治家和美國(guó)獨(dú)立之父富蘭克林（1706-1790）：發(fā)現(xiàn)了尖端放電；發(fā)明了避雷針；用風(fēng)箏從雷云中收集電荷給萊頓瓶充電而得到電火花，證明了閃電是一種電現(xiàn)象，統(tǒng)一了天電和地電。16世紀(jì)，英國(guó)的吉爾伯特：制作了第一個(gè)驗(yàn)電器

富蘭克林認(rèn)為：摩擦起電是電在物體之間的轉(zhuǎn)移，從而發(fā)現(xiàn)了電荷守恒原理。他第一個(gè)用數(shù)學(xué)上的正負(fù)表示兩種電荷，首創(chuàng)了導(dǎo)體、充電、放電的術(shù)語(yǔ)。

中國(guó)古代對(duì)雷電的成因、摩擦起電、磁現(xiàn)象都有大量的記載和研究。

“電”字最早見(jiàn)于西周時(shí)期的青銅器上的銘文中，實(shí)際上是對(duì)雷電現(xiàn)象的記錄。對(duì)“電”賦予科學(xué)含義則是在近代西學(xué)東漸之后。富蘭克林認(rèn)為：摩擦起電是電在物體之間的轉(zhuǎn)移，從2、18世紀(jì)——1819

18世紀(jì)中葉，牛頓力學(xué)正當(dāng)輝煌。人們對(duì)電力和磁力又有許多猜測(cè)。許多科學(xué)家意識(shí)到“電的吸引遵循與萬(wàn)有引力定律相同的平方反比定律”，但都沒(méi)有嚴(yán)格的科學(xué)論證。

庫(kù)倫定律的發(fā)現(xiàn)才使電磁學(xué)真正進(jìn)入了定量的研究，是電磁學(xué)真正成為一門學(xué)科的開(kāi)始。2、18世紀(jì)——181918世紀(jì)中葉，牛頓力學(xué)

庫(kù)倫設(shè)計(jì)了精密的扭秤實(shí)驗(yàn)和電擺實(shí)驗(yàn)，得到了完整的與萬(wàn)有引力定律驚人地相似的庫(kù)倫定律（電荷相互作用的平方反比定律）

實(shí)際上，蘇格蘭的羅比森和卡文迪許在庫(kù)倫之前十多年就已經(jīng)做過(guò)電力的定量實(shí)驗(yàn)研究，確定了電力平方反比定律，可惜沒(méi)有及時(shí)發(fā)表而未對(duì)科學(xué)發(fā)展起到應(yīng)有的推動(dòng)作用。

庫(kù)倫定律是電磁學(xué)基本定律之一。庫(kù)倫設(shè)計(jì)了精密的扭秤實(shí)驗(yàn)和電擺實(shí)驗(yàn)，得到了完整

在庫(kù)倫以后，通過(guò)泊松、高斯等科學(xué)家的研究，形成了靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)的（超距作用）理論。

伽伐尼于1786年發(fā)現(xiàn)了電流，后經(jīng)伏特、歐姆等人發(fā)現(xiàn)了關(guān)于電流的定律，使電學(xué)從靜電發(fā)展到動(dòng)電領(lǐng)域。

在1820年以前，電和磁是獨(dú)立研究的。此前，庫(kù)倫、安培、托馬斯.楊、畢奧等都堅(jiān)持電和磁的獨(dú)立性，盡管電作用和磁作用有相似性。然而，電和磁的聯(lián)系還是受到了關(guān)注。富蘭克林在1751年發(fā)現(xiàn)萊頓瓶放電可以使鋼針磁化，英國(guó)戴維斯發(fā)現(xiàn)磁鐵能吸引或排斥碳棒電極間的弧光。在庫(kù)倫以后，通過(guò)泊松、高斯等科學(xué)家的研究，電和磁究竟有沒(méi)有聯(lián)系？

奧斯特,丹麥物理學(xué)家

HansChristianOersted深受康德哲學(xué)關(guān)于“自然力”統(tǒng)一觀點(diǎn)的影響，試圖找出電、磁之間的關(guān)系

奧斯特做出了一項(xiàng)劃時(shí)代意義的發(fā)現(xiàn)！3.1820—19世紀(jì)末

奧斯特認(rèn)為自然界各種基本力是可以相互轉(zhuǎn)化的，深信電和磁有某種聯(lián)系。1820年，他做起了電生磁的實(shí)驗(yàn)。電和磁究竟有沒(méi)有聯(lián)系？奧斯特,丹麥物理學(xué)家Ha

開(kāi)始以為電流磁效應(yīng)是縱向的，企圖用通電導(dǎo)線吸引前方的磁針，結(jié)果毫無(wú)動(dòng)靜。后來(lái)在演講時(shí)，把磁針?lè)旁趯?dǎo)線側(cè)面，接通電源時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)磁針向垂直于導(dǎo)線的方向偏轉(zhuǎn)。

經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)沿著圍繞導(dǎo)線的螺旋方向。開(kāi)始以為電流磁效應(yīng)是縱向的，企圖用通電導(dǎo)線吸引

奧斯特的發(fā)現(xiàn)，為物理學(xué)新的大綜合（電和磁）開(kāi)辟了道路。法拉第評(píng)價(jià)說(shuō)：“猛然打開(kāi)了科學(xué)中黑暗領(lǐng)域的大門”。（大量的未知物理現(xiàn)象及規(guī)律?。?/p>

此后，畢奧、薩伐爾、拉普拉斯、安培又對(duì)電流磁效應(yīng)做了進(jìn)一步定量研究，形成了更系統(tǒng)的理論體系。

電流的磁效應(yīng)又引起了逆向思考：磁能否生電？菲涅耳、安培、阿拉果等做了大量實(shí)驗(yàn)。直到十年后，英國(guó)的法拉第和美國(guó)的亨利才發(fā)現(xiàn)磁生電即電磁感應(yīng)現(xiàn)象。奧斯特的發(fā)現(xiàn)，為物理學(xué)新的大綜合（電和磁）開(kāi)辟

亨利比法拉第早一年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，但沒(méi)有發(fā)表。法拉第不但獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，而且其工作深度和廣度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)亨利。因此，人們把發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的功勞歸于法拉第。

法拉第1821年研制出電旋轉(zhuǎn)器（歷史上第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)）。以后年復(fù)一年進(jìn)行一系列磁生電的實(shí)驗(yàn)。直到1831年8月29日，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)。1831年11月24日，他向皇家學(xué)會(huì)系統(tǒng)地報(bào)告了他的發(fā)現(xiàn)：

變化的電流、變化的磁場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)恒電流、運(yùn)動(dòng)的磁鐵、磁極附近的導(dǎo)線都可以感生出電流。亨利比法拉第早一年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，但沒(méi)有發(fā)表。法

法拉第還提出了力線和場(chǎng)的概念，進(jìn)一步揭示了電與磁的聯(lián)系，對(duì)電磁學(xué)乃至整個(gè)物理學(xué)的發(fā)展都有重要影響。

在庫(kù)倫、安培、畢奧、法拉第等研究的基礎(chǔ)上，麥克斯韋集前人之大成，于19世紀(jì)80年代，創(chuàng)造性地提出了感生電場(chǎng)和位移電流的假說(shuō)，以他的數(shù)學(xué)天賦，建立了一套電磁學(xué)方程組（麥克斯韋方程組），形成了完整的電磁學(xué)理論，使人類對(duì)電磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)達(dá)到了一個(gè)前所未有的高度。法拉第還提出了力線和場(chǎng)的概念，進(jìn)一步揭示了電

所有電磁學(xué)問(wèn)題都?xì)w結(jié)于解麥克斯韋方程，其地位相當(dāng)于力學(xué)中的牛頓定律地位。由該方程組還預(yù)言了電磁波的存在，并且得到了電磁波的傳播速度與光速相同，從而把電、磁、光統(tǒng)一于一體。

麥克斯韋電磁理論是自牛頓實(shí)現(xiàn)天上和地上物體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一后的又一次大統(tǒng)一。他的理論成果也是現(xiàn)代無(wú)線電電子技術(shù)和通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)。（麥克斯韋——牛頓、愛(ài)因斯坦以外的第三位為巨人）。所有電磁學(xué)問(wèn)題都?xì)w結(jié)于解麥克斯韋方程，其地位4、20世紀(jì)——20世紀(jì)初，現(xiàn)代物理（相對(duì)論和量子力學(xué)）的誕生，又使電磁學(xué)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

愛(ài)因斯坦的相對(duì)論不但使人們對(duì)牛頓力學(xué)有了更全面的認(rèn)識(shí)，也使人們對(duì)電磁現(xiàn)象和理論有了更深刻的理解。

由相對(duì)論可以證明，電磁規(guī)律遵守洛侖玆變換，從不同的參考系觀測(cè)，同一電磁場(chǎng)可以表現(xiàn)為只有磁場(chǎng)、或只有電場(chǎng)、或電場(chǎng)與磁場(chǎng)并存。說(shuō)明電磁場(chǎng)是一個(gè)高度統(tǒng)一的實(shí)體，電場(chǎng)和磁場(chǎng)不可分割。4、20世紀(jì)——20世紀(jì)初，現(xiàn)代物理（相對(duì)論和

將量子力學(xué)和電磁學(xué)結(jié)合又形成了量子電動(dòng)力學(xué)，可以解決微觀系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，結(jié)合相對(duì)論理論，可以處理微觀高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。將量子力學(xué)和電磁學(xué)結(jié)合又形成了量子電動(dòng)力學(xué)，可

對(duì)象：電磁場(chǎng)規(guī)律及物質(zhì)電磁性質(zhì)

方法：實(shí)驗(yàn)事實(shí)—抽象概念----總結(jié)規(guī)律----邏輯推理-----用于實(shí)例

主要內(nèi)容：（1）靜電場(chǎng)、穩(wěn)恒磁場(chǎng)、變化的電磁場(chǎng)等；（2）電磁場(chǎng)與物質(zhì)的相互作用；（3）電路二、電磁學(xué)的研究對(duì)象、方法、內(nèi)容對(duì)象：電磁場(chǎng)規(guī)律及物質(zhì)電磁性質(zhì)二、電磁學(xué)的研究對(duì)象、方法、

沒(méi)有麥克斯韋，就沒(méi)有現(xiàn)代通訊和電子技術(shù)，許多高新技術(shù)也只是空談。沒(méi)有法拉第，就沒(méi)有電力照明。一句話，沒(méi)有物理學(xué)就不可能有現(xiàn)代社會(huì)文明。社會(huì)進(jìn)步依賴于物理學(xué)的發(fā)展。三、電磁學(xué)于科學(xué)技術(shù)的密切關(guān)系

電磁學(xué)與科學(xué)技術(shù)的關(guān)系主要體現(xiàn)在：1.電能易轉(zhuǎn)化和遠(yuǎn)距離輸送（方便）沒(méi)有麥克斯韋，就沒(méi)有現(xiàn)代通訊和電子技術(shù)，許多2.電磁儀表靈敏度高（便于測(cè)量）3.電磁波傳播迅速（通訊）4.物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（與材料、物質(zhì)科學(xué)密切相關(guān)）量子力學(xué)結(jié)合電磁學(xué)。研究材料性能必然涉及微觀電磁結(jié)構(gòu)。帶電系統(tǒng)2.電磁儀表靈敏度高（便于測(cè)量）3.電磁波傳播迅速（通訊）4大自然的一個(gè)奧妙——平方反比定律萬(wàn)有引力

宇宙中天體的運(yùn)行（地球上物體的重力）受引力平方反比定律支配。是保守力、有心力，機(jī)械能守恒、角動(dòng)量守恒成立。如果不是平方反比，如果是3次方反比呢？宇宙還會(huì)是現(xiàn)在的摸樣嗎？衛(wèi)星、航天器還會(huì)穩(wěn)定地運(yùn)行嗎？想一想！大自然的一個(gè)奧妙——平方反比定律萬(wàn)有引力宇宙奇特的是：電相互作用遵循的庫(kù)侖定律也是平方反比定律：磁相互作用遵循的規(guī)律也是平方反比定律以上是電磁學(xué)中最基本的實(shí)驗(yàn)規(guī)律？

由以上基本的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可以分別得到電的、磁的環(huán)流定理和高斯定理，加上法拉第定律（是磁的環(huán)流定理的一部分）。引進(jìn)電、磁場(chǎng)的概念后，又得到麥克斯韋方程組。奇特的是：磁相互作用遵循的規(guī)律也是平方反比定律以上是電磁學(xué)中

如果不是平方反比？是其他次方反比或別的形式？現(xiàn)在形式的高斯定理和環(huán)流定理就不存在（推導(dǎo)高斯定理時(shí)，正好是平方反比，能約掉一些東西），就沒(méi)有麥克斯韋方程組。

麥克斯韋方程組的意義在于預(yù)言電磁波的存在且電磁波傳播速度是光速。

試問(wèn)：如果沒(méi)有電磁平方反比定律，電磁光能統(tǒng)一嗎？還有現(xiàn)代通信技術(shù)嗎？還有電視臺(tái)、電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)等通信手段嗎？

物理知識(shí)的重要可見(jiàn)一斑！想一想！如果不是平方反比？是其他次方反比或別的形式？現(xiàn)

為什么宇宙中引力、電磁力都一樣遵守平方反比定律呢？它們有內(nèi)在聯(lián)系嗎？能統(tǒng)一嗎？是否在本質(zhì)上屬于一種力呢？宇宙中物質(zhì)相互作用歸納起來(lái)有四種，引力相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用。弱電相互作用已經(jīng)統(tǒng)一。實(shí)際上在宇宙誕生初期，四種相互作用是統(tǒng)一的，宇宙是混沌的。后來(lái)逐漸分化為四種相互作用，以后出現(xiàn)各種基本粒子、原子、分子、組成天體、宇宙演變成現(xiàn)在狀態(tài)，我們生存的地球呈現(xiàn)出千姿百態(tài)的景象。

想一想！為什么宇宙中引力、電磁力都一樣遵守平方反比定律

愛(ài)因斯坦相信四種相互作用能統(tǒng)一——大統(tǒng)一理論。大統(tǒng)一理論是物理學(xué)家追求的一個(gè)目標(biāo)！愛(ài)因斯坦相信四種相互作用能統(tǒng)一——大統(tǒng)一理論

電磁學(xué)理論建立在三大實(shí)驗(yàn)定律基礎(chǔ)之上。三大實(shí)驗(yàn)定律是庫(kù)倫定律、畢奧-薩伐爾定律、法拉第定律。由此得出電場(chǎng)高斯定理、磁場(chǎng)高斯定理。最后是麥克斯韋方程組?！獙W(xué)習(xí)電磁學(xué)的大框架。電磁學(xué)的主線條1.基本電現(xiàn)象、庫(kù)侖定律——電場(chǎng)概念及其描述（電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)及計(jì)算）——電場(chǎng)性質(zhì)（高斯定理、環(huán)流定理及其應(yīng)用）——電場(chǎng)與物質(zhì)相互作用規(guī)律（導(dǎo)體、電介質(zhì)）——電場(chǎng)和非靜電場(chǎng)作用下導(dǎo)體中的電流及其規(guī)律。電磁學(xué)理論建立在三大實(shí)驗(yàn)定律基礎(chǔ)之上。三大實(shí)驗(yàn)2.基本磁現(xiàn)象——磁場(chǎng)概念及描述（磁感應(yīng)強(qiáng)度及計(jì)算、畢奧薩伐爾定律）——磁場(chǎng)性質(zhì)（高斯定理、環(huán)流定理及應(yīng)用）——磁場(chǎng)對(duì)電流、運(yùn)動(dòng)電荷的作用——磁場(chǎng)與物質(zhì)相互作用（磁介質(zhì)）。

3.法拉第定律——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及本質(zhì)、感生電場(chǎng)———靜電場(chǎng)、穩(wěn)恒磁場(chǎng)、變化的電磁場(chǎng)高斯定理和環(huán)流定理——麥克斯韋方程——電磁學(xué)理論體系。2.基本磁現(xiàn)象——磁場(chǎng)概念及描述（磁感應(yīng)強(qiáng)度及

第一章靜電場(chǎng)的基本規(guī)律本章學(xué)習(xí)思路1、什么是電荷、帶電體；電荷有何性質(zhì)；帶電體之間的作用遵守什么規(guī)律（與萬(wàn)有引力作用有何相似之處）；電相互作用通過(guò)什么傳遞；

2、電場(chǎng)有何性質(zhì)，如何描述電場(chǎng)（電場(chǎng)看不見(jiàn)，從什么角度描述）。反映電場(chǎng)性質(zhì)的基本數(shù)學(xué)定理？（兩個(gè)定理）

3、兩個(gè)描述電場(chǎng)的基本物理量——場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)。場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)圖示法場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)的基本計(jì)算方法如何？第一章靜電場(chǎng)的基本規(guī)律本章學(xué)習(xí)思路1-1靜電場(chǎng)基本現(xiàn)象和基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、電荷及基本性質(zhì)

很久以前，人們發(fā)現(xiàn)兩種不同材料摩檫后，可以吸引輕小物體（如紙屑、毛發(fā)等）。物體具有這種吸引輕小物體的性質(zhì)，就說(shuō)它“帶了電”或“有了電荷”，帶電的物體叫帶電體（電荷）使物體帶電叫起電，如摩檫起電、感應(yīng)起電。研究發(fā)現(xiàn)，電荷有如下性質(zhì)：1、電荷兩種，+同斥異吸+++1-1靜電場(chǎng)基本現(xiàn)象和基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、電荷及基本性質(zhì)

歷史上規(guī)定：玻璃棒被絲綢摩擦帶“+”電，被毛皮摩擦帶“”電。帶電多少——電量Q或q單位C2、電荷量子化

實(shí)驗(yàn)證明，宏觀物體帶電本質(zhì)是微觀帶電粒子的轉(zhuǎn)移，帶電種類源于微觀粒子電荷種類。物質(zhì)分子原子

現(xiàn)代物理證明：原子核核外電子質(zhì)子中子

質(zhì)子、電子——電荷攜帶者，自然界還有反質(zhì)子和正電子。如果規(guī)定相反？反物質(zhì)？歷史上規(guī)定：玻璃棒被絲綢摩擦帶“+”電，被毛皮摩擦帶密里根1913年測(cè)出（油滴實(shí)驗(yàn)）：

任何帶電體

電量是最小單元的整數(shù)倍電荷的變化是不連續(xù)的視為連續(xù)理論上預(yù)言存在分?jǐn)?shù)電荷：至今未發(fā)現(xiàn)。正常情況下，物體任何宏觀小部分顯中性巧妙的測(cè)量方法?。ㄎ锢韺?shí)驗(yàn)）密里根1913年測(cè)出（油滴實(shí)驗(yàn)）：任何帶電體電量是最小單3、電荷守恒

實(shí)驗(yàn)證明：在一個(gè)與外界無(wú)電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，正負(fù)電荷代數(shù)和在任何物理過(guò)程中保持不變?！姾墒睾愣?、相對(duì)論不變性

實(shí)驗(yàn)證明：在不同參照系中觀察，同一電荷電量不變。二、庫(kù)侖定律

庫(kù)侖定律是電磁學(xué)的一條基本實(shí)驗(yàn)定律，與畢奧—薩伐爾定律、法拉第電磁感應(yīng)定律一道構(gòu)成了電磁學(xué)理論的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。電磁學(xué)理論體系在此基礎(chǔ)上形成。3、電荷守恒1785年，法國(guó)的庫(kù)侖通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)了兩點(diǎn)電荷之間的作用力公式——庫(kù)侖定律。點(diǎn)電荷——理想模型即電荷集中于一點(diǎn)的帶電體。

當(dāng)一個(gè)帶電體的線度相對(duì)于它到其它帶電體的距離而言，足夠小時(shí)，其形狀大小對(duì)相互作用力的影響可以忽略不計(jì)時(shí)，可以視為點(diǎn)電荷。目的是使問(wèn)題簡(jiǎn)化。類似于質(zhì)點(diǎn)模型。18世紀(jì)中葉以后，人們著手研究電荷之間的相互作用力的定量規(guī)律，最先研究的是靜止電荷之間的作用力。研究靜止電荷之間相互作用的理論叫靜電學(xué)。1785年，法國(guó)的庫(kù)侖通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)了兩點(diǎn)電荷之間庫(kù)侖定律表述：

自由空間中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的作用力（斥力或吸力，稱庫(kù)侖力）與它們的電量成正比，與它們之間的距離成反比，方向沿著它們的連線。庫(kù)侖力大?。悍较颍哼B線，同斥異吸庫(kù)侖定律表述：庫(kù)侖力大?。悍较颍哼B線，同斥異吸方向：連線，同斥異吸矢量公式：方向：連線，同斥異吸矢量公式：三、靜電力疊加原理

庫(kù)侖定律是兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力規(guī)律。當(dāng)空間存在多個(gè)電荷時(shí)，其中兩個(gè)電荷之間的作用力是否會(huì)受另外其它電荷的影響呢？三、靜電力疊加原理庫(kù)侖定律是兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作

實(shí)驗(yàn)表明：兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力將不受第三個(gè)電荷的影響。作用于某點(diǎn)電荷的總靜電力等于其它電荷單獨(dú)存在時(shí)作用于該電荷的矢量和?！o電力疊加原理（獨(dú)立于庫(kù)侖定律之外）推廣：

實(shí)驗(yàn)表明：兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力將不受第三個(gè)

電荷或帶電體之間的相互作用力是如何傳遞的？電荷或帶電體之間的相互作用力是如何傳遞的？1-2靜電場(chǎng)及其描述一、電場(chǎng)的概念

在非接觸的兩電荷間的作用力是如何傳遞的呢？

日常中，手推車、馬拉車、兩物體摩擦都有接觸。宏觀上，彈性力、摩擦力都是接觸力。這種力的作用叫“接觸作用”或“近距作用”

而電磁力、重力不需要接觸能夠發(fā)生。這種宏觀非接觸力如何發(fā)生？歷史上有過(guò)兩種觀點(diǎn)：1-2靜電場(chǎng)及其描述一、電場(chǎng)的概念“超距作用觀”——無(wú)需媒質(zhì)、時(shí)間，直接作用“近距作用觀”——通過(guò)媒質(zhì)“以太”傳遞（以太絕對(duì)靜止，無(wú)處不在）

現(xiàn)代物理證明：上述兩種觀點(diǎn)都錯(cuò)。電磁力傳遞快（以光速傳遞），并非不需要時(shí)間，“以太”也不存在。

電磁力是通過(guò)“場(chǎng)”來(lái)傳遞的（實(shí)際上媒介是光子—電磁場(chǎng)的量子）“超距作用觀”——無(wú)需媒質(zhì)、時(shí)間，直接作用電荷電荷電場(chǎng)

電場(chǎng)是存在于電荷周圍的一種特殊物質(zhì)。對(duì)引入場(chǎng)中的其它電荷以作用。雖與實(shí)物（電子、質(zhì)子、中子構(gòu)成的物質(zhì)）不同，卻是一種物質(zhì)形態(tài)。

物質(zhì)性表現(xiàn)在：（1）具有能量、質(zhì)量、動(dòng)量，且在場(chǎng)中過(guò)程，能量、質(zhì)量、動(dòng)量守恒。（2）與實(shí)物可以轉(zhuǎn)換，如電荷電荷電場(chǎng)電場(chǎng)是存在于電荷周圍的一種特殊物質(zhì)

與實(shí)物有別：實(shí)物具有不可入性場(chǎng)可以疊加，可以同時(shí)占據(jù)同一空間靜電場(chǎng)——相對(duì)于觀察者靜止的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)如何描述電場(chǎng)及其性質(zhì)？電場(chǎng)的主要表現(xiàn)：

（1）對(duì)引入場(chǎng)中的帶電體有作用力（力的性質(zhì)）

（2）對(duì)在場(chǎng)中移動(dòng)的帶電體做功（能量的性質(zhì)）與實(shí)物有別：實(shí)物具有不可入性場(chǎng)可以疊加，可以同時(shí)占據(jù)同一空

本章將從力和能量的角度分別對(duì)靜電場(chǎng)進(jìn)行定量描述與研究，從而引進(jìn)電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)兩個(gè)重要的物理量。二、電場(chǎng)強(qiáng)度（從力的角度描述電場(chǎng)）

現(xiàn)用試探電荷在場(chǎng)中的受力情況研究各點(diǎn)場(chǎng)的性質(zhì)。為保證測(cè)量準(zhǔn)確，須滿足兩個(gè)條件：（1）數(shù)值足夠小，不影響原有電荷分布。（2）線度足夠小，能反映某點(diǎn)的場(chǎng)的性質(zhì)。本章將從力和能量的角度分別對(duì)靜電場(chǎng)進(jìn)行定量描述

試驗(yàn)結(jié)果：（1）某點(diǎn)

（2）不同點(diǎn)不同，（反映了場(chǎng)中各點(diǎn)力的性質(zhì)）定義：

稱為電場(chǎng)強(qiáng)度即單位正電荷所受的電場(chǎng)力（N/C,V/m)試驗(yàn)結(jié)果：（1）某點(diǎn)（2）不同點(diǎn)不同，（反映了場(chǎng)中各點(diǎn)注意：

數(shù)值應(yīng)足夠小，否則例如：帶電金屬球不足夠小注意：數(shù)值應(yīng)足夠小，否則例如：帶電金屬球不足夠小

空間存在多個(gè)帶電體，某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度如何計(jì)算？空間存在多個(gè)帶電體，某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度如何計(jì)算？三、電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理得

n個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于每個(gè)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和。——電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理三、電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理得n個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中某四、電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算基本方法（疊加法）1、點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度由庫(kù)倫定律方向

（基礎(chǔ)）四、電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算基本方法（疊加法）1、點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度由2、點(diǎn)電荷組電場(chǎng)強(qiáng)度

方法一：多邊形法則或多次平行四邊形法則。麻煩！根據(jù)疊加原理：2、點(diǎn)電荷組電場(chǎng)強(qiáng)度方法一：多邊形法則或多次平行四

方法二：正交投影分解合成方法二：正交投影分解合成大學(xué)物理：電磁學(xué)課件3、連續(xù)帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度

視為無(wú)限多點(diǎn)電荷組成。即

“點(diǎn)電荷組”3、連續(xù)帶電體電場(chǎng)強(qiáng)度視為無(wú)限多點(diǎn)電荷組成。對(duì)照點(diǎn)電荷組連續(xù)帶電體對(duì)照點(diǎn)電荷組連續(xù)帶電體大學(xué)物理：電磁學(xué)課件五、由分布求帶電體在電場(chǎng)中的受力點(diǎn)電荷連續(xù)帶電體

五、由分布求帶電體在電場(chǎng)中的受力點(diǎn)電荷連續(xù)帶電六、電場(chǎng)圖示法（形象描述）——電力線由可知空間分布，但不直觀

為了直觀地反映空間各點(diǎn)的大小和方向，引入電力線概念形象地描述分布。電力線繪制規(guī)則：切向//六、電場(chǎng)圖示法（形象描述）——電力線由可知空間分布幾種典型的電力線：正電荷負(fù)電荷等量異號(hào)平行帶電板幾種典型的電力線：正電荷負(fù)電荷等量異號(hào)平行帶電板

帶電直線

電力線實(shí)驗(yàn)顯示等量同號(hào)電荷等量異號(hào)電荷帶電直線電力線實(shí)驗(yàn)顯示等量同號(hào)電荷等量異號(hào)電電力線性質(zhì)：

（1）從正電荷（或無(wú)窮遠(yuǎn)）發(fā)出終止于負(fù)電荷（或伸向無(wú)窮遠(yuǎn)）。

（2）在沒(méi)有電荷存在的地方，任何兩電力線不相交（因?yàn)槿我稽c(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)只有一個(gè)方向）。

（3）電力線不閉合，不會(huì)在沒(méi)有電荷的地方中斷。

思考：電力線是電場(chǎng)強(qiáng)度方向，與電荷受力方向平行。那么，電力線與電荷運(yùn)動(dòng)軌跡相同嗎？電力線性質(zhì)：（1）從正電荷（或無(wú)窮遠(yuǎn)）發(fā)出終止于負(fù)

電力線切向是電場(chǎng)強(qiáng)度方向，在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電荷受力方向沿切向即加速度方向；運(yùn)動(dòng)軌跡的切向是速度方向。七、電偶極子問(wèn)題

電偶極子是一個(gè)特殊的點(diǎn)電荷組，也是一種理想模型1、等量異號(hào)電荷系統(tǒng)的電場(chǎng)電力線切向是電場(chǎng)強(qiáng)度方向，在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的電延線P點(diǎn)中⊥線上Q點(diǎn)：

延線P點(diǎn)中⊥線上Q點(diǎn)：2、電偶極子

令兩相距很近的等量異號(hào)電荷系統(tǒng)叫電偶極矩。叫電偶極子。（理想模型）2、電偶極子令兩相距很近的等量異號(hào)電荷系統(tǒng)叫電偶極矩。叫電大學(xué)物理：電磁學(xué)課件任一點(diǎn)任一點(diǎn)3、偶極子在外電場(chǎng)中的力矩3、偶極子在外電場(chǎng)中的力矩1-3電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)力計(jì)算舉例掌握基本方法！利用點(diǎn)電荷公式疊加（疊加法）1-3電場(chǎng)強(qiáng)度、電場(chǎng)力計(jì)算舉例掌利用點(diǎn)電荷公式疊加利用點(diǎn)電荷公式疊加一、點(diǎn)電荷組例題1：求右圖中垂線上最大場(chǎng)強(qiáng)解：一、點(diǎn)電荷組例題1：求右圖中垂線上最大場(chǎng)強(qiáng)解：例題2：求圖中P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)解：例題2：求圖中P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)解：思考：二、連續(xù)帶電體例題1：右圖，四分之一圓弧帶電，半徑，求圓心處場(chǎng)強(qiáng)。解：思考：二、連續(xù)帶電體例題1：右圖，四分之一圓弧帶電解：解：例題2：求均勻帶電直線（電量）延長(zhǎng)線上的場(chǎng)強(qiáng)解：例題2：求均勻帶電直線（電量）延長(zhǎng)線上的場(chǎng)強(qiáng)解：例題3：右圖

均勻帶電直線（電荷線密度）求任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。解：例題3：右圖均勻帶電直線（電荷線密度）求任一點(diǎn)大學(xué)物理：電磁學(xué)課件大學(xué)物理：電磁學(xué)課件討論：（1）討論：（1）（點(diǎn)電荷）（無(wú)限長(zhǎng)）此時(shí)

（點(diǎn)電荷）（無(wú)限長(zhǎng)）此時(shí)（2）半無(wú)限長(zhǎng)端面上（2）半無(wú)限長(zhǎng)端面上思考：右下圖P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)以上抵消思考：右下圖P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)以上抵消例題4：

（1）求均勻帶電圓環(huán)（半徑，電荷）軸線上的電場(chǎng)。（2）求均勻帶電圓盤(pán)（半徑，電荷面密度）軸線上的電場(chǎng)（1）（2）例題4：（1）求均勻帶電圓環(huán)（半徑，電荷解：（1）由對(duì)稱性，點(diǎn)電荷圓心處E=0（1）解：（1）由對(duì)稱性，點(diǎn)電荷圓心處E=0（1）（2）視為無(wú)限多帶電圓環(huán)構(gòu)成圓環(huán)電量

根據(jù)電量q、半徑R的圓環(huán)軸線上場(chǎng)強(qiáng)表達(dá)式：（2）視為無(wú)限多帶電圓環(huán)構(gòu)成圓環(huán)電量根據(jù)電量q另解：視為點(diǎn)電荷疊加另解：視為點(diǎn)電荷疊加討論：（級(jí)數(shù)展開(kāi)，取前兩項(xiàng)）討論：（級(jí)數(shù)展開(kāi)，取前兩項(xiàng)）思考：例題5：求右圖帶電球面球心處場(chǎng)強(qiáng)。解：圓心處場(chǎng)強(qiáng)？變思考：例題5：求右圖帶電球面球心處場(chǎng)強(qiáng)。解：圓心處場(chǎng)強(qiáng)？變由對(duì)稱性分析E方向向下由對(duì)稱性分析E方向向下練習(xí)：均勻帶電球面球心處的場(chǎng)強(qiáng)？練習(xí)：均勻帶電球面球心處的場(chǎng)強(qiáng)？三、電場(chǎng)力計(jì)算例題1：求證：圖中兩電偶極子間作用力證：由前面的例題已知：電偶極子延長(zhǎng)線上的場(chǎng)強(qiáng)為此處，在處產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)為視為整體；視為兩個(gè)點(diǎn)電荷；三、電場(chǎng)力計(jì)算例題1：求證：圖中兩電偶極子間作用力證：由前面證畢證畢例題2：

求均勻帶電圓環(huán)與其軸線上均勻帶電直線之間的作用力。解：圓環(huán)軸線上場(chǎng)強(qiáng)為例題2：求均勻帶電圓環(huán)與其軸線上均勻帶電直線之間的1-4電通量高斯定理

電荷是激發(fā)電場(chǎng)的源頭。場(chǎng)與源有何關(guān)系？表示某點(diǎn)的場(chǎng)與源（空間電荷）的關(guān)系。那么，就總體而言，整個(gè)空間的場(chǎng)源關(guān)系如何？這是高斯定理表述的內(nèi)容。

高斯定理在理論上和實(shí)際應(yīng)用上都很重要，而且是麥克斯韋方程組的組成部分。為闡述高斯定理，先引入電通量概念。1-4電通量高斯定理電荷是激一、電通量定義：通過(guò)某面積的電力線數(shù)目稱為該面積的電通量。1、均勻場(chǎng)中的平面積根據(jù)前面畫(huà)電力線的規(guī)定：一、電通量定義：通過(guò)某面積的電力線數(shù)目稱為該面積的電通量。1大學(xué)物理：電磁學(xué)課件2、任意場(chǎng)中的曲面積（小，均勻）2、任意場(chǎng)中的曲面積（小，均勻）3、閉合曲面

以曲面外法線為正，則電力線穿出為正。注意：是標(biāo)量，非點(diǎn)函數(shù)（與面積對(duì)應(yīng)）矢量場(chǎng)通量如3、閉合曲面以曲面外法線為正，則電力線穿出為正能流電流電位移通量磁通量流體流量二、高斯定理閉合曲面電通量與空間電荷的關(guān)系即場(chǎng)源關(guān)系表述：電場(chǎng)中任一閉合曲面的電通量等于該閉合曲面內(nèi)電荷的代數(shù)和除以，與閉合曲面外電荷無(wú)關(guān)。能流電流電位移通量磁通量流體流量二、高斯定理閉合曲面電通量與推導(dǎo)（不嚴(yán)格）：從特例出發(fā)，

庫(kù)侖定律+疊加原理第一步：q于球面中心，成立成立推導(dǎo)（不嚴(yán)格）：從特例出發(fā)，庫(kù)侖定律+疊加第二步：q被任意曲面包圍，成立

通過(guò)任意曲面S的電通量（電力線數(shù)目）與球面的相同。成立第三步：q在任意曲面S外，成立

進(jìn)出電力線數(shù)目相等，代數(shù)和為0.成立第二步：q被任意曲面包圍，成立通過(guò)任意曲面S第四步：n個(gè)電荷在任意曲面S內(nèi)，k-n個(gè)電荷在S外。S上某點(diǎn)：成立=0S上某點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)是內(nèi)外電荷的電場(chǎng)疊加第四步：n個(gè)電荷在任意曲面S內(nèi)，k-n個(gè)電荷在S外。S上某點(diǎn)強(qiáng)調(diào)：（1）庫(kù)侖定律（平方反比）+疊加原理高斯定理（2）只與S內(nèi)電荷有關(guān)，但是S內(nèi)外電荷共同產(chǎn)生的。（區(qū)別與的積分）強(qiáng)調(diào)：（1）庫(kù)侖定律（平方反比）+疊加原理高斯（3）靜電場(chǎng)是有源場(chǎng)，q是發(fā)出（匯聚）電通量之源。定理的核心思想。靜電場(chǎng)的根本性質(zhì)之一麥克斯韋方程組的組成部分?。?）（3）靜電場(chǎng)是有源場(chǎng)，q是發(fā)出（匯聚）電通量之源。定理的核心1-5電通量計(jì)算與高斯定理應(yīng)用舉例一、電通量計(jì)算方法：（1）（均勻場(chǎng)，平面積）（2）利用

例題1：求（1）S的電通量；（2）的電通量。（1）（2）1-5電通量計(jì)算與高斯定理應(yīng)用舉例一、電通（1）（2）解：（1）（2）（1）（2）解：（1）（2）例題2：（1）q于立方體中心，求每個(gè)面電通量。（2）q于立方體頂角，求每個(gè)面電通量。（3）求圓面的電通量（1）（2）（3）例題2：（1）q于立方體中心，求每個(gè)面電通量。（2）q于立方解：（1）（2）與鄰面，（1）（2）解：（1）（2）與鄰面，（1）（2）（3）練習(xí)：求側(cè)面電通量球冠面積（3）練習(xí)：求側(cè)面電通量球冠面積例題3：已知求立方體中電量。解：有五個(gè)面電通量為0二、高斯定理用于求解特殊對(duì)稱性問(wèn)題的場(chǎng)強(qiáng)

高斯定理在理論上有重要意義。有時(shí)用于求解場(chǎng)強(qiáng)（特殊對(duì)稱）也十分方便。例題3：已知求立方體中電量。解：有五個(gè)面電通量為0二、高斯定合適SE在S上等值且S三類對(duì)稱性問(wèn)題：掌握基本方法！S球?qū)ΨQ問(wèn)題：電荷分布、電場(chǎng)分布球?qū)ΨQ合適SE在S上等值且S三類對(duì)稱性問(wèn)題：掌握基本方法！SS軸對(duì)稱問(wèn)題：電荷、電場(chǎng)分布關(guān)于軸對(duì)稱平面對(duì)稱問(wèn)題：電場(chǎng)分布關(guān)于平面對(duì)稱SS軸對(duì)稱問(wèn)題：電荷、電場(chǎng)分布關(guān)于軸對(duì)稱平面對(duì)稱問(wèn)題：電場(chǎng)分（一）球?qū)ΨQ問(wèn)題例題1：求下述問(wèn)題的場(chǎng)強(qiáng)（1）點(diǎn)電荷；（2）電荷、半徑的均勻帶電球面；（3）電荷、半徑的均勻帶電球體。（一）球?qū)ΨQ問(wèn)題例題1：求下述問(wèn)題的場(chǎng)強(qiáng)（1）點(diǎn)電荷解（1）設(shè)高斯球面S，S上E等值解（1）設(shè)高斯球面S，S上E等值（2）

視為無(wú)限多點(diǎn)電荷構(gòu)成由對(duì)稱性分析，場(chǎng)強(qiáng)沿半徑方向，且垂直于高斯面。帶電球面外，相當(dāng)于點(diǎn)電荷。均勻帶電球面（2）視為無(wú)限多點(diǎn)電荷構(gòu)成由對(duì)稱性分析，場(chǎng)強(qiáng)沿半徑方向，（3）

均勻帶電球體（3）均勻帶電球體大學(xué)物理：電磁學(xué)課件練習(xí)：與上例同，只是分區(qū)計(jì)算電荷。有厚度帶電球殼練習(xí)：與上例同，只是分區(qū)計(jì)算電荷。有厚度帶電球殼同心帶電球面同心帶電球面電荷密度沿半徑方向變化如作業(yè)題電荷密度沿半徑方向變化如作業(yè)題大學(xué)物理：電磁學(xué)課件成立電荷和場(chǎng)強(qiáng)分布均無(wú)球?qū)ΨQ性思考：高斯定理是否成立？能否用高斯定理求解場(chǎng)強(qiáng)？成立電荷和場(chǎng)強(qiáng)分布均無(wú)球?qū)ΨQ性思考：高斯定理是否成立？（二）、軸對(duì)稱問(wèn)題（場(chǎng)強(qiáng)關(guān)于軸是對(duì)稱的）例題2：求下列帶電體場(chǎng)強(qiáng)分布（1）無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電直線（電荷線密度）（2）無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電圓柱面（電荷面密度、半徑）（3）無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電圓柱體（電荷體密度、半徑）（1）（2）（3）（二）、軸對(duì)稱問(wèn)題（場(chǎng)強(qiáng)關(guān)于軸是對(duì)稱的）例題2：求下列帶電體解（1）：

視為無(wú)限多點(diǎn)電荷組成。根據(jù)對(duì)稱性分析，場(chǎng)強(qiáng)方向垂直于直線，關(guān)于直線對(duì)稱，取圓柱高斯面。場(chǎng)強(qiáng)垂直于圓柱側(cè)面且等值。解（1）：視為無(wú)限多點(diǎn)電荷組成。根據(jù)對(duì)稱性分析，場(chǎng)強(qiáng)（2）

（2）（3）

視為無(wú)限多圓柱面構(gòu)成，場(chǎng)強(qiáng)關(guān)于軸線對(duì)稱，沿半徑向外。與均勻帶電球比較（3）視為無(wú)限多圓柱面構(gòu)成，場(chǎng)強(qiáng)關(guān)于軸線對(duì)稱思考：分區(qū)計(jì)算電荷無(wú)限長(zhǎng)思考：分區(qū)計(jì)算電荷無(wú)限長(zhǎng)無(wú)限長(zhǎng)無(wú)限長(zhǎng)無(wú)限長(zhǎng)圓柱體內(nèi)電荷密度沿半徑方向變化想一想？無(wú)限長(zhǎng)圓柱體內(nèi)電荷密度沿半徑方向變化想一想？（近處）有限長(zhǎng)帶電直線能用高斯定理求場(chǎng)強(qiáng)嗎？思考：有限長(zhǎng)帶電圓柱面、圓柱體？想一想？成立沒(méi)有軸對(duì)稱性場(chǎng)強(qiáng)（近處）有限長(zhǎng)帶電直線能用高斯定理求場(chǎng)強(qiáng)嗎？思考：有限長(zhǎng)帶電三、平面對(duì)稱性例題3：（1）無(wú)限大均勻帶電平面（電荷面密度）；（2）無(wú)限大均勻帶電平板（電荷體密度，厚度）解（1）：

視無(wú)限多點(diǎn)電荷構(gòu)成。由對(duì)稱性，電場(chǎng)垂直平面向外。取柱形高斯面。S三、平面對(duì)稱性例題3：（1）無(wú)限大均勻帶電平面（電荷面密度

平面兩側(cè)為均勻電場(chǎng)。電力線垂直圓柱高斯面底面，側(cè)面電通量為0.問(wèn)：有限大帶電平面能用高斯定理求場(chǎng)強(qiáng)嗎？成立平面兩側(cè)為均勻電場(chǎng)。電力線垂直圓柱高斯面底面，側(cè)面（2）

視為無(wú)限多帶電平面構(gòu)成。由對(duì)稱性分析，場(chǎng)強(qiáng)垂直平面向外，兩側(cè)對(duì)稱分布。無(wú)限大均勻帶電平板（2）視為無(wú)限多帶電平面構(gòu)成。由對(duì)稱性分析，場(chǎng)強(qiáng)垂對(duì)稱面對(duì)稱面（四）高斯定理+電場(chǎng)疊加原理求場(chǎng)強(qiáng)

有時(shí)不能直接用高斯定理求場(chǎng)強(qiáng)。但可以分別用高斯定理求各帶電體場(chǎng)強(qiáng)，再疊加求復(fù)雜帶電體場(chǎng)強(qiáng)。例題4：ⅠⅡⅢⅠⅡⅢ解：求兩平行均勻帶電平面的場(chǎng)強(qiáng)0

AB總（四）高斯定理+電場(chǎng)疊加原理求場(chǎng)強(qiáng)有時(shí)不能直接用高思考：疊加原理思考：疊加原理大學(xué)物理：電磁學(xué)課件d相互作用力？不能重復(fù)算電場(chǎng)！疊加？思考：d相互作用力？不能重復(fù)算電場(chǎng)！疊加？思考：例題5：在均勻帶電球體內(nèi)挖一球形空腔，求腔內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)解：能直接用定理求解嗎？（S上場(chǎng)強(qiáng)沒(méi)有對(duì)稱性）應(yīng)該如何求解？？想一想否！例題5：在均勻帶電球體內(nèi)挖一球形空腔，求腔內(nèi)場(chǎng)強(qiáng)解：能直接用方法：視為兩個(gè)帶相反電荷的球體疊加（補(bǔ)償法）。兩個(gè)均勻帶電球體電場(chǎng)均由高斯定理求出場(chǎng)強(qiáng)，再疊加。球內(nèi)空腔內(nèi)P點(diǎn)在兩個(gè)球內(nèi)！均勻帶電球體的場(chǎng)強(qiáng)分布方法：視為兩個(gè)帶相反電荷的球體疊加（補(bǔ)償法）。球內(nèi)空腔內(nèi)P點(diǎn)

可以視為兩個(gè)帶電球體（電荷密度相同、帶相反電荷）產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)疊加。腔內(nèi)任一點(diǎn)P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)為：可以視為兩個(gè)帶電球體（電荷密度相同、帶相反電荷）產(chǎn)練習(xí)：

能直接用定理求解嗎？否！練習(xí)：能直接用定理求解嗎？否！例題6：求均勻無(wú)限長(zhǎng)帶電平板中垂面上場(chǎng)強(qiáng)。無(wú)限長(zhǎng)？想一想能否用高斯定理直接求解？無(wú)特殊對(duì)稱性！例題6：求均勻無(wú)限長(zhǎng)帶電平板中垂面上場(chǎng)強(qiáng)。無(wú)限長(zhǎng)？想一想能否無(wú)限長(zhǎng)解：視為無(wú)限多帶電直線疊加掌握基本方法！

高斯定理求帶電直線場(chǎng)強(qiáng)結(jié)果：無(wú)限長(zhǎng)解：視為無(wú)限多帶電直線疊加掌握基本方法！高斯定無(wú)限長(zhǎng)無(wú)限大帶電平面無(wú)限長(zhǎng)無(wú)限大帶電平面練習(xí)：無(wú)限長(zhǎng)帶電直線疊加無(wú)限長(zhǎng)帶電平板練習(xí)：無(wú)限長(zhǎng)帶電直線疊加無(wú)限長(zhǎng)帶電平板（對(duì)稱性）無(wú)限長(zhǎng)半圓柱面軸線上場(chǎng)強(qiáng)？帶電直線疊加練習(xí)：（對(duì)稱性）無(wú)限長(zhǎng)半圓柱面軸線上場(chǎng)強(qiáng)？帶電直線疊加練習(xí)：例題7：

如圖，無(wú)限長(zhǎng)帶電圓柱面，電荷面密度求軸線上場(chǎng)強(qiáng)。解：視無(wú)限多帶電直線場(chǎng)強(qiáng)疊加例題7：如圖，無(wú)限長(zhǎng)帶電圓柱面，電荷面密度求軸線上場(chǎng)大學(xué)物理：電磁學(xué)課件例題8：

一帶電平板，如圖，電荷體密度為求板外場(chǎng)強(qiáng)。解：

視為無(wú)限多帶電平面產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)的疊加。例題8：一帶電平板，如圖，電荷體密度為注意：在求解電場(chǎng)強(qiáng)度時(shí)，一定要分析用什么方法。是點(diǎn)電荷疊加法、還是高斯定理法？高斯定理只能用于求三種對(duì)稱性問(wèn)題的場(chǎng)強(qiáng)。認(rèn)真學(xué)習(xí)例題。

高斯定理求三種對(duì)稱性問(wèn)題的場(chǎng)強(qiáng)：注意：高斯定理求三種對(duì)稱性問(wèn)題的場(chǎng)強(qiáng)：疊加法：疊加法：1-6電勢(shì)

從能量角度描述電場(chǎng)，則引入電勢(shì)一、靜電力做功特征與保守性

現(xiàn)將試驗(yàn)電荷在電荷的電場(chǎng)中從移到。所以，靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)1-6電勢(shì)

如果在任意帶電體系（視為n個(gè)點(diǎn)電荷構(gòu)成）的場(chǎng)中，移動(dòng)

所以，做功仍然與路徑無(wú)關(guān)（保守力）如果在任意帶電體系（視為n個(gè)點(diǎn)電荷構(gòu)成）的場(chǎng)中——靜電場(chǎng)環(huán)流定理保守力——靜電場(chǎng)環(huán)流定理保守力

表述：在靜電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度沿閉合路徑一周的線積分等于0.表述：在靜電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度沿閉合路徑一周的線積分注：

（1）靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)（靜電力是保守力）?？梢砸雱?shì)能。

（2）庫(kù)侖定理+疊加原理結(jié)果。（3）與靜電力線不閉合性質(zhì)等價(jià)。如果閉合（矛盾）取電力線為閉合積分路徑麥克斯韋方程組的組成部分！定理的核心思想；靜電場(chǎng)的根本性質(zhì)之一注：（1）靜電場(chǎng)是保守場(chǎng)（靜電力是保守力）?？梢砸雱?shì)二、點(diǎn)電荷在靜電場(chǎng)中的電勢(shì)能力學(xué)：重力、引力、彈簧力是保守力，可引進(jìn)勢(shì)能。靜電場(chǎng)：（與激發(fā)電場(chǎng)的電荷系統(tǒng)的相互作用能）二、點(diǎn)電荷在靜電場(chǎng)中的電勢(shì)能力學(xué)：重力、引力、彈簧力是保守力

上式只給出勢(shì)能之差。要給出各點(diǎn)的勢(shì)能，必須選擇參考點(diǎn)C（規(guī)定)P點(diǎn)電勢(shì)能即把從P移到C，電場(chǎng)力做的功。上式只給出勢(shì)能之差。要給出各點(diǎn)的勢(shì)能，必須選擇參考點(diǎn)注：

點(diǎn)電荷在某點(diǎn)電勢(shì)能WP屬于該點(diǎn)電荷與電場(chǎng)（或激發(fā)該電場(chǎng)的電荷）構(gòu)成的系統(tǒng)WP是相對(duì)的，與參考點(diǎn)C的選擇有關(guān)系統(tǒng)注：點(diǎn)電荷在某點(diǎn)電勢(shì)能WP屬于該點(diǎn)電荷與電場(chǎng)（或三、電勢(shì)電勢(shì)差在特定的場(chǎng)中，某點(diǎn)但不變，

是位置的標(biāo)量函數(shù)，反映電場(chǎng)性質(zhì)（從能量角度）定義：電勢(shì)

（伏）

意義：?jiǎn)挝徽姾傻碾妱?shì)能單位正電荷從P到C，電場(chǎng)力做的功從P到C，場(chǎng)強(qiáng)的線積分C——參考點(diǎn)三、電勢(shì)電勢(shì)差在特定的場(chǎng)中，某點(diǎn)但不變，是位置的標(biāo)電勢(shì)差：

意義：?jiǎn)挝徽姾蓮腶到b，電場(chǎng)力做的功從a到b，場(chǎng)強(qiáng)的線積分已知電勢(shì)分布，可求：前面有電勢(shì)差：意義：?jiǎn)挝徽姾蓮腶到b強(qiáng)調(diào)：（1）U相對(duì)的，與C有關(guān)，與C無(wú)關(guān)。無(wú)特殊聲明，C取無(wú)窮遠(yuǎn)。實(shí)際應(yīng)用中，取地、機(jī)殼為參考點(diǎn)C。但無(wú)限大帶電平面等，C不能取無(wú)窮遠(yuǎn)。強(qiáng)調(diào)：（1）U相對(duì)的，與C有關(guān)，與C無(wú)關(guān)。無(wú)特殊聲明，C?。?）U—標(biāo)量位置點(diǎn)函數(shù)（區(qū)別場(chǎng)強(qiáng)）（3）

當(dāng)

（4）沿力線U↓

（5）U引入是必然結(jié)果（2）U—標(biāo)量位置點(diǎn)函數(shù)（區(qū)別場(chǎng)強(qiáng)）（3）當(dāng)（4）沿力線四、電勢(shì)計(jì)算基本方法（一）疊加法1、點(diǎn)電荷不能認(rèn)為正電荷在空間各點(diǎn)產(chǎn)生的電勢(shì)一定是正的，不但與電荷正負(fù)有關(guān)，還與參考點(diǎn)位置有關(guān)四、電勢(shì)計(jì)算基本方法（一）疊加法1、點(diǎn)電荷不能認(rèn)為正電荷在空注：是q0與q相互作用能例如

參考點(diǎn)在無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，正電荷電勢(shì)為正，負(fù)電荷電勢(shì)為負(fù)注：是q0與q相互作用能例如參考點(diǎn)在無(wú)窮遠(yuǎn)時(shí)，正2、點(diǎn)電荷組電勢(shì)疊加原理——電勢(shì)疊加原理

即多個(gè)點(diǎn)電荷（或多個(gè)帶電體）產(chǎn)生的電勢(shì)等于各點(diǎn)電荷（或帶電體）單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)電勢(shì)代數(shù)和。區(qū)別！2、點(diǎn)電荷組電勢(shì)疊加原理——電勢(shì)疊加原理3、連續(xù)電荷（二）已知E分布積分求U

當(dāng)E沿路徑分布已知，或可求出E的分布時(shí)，先求E再求U。1-7電勢(shì)計(jì)算舉例一、疊加法求電勢(shì)區(qū)別！3、連續(xù)電荷（二）已知E分布積分求U當(dāng)E沿路徑分由點(diǎn)電荷電勢(shì)疊加求復(fù)雜帶電體系的電勢(shì)例題1：求電偶極子電場(chǎng)中任一點(diǎn)P的電勢(shì)解：由點(diǎn)電荷電勢(shì)疊加求復(fù)雜帶電體系的電勢(shì)例題1：求電偶極子電場(chǎng)中例題2：如圖（2）U=0位置（電荷連線方向上）；（3）

解：（1）

(2)分析：U=0的位置可以在兩電荷連線之間，或連線外。例題2：如圖（2）U=0位置（電荷連線方向上）；（3）解：

（3）

（3）練習(xí)：比較與

練習(xí)：比較與（1）（2）（3）例題3：求（1）均勻帶電圓環(huán)軸線上電勢(shì)分布。（2）帶電圓弧圓心處電勢(shì)（3）均勻帶電直線延長(zhǎng)線上電勢(shì)分布解：（1）回顧電場(chǎng)強(qiáng)度求法有何區(qū)別（1）（2）（3）例題3：求（1）均勻帶電圓環(huán)軸線上電勢(shì)分布（2）（3）（2）（3）（2）（3）（2）（3）練習(xí)：（兩段迭加）

練習(xí)：（兩段迭加）大學(xué)物理：電磁學(xué)課件二、由E積分求U已知E沿積分路徑的分布，或用高斯定理能求出E沿積分路徑的分布例題4：求（1）均勻帶電球面的電勢(shì)分布；（2）均勻帶電球體的電勢(shì)分布。（1）（2）二、由E積分求U已知E沿積分路徑的分布，或用高斯定理能求出E解：（1）均勻帶電球面場(chǎng)強(qiáng)分布：（1）（高斯定理結(jié)果）相當(dāng)于點(diǎn)電荷解：（1）均勻帶電球面場(chǎng)強(qiáng)分布：（1）（高斯定理結(jié)果）相當(dāng)于（2）（高斯定理結(jié)果）（2）（高斯定理結(jié)果）相當(dāng)于點(diǎn)電荷思考：U分布？方法一電勢(shì)疊加相當(dāng)于點(diǎn)電荷思考：U分布？方法一電勢(shì)疊加方法二三段積分兩段積分一段積分方法二三段積分兩段積分一段積分例題5：

右圖為兩平行的無(wú)限大帶電平面，求電勢(shì)分布。（1）以為參考點(diǎn)；（2）以為參考點(diǎn)。解：分析：以為參考點(diǎn)（兩平面間）（兩平面外）以為參考點(diǎn)電場(chǎng)已知例題5：右圖為兩平行的無(wú)限大帶電平面，求電勢(shì)分布。（以為參考點(diǎn)（1）以為參考點(diǎn)（1）（2）以為參考點(diǎn)4-20（2）以為參考點(diǎn)4-20已知E沿積分路徑的分布，或用高斯定理能求出E沿積分路徑的分布已知E沿積分路徑的分布，或用高斯定理能求出E沿積分路徑的分布例題6：如圖（1）無(wú)限長(zhǎng)帶電直線的電勢(shì)分布（參考點(diǎn)）（電荷線密度）（2）同軸無(wú)限長(zhǎng)帶電圓筒的電勢(shì)分布（參考點(diǎn)：外筒）（電荷線密度分別為，半徑分別為）ⅠⅡⅢ（2）（1）例題6：如圖（1）無(wú)限長(zhǎng)帶電直線的電勢(shì)分布（參考點(diǎn)（1）解：（1）（1）解：（1）（2）ⅠⅡⅢ（2）（兩筒電勢(shì)差）（2）ⅠⅡⅢ（2）（兩筒電勢(shì)差）例題7：已知解：實(shí)際上是均勻帶電圓環(huán)軸線上電勢(shì)例題7：已知解：實(shí)際上是均勻帶電圓環(huán)軸線上電勢(shì)例題8：如圖（1）、哪點(diǎn)電勢(shì)高？（2）負(fù)電荷從移到，電場(chǎng)做正功還是負(fù)功？解：（1）（2）例題8：如圖（1）、哪點(diǎn)電勢(shì)高？（2）負(fù)電荷從三、由已知U結(jié)果再疊加求復(fù)雜帶電體的U例題9：如圖，求：（1）兩同心帶電球面的電勢(shì)分布。（2）均勻帶電球面的球心處有點(diǎn)電荷，球內(nèi)任一點(diǎn)的電勢(shì)（1）（2）三、由已知U結(jié)果再疊加求復(fù)雜帶電體的U例題9：如圖，求：（1解：（1）（1）疊加原理解：（1）（1）疊加原理（2）（2）思考：兩球體電勢(shì)疊加利用均勻帶電球體電勢(shì)公式（2）（2）思考：兩球體電勢(shì)疊加利用均勻帶電球體電勢(shì)公式例題10：求均勻帶電圓盤(pán)軸線上的電勢(shì)分布。解：或

（無(wú)限多圓環(huán)疊加）（無(wú)限多點(diǎn)電荷疊加）思考：例題10：求均勻帶電圓盤(pán)軸線上解：或（無(wú)限多圓環(huán)疊加）（無(wú)例題11：

如圖，均勻帶電圓錐面。求尖錐處電勢(shì)。解：視無(wú)限多圓環(huán)構(gòu)成例題11：如圖，均勻帶電圓錐面。求尖錐處電勢(shì)。解：視1-8等勢(shì)面場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的關(guān)系一、等勢(shì)面

用電力線可以形象地描述場(chǎng)強(qiáng)分布，同樣可以用一組圖形或幾何方法描述電勢(shì)分布，且電力線與等勢(shì)面有關(guān)系等勢(shì)面——電場(chǎng)中電勢(shì)相同的點(diǎn)構(gòu)成的曲面+1-8等勢(shì)面場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的關(guān)系一、等勢(shì)作心電圖時(shí)人體的等勢(shì)面分布電偶極子的電場(chǎng)線和等勢(shì)面等勢(shì)面性質(zhì)：（1）與電力線處處垂直作心電圖時(shí)人體的等勢(shì)面分布電偶極子的電場(chǎng)線和等勢(shì)面等勢(shì)面性質(zhì)等勢(shì)面證：(2)電力線由高等勢(shì)面指向低等勢(shì)面（指向電勢(shì)降低的方向）12證：沿電力線（沿力線U↓）等勢(shì)面證：(2)電力線由高等勢(shì)面指向低等勢(shì)面（指（3）等勢(shì)面密處場(chǎng)強(qiáng)大（電力線也密），稀處場(chǎng)強(qiáng)小。證：+（3）等勢(shì)面密處場(chǎng)強(qiáng)大（電力線也密），稀處場(chǎng)強(qiáng)小。證：+二、場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的微分關(guān)系積分關(guān)系

U是的積分，應(yīng)是U的微分？U是標(biāo)量點(diǎn)函數(shù)，沿各個(gè)方向是變化的，不同的方向，變化率不同。現(xiàn)引入方向?qū)?shù)表示函數(shù)沿某方向的變化情況。不同方向，同樣距離，函數(shù)增量不同。二、場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的微分關(guān)系積分關(guān)系U是的積分，應(yīng)是U的微分？

方向電勢(shì)的方向?qū)?shù)：

方向（垂直等勢(shì)面）電勢(shì)的方向?qū)?shù)：可見(jiàn)，場(chǎng)中某點(diǎn)存在一最大的方向?qū)?shù)（垂直于等勢(shì)面的方向），其它方向的方向?qū)?shù)是其投影。方向電勢(shì)的方向?qū)?shù)：方向（垂直等勢(shì)面由此，引入一矢量，稱為電勢(shì)梯度：（電勢(shì)增加最快的方向）由此，引入一矢量，稱為電勢(shì)梯度：（電勢(shì)增加最快的方向）與關(guān)系如何？而等勢(shì)面指向的方向即顯然：

與關(guān)系如何？而等勢(shì)面指向的方直角坐標(biāo)系中例如：點(diǎn)電荷

直角坐標(biāo)系中例如：點(diǎn)電荷令——梯度算符∴已知，可求求解電場(chǎng)強(qiáng)度的又一方法令——梯度算符∴已知大學(xué)物理：電磁學(xué)課件大學(xué)物理：電磁學(xué)課件注意變量：-

例題1：計(jì)算電偶極子電場(chǎng)中任一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)-解：（前面例題）注意變量：-例題1：計(jì)算電偶極子電場(chǎng)中任一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)--（前面例題）（前面例題）極坐標(biāo)表示-（前面例題）（前面例題）極坐標(biāo)表示-或

直角坐標(biāo)表示-或直角坐標(biāo)表示例2：負(fù)斜率例2：負(fù)斜率

小結(jié)一、基本內(nèi)容基本概念與物理量

電荷基本性質(zhì)；場(chǎng)強(qiáng)與電勢(shì)的定義及理解；電通量；電力線與等勢(shì)面?；径呻姾墒睾?；庫(kù)侖定律；疊加原理基本定理有源場(chǎng)無(wú)保旋守場(chǎng)場(chǎng)小結(jié)一、基本內(nèi)二、基本計(jì)算（一）場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算1、高斯定理求三種對(duì)稱性問(wèn)題的場(chǎng)強(qiáng)2、疊加法求場(chǎng)強(qiáng)點(diǎn)電荷組二、基本計(jì)算（一）場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算1、高斯定理求三種對(duì)稱性問(wèn)題的場(chǎng)強(qiáng)連續(xù)電荷注意對(duì)稱性分析，可能組合帶電體連續(xù)電荷注意對(duì)稱性分析，可能組合帶電體（三）、由電勢(shì)求場(chǎng)強(qiáng)二、電勢(shì)的計(jì)算（一）高斯定理可以求場(chǎng)強(qiáng)或電場(chǎng)分布已知三種對(duì)稱性問(wèn)題（三）、由電勢(shì)求場(chǎng)強(qiáng)二、電勢(shì)的計(jì)算（一）高斯定理可以求場(chǎng)強(qiáng)或1、點(diǎn)電荷組（二）疊加法求電勢(shì)（代數(shù)和）2、連續(xù)電荷3、組合帶電體

1、點(diǎn)電荷組（二）疊加法求電勢(shì)（代數(shù)和）2、連續(xù)電荷3、組合三、其他量計(jì)算三、其他量計(jì)算電磁學(xué)一、電磁學(xué)發(fā)展歷史二、電磁學(xué)的研究對(duì)象、方法、內(nèi)容三、電磁學(xué)于科學(xué)技術(shù)的密切關(guān)系電磁學(xué)一、電磁學(xué)發(fā)展歷史二、電磁學(xué)的研究對(duì)象、方法、內(nèi)容三、1、古代—18世紀(jì)

人們對(duì)電磁現(xiàn)象只是原始認(rèn)識(shí)、零星記載。如摩擦起電、雷電、磁鐵、指南針等。無(wú)實(shí)驗(yàn)，不系統(tǒng)。

公元前6世紀(jì)希臘學(xué)者泰勒斯觀察到：布擦過(guò)的琥珀能吸引輕小物體。（電現(xiàn)象）四個(gè)階段：1、古代—18世紀(jì)；2、18世紀(jì)——18193.1820—19世紀(jì)末；4、20世紀(jì)——一、電磁學(xué)發(fā)展歷史1、古代—18世紀(jì)人們對(duì)電磁現(xiàn)象只是原始認(rèn)識(shí)、零

中國(guó)在公元前4—3世紀(jì)，戰(zhàn)國(guó)《韓非子》中記載：“司南”（天然磁石做成的指向工具）；《呂氏春秋》：“磁石召鐵”。

公元前1世紀(jì)，王充《論衡》中記有：“頓牟綴芥，磁石引針”字句（頓牟即琥珀，綴芥即吸拾輕小物體）。

宋代沈括改進(jìn)指南形制，發(fā)明了指南針，還發(fā)現(xiàn)了地磁偏現(xiàn)象。12世紀(jì)，指南針傳入阿拉伯和歐洲，為世界文明做出了貢獻(xiàn)。（電、磁現(xiàn)象）（磁現(xiàn)象）中國(guó)在公元前4—3世紀(jì)，戰(zhàn)國(guó)《韓非子》中記

16世紀(jì)，英國(guó)的吉爾伯特：制作了第一個(gè)驗(yàn)電器以檢驗(yàn)物體是否帶電；發(fā)現(xiàn)了磁石對(duì)鐵塊吸引力與磁石大小成正比；發(fā)現(xiàn)了多種物質(zhì)具有摩擦起電性質(zhì)；創(chuàng)造Electricity（電）術(shù)語(yǔ)。

美國(guó)偉大的科學(xué)家、政治家和美國(guó)獨(dú)立之父富蘭克林（1706-1790）：發(fā)現(xiàn)了尖端放電；發(fā)明了避雷針；用風(fēng)箏從雷云中收集電荷給萊頓瓶充電而得到電火花，證明了閃電是一種電現(xiàn)象，統(tǒng)一了天電和地電。16世紀(jì)，英國(guó)的吉爾伯特：制作了第一個(gè)驗(yàn)電器

富蘭克林認(rèn)為：摩擦起電是電在物體之間的轉(zhuǎn)移，從而發(fā)現(xiàn)了電荷守恒原理。他第一個(gè)用數(shù)學(xué)上的正負(fù)表示兩種電荷，首創(chuàng)了導(dǎo)體、充電、放電的術(shù)語(yǔ)。

中國(guó)古代對(duì)雷電的成因、摩擦起電、磁現(xiàn)象都有大量的記載和研究。

“電”字最早見(jiàn)于西周時(shí)期的青銅器上的銘文中，實(shí)際上是對(duì)雷電現(xiàn)象的記錄。對(duì)“電”賦予科學(xué)含義則是在近代西學(xué)東漸之后。富蘭克林認(rèn)為：摩擦起電是電在物體之間的轉(zhuǎn)移，從2、18世紀(jì)——1819

18世紀(jì)中葉，牛頓力學(xué)正當(dāng)輝煌。人們對(duì)電力和磁力又有許多猜測(cè)。許多科學(xué)家意識(shí)到“電的吸引遵循與萬(wàn)有引力定律相同的平方反比定律”，但都沒(méi)有嚴(yán)格的科學(xué)論證。

庫(kù)倫定律的發(fā)現(xiàn)才使電磁學(xué)真正進(jìn)入了定量的研究，是電磁學(xué)真正成為一門學(xué)科的開(kāi)始。2、18世紀(jì)——181918世紀(jì)中葉，牛頓力學(xué)

庫(kù)倫設(shè)計(jì)了精密的扭秤實(shí)驗(yàn)和電擺實(shí)驗(yàn)，得到了完整的與萬(wàn)有引力定律驚人地相似的庫(kù)倫定律（電荷相互作用的平方反比定律）

實(shí)際上，蘇格蘭的羅比森和卡文迪許在庫(kù)倫之前十多年就已經(jīng)做過(guò)電力的定量實(shí)驗(yàn)研究，確定了電力平方反比定律，可惜沒(méi)有及時(shí)發(fā)表而未對(duì)科學(xué)發(fā)展起到應(yīng)有的推動(dòng)作用。

庫(kù)倫定律是電磁學(xué)基本定律之一。庫(kù)倫設(shè)計(jì)了精密的扭秤實(shí)驗(yàn)和電擺實(shí)驗(yàn)，得到了完整

在庫(kù)倫以后，通過(guò)泊松、高斯等科學(xué)家的研究，形成了靜電場(chǎng)和靜磁場(chǎng)的（超距作用）理論。

伽伐尼于1786年發(fā)現(xiàn)了電流，后經(jīng)伏特、歐姆等人發(fā)現(xiàn)了關(guān)于電流的定律，使電學(xué)從靜電發(fā)展到動(dòng)電領(lǐng)域。

在1820年以前，電和磁是獨(dú)立研究的。此前，庫(kù)倫、安培、托馬斯.楊、畢奧等都堅(jiān)持電和磁的獨(dú)立性，盡管電作用和磁作用有相似性。然而，電和磁的聯(lián)系還是受到了關(guān)注。富蘭克林在1751年發(fā)現(xiàn)萊頓瓶放電可以使鋼針磁化，英國(guó)戴維斯發(fā)現(xiàn)磁鐵能吸引或排斥碳棒電極間的弧光。在庫(kù)倫以后，通過(guò)泊松、高斯等科學(xué)家的研究，電和磁究竟有沒(méi)有聯(lián)系？

奧斯特,丹麥物理學(xué)家

HansChristianOersted深受康德哲學(xué)關(guān)于“自然力”統(tǒng)一觀點(diǎn)的影響，試圖找出電、磁之間的關(guān)系

奧斯特做出了一項(xiàng)劃時(shí)代意義的發(fā)現(xiàn)！3.1820—19世紀(jì)末

奧斯特認(rèn)為自然界各種基本力是可以相互轉(zhuǎn)化的，深信電和磁有某種聯(lián)系。1820年，他做起了電生磁的實(shí)驗(yàn)。電和磁究竟有沒(méi)有聯(lián)系？奧斯特,丹麥物理學(xué)家Ha

開(kāi)始以為電流磁效應(yīng)是縱向的，企圖用通電導(dǎo)線吸引前方的磁針，結(jié)果毫無(wú)動(dòng)靜。后來(lái)在演講時(shí)，把磁針?lè)旁趯?dǎo)線側(cè)面，接通電源時(shí)，突然發(fā)現(xiàn)磁針向垂直于導(dǎo)線的方向偏轉(zhuǎn)。

經(jīng)過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)沿著圍繞導(dǎo)線的螺旋方向。開(kāi)始以為電流磁效應(yīng)是縱向的，企圖用通電導(dǎo)線吸引

奧斯特的發(fā)現(xiàn)，為物理學(xué)新的大綜合（電和磁）開(kāi)辟了道路。法拉第評(píng)價(jià)說(shuō)：“猛然打開(kāi)了科學(xué)中黑暗領(lǐng)域的大門”。（大量的未知物理現(xiàn)象及規(guī)律?。?/p>

此后，畢奧、薩伐爾、拉普拉斯、安培又對(duì)電流磁效應(yīng)做了進(jìn)一步定量研究，形成了更系統(tǒng)的理論體系。

電流的磁效應(yīng)又引起了逆向思考：磁能否生電？菲涅耳、安培、阿拉果等做了大量實(shí)驗(yàn)。直到十年后，英國(guó)的法拉第和美國(guó)的亨利才發(fā)現(xiàn)磁生電即電磁感應(yīng)現(xiàn)象。奧斯特的發(fā)現(xiàn)，為物理學(xué)新的大綜合（電和磁）開(kāi)辟

亨利比法拉第早一年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，但沒(méi)有發(fā)表。法拉第不但獨(dú)立地發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)，而且其工作深度和廣度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)亨利。因此，人們把發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)的功勞歸于法拉第。

法拉第1821年研制出電旋轉(zhuǎn)器（歷史上第一臺(tái)電動(dòng)機(jī)）。以后年復(fù)一年進(jìn)行一系列磁生電的實(shí)驗(yàn)。直到1831年8月29日，終于發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)。1831年11月24日，他向皇家學(xué)會(huì)系統(tǒng)地報(bào)告了他的發(fā)現(xiàn)：

變化的電流、變化的磁場(chǎng)、運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)恒電流、運(yùn)動(dòng)的磁鐵、磁極附近的導(dǎo)線都可以感生出電流。亨利比法拉第早一年發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)，但沒(méi)有發(fā)表。法

法拉第還提出了力線和場(chǎng)的概念，進(jìn)一步揭示了電與磁的聯(lián)系，對(duì)電磁學(xué)乃至整個(gè)物理學(xué)的發(fā)展都有重要影響。

在庫(kù)倫、安培、畢奧、法拉第等研究的基礎(chǔ)上，麥克斯韋集前人之大成，于19世紀(jì)80年代，創(chuàng)造性地提出了感生電場(chǎng)和位移電流的假說(shuō)，以他的數(shù)學(xué)天賦，建立了一套電磁學(xué)方程組（麥克斯韋方程組），形成了完整的電磁學(xué)理論，使人類對(duì)電磁現(xiàn)象的認(rèn)識(shí)達(dá)到了一個(gè)前所未有的高度。法拉第還提出了力線和場(chǎng)的概念，進(jìn)一步揭示了電

所有電磁學(xué)問(wèn)題都?xì)w結(jié)于解麥克斯韋方程，其地位相當(dāng)于力學(xué)中的牛頓定律地位。由該方程組還預(yù)言了電磁波的存在，并且得到了電磁波的傳播速度與光速相同，從而把電、磁、光統(tǒng)一于一體。

麥克斯韋電磁理論是自牛頓實(shí)現(xiàn)天上和地上物體運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一后的又一次大統(tǒng)一。他的理論成果也是現(xiàn)代無(wú)線電電子技術(shù)和通信技術(shù)的理論基礎(chǔ)。（麥克斯韋——牛頓、愛(ài)因斯坦以外的第三位為巨人）。所有電磁學(xué)問(wèn)題都?xì)w結(jié)于解麥克斯韋方程，其地位4、20世紀(jì)——20世紀(jì)初，現(xiàn)代物理（相對(duì)論和量子力學(xué)）的誕生，又使電磁學(xué)得到了進(jìn)一步的發(fā)展。

愛(ài)因斯坦的相對(duì)論不但使人們對(duì)牛頓力學(xué)有了更全面的認(rèn)識(shí)，也使人們對(duì)電磁現(xiàn)象和理論有了更深刻的理解。

由相對(duì)論可以證明，電磁規(guī)律遵守洛侖玆變換，從不同的參考系觀測(cè)，同一電磁場(chǎng)可以表現(xiàn)為只有磁場(chǎng)、或只有電場(chǎng)、或電場(chǎng)與磁場(chǎng)并存。說(shuō)明電磁場(chǎng)是一個(gè)高度統(tǒng)一的實(shí)體，電場(chǎng)和磁場(chǎng)不可分割。4、20世紀(jì)——20世紀(jì)初，現(xiàn)代物理（相對(duì)論和

將量子力學(xué)和電磁學(xué)結(jié)合又形成了量子電動(dòng)力學(xué)，可以解決微觀系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，結(jié)合相對(duì)論理論，可以處理微觀高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題。將量子力學(xué)和電磁學(xué)結(jié)合又形成了量子電動(dòng)力學(xué)，可

對(duì)象：電磁場(chǎng)規(guī)律及物質(zhì)電磁性質(zhì)

方法：實(shí)驗(yàn)事實(shí)—抽象概念----總結(jié)規(guī)律----邏輯推理-----用于實(shí)例

主要內(nèi)容：（1）靜電場(chǎng)、穩(wěn)恒磁場(chǎng)、變化的電磁場(chǎng)等；（2）電磁場(chǎng)與物質(zhì)的相互作用；（3）電路二、電磁學(xué)的研究對(duì)象、方法、內(nèi)容對(duì)象：電磁場(chǎng)規(guī)律及物質(zhì)電磁性質(zhì)二、電磁學(xué)的研究對(duì)象、方法、

沒(méi)有麥克斯韋，就沒(méi)有現(xiàn)代通訊和電子技術(shù)，許多高新技術(shù)也只是空談。沒(méi)有法拉第，就沒(méi)有電力照明。一句話，沒(méi)有物理學(xué)就不可能有現(xiàn)代社會(huì)文明。社會(huì)進(jìn)步依賴于物理學(xué)的發(fā)展。三、電磁學(xué)于科學(xué)技術(shù)的密切關(guān)系

電磁學(xué)與科學(xué)技術(shù)的關(guān)系主要體現(xiàn)在：1.電能易轉(zhuǎn)化和遠(yuǎn)距離輸送（方便）沒(méi)有麥克斯韋，就沒(méi)有現(xiàn)代通訊和電子技術(shù)，許多2.電磁儀表靈敏度高（便于測(cè)量）3.電磁波傳播迅速（通訊）4.物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)（與材料、物質(zhì)科學(xué)密切相關(guān)）量子力學(xué)結(jié)合電磁學(xué)。研究材料性能必然涉及微觀電磁結(jié)構(gòu)。帶電系統(tǒng)2.電磁儀表靈敏度高（便于測(cè)量）3.電磁波傳播迅速（通訊）4大自然的一個(gè)奧妙——平方反比定律萬(wàn)有引力

宇宙中天體的運(yùn)行（地球上物體的重力）受引力平方反比定律支配。是保守力、有心力，機(jī)械能守恒、角動(dòng)量守恒成立。如果不是平方反比，如果是3次方反比呢？宇宙還會(huì)是現(xiàn)在的摸樣嗎？衛(wèi)星、航天器還會(huì)穩(wěn)定地運(yùn)行嗎？想一想！大自然的一個(gè)奧妙——平方反比定律萬(wàn)有引力宇宙奇特的是：電相互作用遵循的庫(kù)侖定律也是平方反比定律：磁相互作用遵循的規(guī)律也是平方反比定律以上是電磁學(xué)中最基本的實(shí)驗(yàn)規(guī)律？

由以上基本的實(shí)驗(yàn)規(guī)律可以分別得到電的、磁的環(huán)流定理和高斯定理，加上法拉第定律（是磁的環(huán)流定理的一部分）。引進(jìn)電、磁場(chǎng)的概念后，又得到麥克斯韋方程組。奇特的是：磁相互作用遵循的規(guī)律也是平方反比定律以上是電磁學(xué)中

如果不是平方反比？是其他次方反比或別的形式？現(xiàn)在形式的高斯定理和環(huán)流定理就不存在（推導(dǎo)高斯定理時(shí)，正好是平方反比，能約掉一些東西），就沒(méi)有麥克斯韋方程組。

麥克斯韋方程組的意義在于預(yù)言電磁波的存在且電磁波傳播速度是光速。

試問(wèn)：如果沒(méi)有電磁平方反比定律，電磁光能統(tǒng)一嗎？還有現(xiàn)代通信技術(shù)嗎？還有電視臺(tái)、電視機(jī)、收音機(jī)、手機(jī)等通信手段嗎？

物理知識(shí)的重要可見(jiàn)一斑！想一想！如果不是平方反比？是其他次方反比或別的形式？現(xiàn)

為什么宇宙中引力、電磁力都一樣遵守平方反比定律呢？它們有內(nèi)在聯(lián)系嗎？能統(tǒng)一嗎？是否在本質(zhì)上屬于一種力呢？宇宙中物質(zhì)相互作用歸納起來(lái)有四種，引力相互作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用。弱電相互作用已經(jīng)統(tǒng)一。實(shí)際上在宇宙誕生初期，四種相互作用是統(tǒng)一的，宇宙是混沌的。后來(lái)逐漸分化為四種相互作用，以后出現(xiàn)各種基本粒子、原子、分子、組成天體、宇宙演變成現(xiàn)在狀態(tài)，我們生存的地球呈現(xiàn)出千姿百態(tài)的景象。

想一想！為什么宇宙中引力、電磁力都一樣遵守平方反比定律

愛(ài)因斯坦相信四種相互作用能統(tǒng)一——大統(tǒng)一理論。大統(tǒng)一理論是物理學(xué)家追求的一個(gè)目標(biāo)！愛(ài)因斯坦相信四種相互作用能統(tǒng)一——大統(tǒng)一理論

電磁學(xué)理論建立在三大實(shí)驗(yàn)定律基礎(chǔ)之上。三大實(shí)驗(yàn)定律是庫(kù)倫定律、畢奧-薩伐爾定律、法拉第定律。由此得出電場(chǎng)高斯定理、磁場(chǎng)高斯定理。最后是麥克斯韋方程組?！獙W(xué)習(xí)電磁學(xué)的大框架。電磁學(xué)的主線條1.基本電現(xiàn)象、庫(kù)侖定律——電場(chǎng)概念及其描述（電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)及計(jì)算）——電場(chǎng)性質(zhì)（高斯定理、環(huán)流定理及其應(yīng)用）——電場(chǎng)與物質(zhì)相互作用規(guī)律（導(dǎo)體、電介質(zhì)）——電場(chǎng)和非靜電場(chǎng)作用下導(dǎo)體中的電流及其規(guī)律。電磁學(xué)理論建立在三大實(shí)驗(yàn)定律基礎(chǔ)之上。三大實(shí)驗(yàn)2.基本磁現(xiàn)象——磁場(chǎng)概念及描述（磁感應(yīng)強(qiáng)度及計(jì)算、畢奧薩伐爾定律）——磁場(chǎng)性質(zhì)（高斯定理、環(huán)流定理及應(yīng)用）——磁場(chǎng)對(duì)電流、運(yùn)動(dòng)電荷的作用——磁場(chǎng)與物質(zhì)相互作用（磁介質(zhì)）。

3.法拉第定律——感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及本質(zhì)、感生電場(chǎng)———靜電場(chǎng)、穩(wěn)恒磁場(chǎng)、變化的電磁場(chǎng)高斯定理和環(huán)流定理——麥克斯韋方程——電磁學(xué)理論體系。2.基本磁現(xiàn)象——磁場(chǎng)概念及描述（磁感應(yīng)強(qiáng)度及

第一章靜電場(chǎng)的基本規(guī)律本章學(xué)習(xí)思路1、什么是電荷、帶電體；電荷有何性質(zhì)；帶電體之間的作用遵守什么規(guī)律（與萬(wàn)有引力作用有何相似之處）；電相互作用通過(guò)什么傳遞；

2、電場(chǎng)有何性質(zhì)，如何描述電場(chǎng)（電場(chǎng)看不見(jiàn)，從什么角度描述）。反映電場(chǎng)性質(zhì)的基本數(shù)學(xué)定理？（兩個(gè)定理）

3、兩個(gè)描述電場(chǎng)的基本物理量——場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)。場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)圖示法場(chǎng)強(qiáng)、電勢(shì)的基本計(jì)算方法如何？第一章靜電場(chǎng)的基本規(guī)律本章學(xué)習(xí)思路1-1靜電場(chǎng)基本現(xiàn)象和基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、電荷及基本性質(zhì)

很久以前，人們發(fā)現(xiàn)兩種不同材料摩檫后，可以吸引輕小物體（如紙屑、毛發(fā)等）。物體具有這種吸引輕小物體的性質(zhì)，就說(shuō)它“帶了電”或“有了電荷”，帶電的物體叫帶電體（電荷）使物體帶電叫起電，如摩檫起電、感應(yīng)起電。研究發(fā)現(xiàn)，電荷有如下性質(zhì)：1、電荷兩種，+同斥異吸+++1-1靜電場(chǎng)基本現(xiàn)象和基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律一、電荷及基本性質(zhì)

歷史上規(guī)定：玻璃棒被絲綢摩擦帶“+”電，被毛皮摩擦帶“”電。帶電多少——電量Q或q單位C2、電荷量子化

實(shí)驗(yàn)證明，宏觀物體帶電本質(zhì)是微觀帶電粒子的轉(zhuǎn)移，帶電種類源于微觀粒子電荷種類。物質(zhì)分子原子

現(xiàn)代物理證明：原子核核外電子質(zhì)子中子

質(zhì)子、電子——電荷攜帶者，自然界還有反質(zhì)子和正電子。如果規(guī)定相反？反物質(zhì)？歷史上規(guī)定：玻璃棒被絲綢摩擦帶“+”電，被毛皮摩擦帶密里根1913年測(cè)出（油滴實(shí)驗(yàn)）：

任何帶電體

電量是最小單元的整數(shù)倍電荷的變化是不連續(xù)的視為連續(xù)理論上預(yù)言存在分?jǐn)?shù)電荷：至今未發(fā)現(xiàn)。正常情況下，物體任何宏觀小部分顯中性巧妙的測(cè)量方法！（物理實(shí)驗(yàn)）密里根1913年測(cè)出（油滴實(shí)驗(yàn)）：任何帶電體電量是最小單3、電荷守恒

實(shí)驗(yàn)證明：在