基礎物理學課件

1、基 礎 物 理 學 BII,教材: 基礎物理學下冊，(17-25 ),課程相關信息,平時成績: 點名(#); 作業(yè)(1次/周); 隨堂測驗(#) 小論文：物理教學演示工具制作策劃書(#) 總評成績: 平時成績40%, 期末考試60%.,網(wǎng)上交流區(qū): , B-20120-JCWLBII-ZY: 基礎物理BII,教師信箱: ,答疑時間: 周二課前后, 本教室,內容區(qū): 課程文檔-課件, 測驗: 成績中心 課程工具: 職員信息和討論板,著眼于場的分布,（一般）, 電磁學的教學內容17-23: 靜電學（真空、介質、導體）; 穩(wěn)恒電流 靜磁學（真空, 介質） 電磁感應 ; 電磁場與電磁波, 對象：,彌散

2、于空間的電磁場，,方法：, 觀點：,電磁作用是“場”的作用,基本實驗規(guī)律,綜合的普遍規(guī)律,（特殊）,（近距作用）,電 磁 學, 研究電磁現(xiàn)象,的基本概念和基本規(guī)律：, 源場; 電, 磁, E VS M, 效應發(fā)光放熱,真空中靜電場的場強,17.1 電荷守恒定律 庫侖定律 疊加原理,17.2 電場和電場強度 電場線和電通量,靜電場 相對觀測者靜止的電荷產(chǎn)生的電場,一. 電荷 電氣材料,電性力：同號相斥、異號相吸,電荷量：物體帶電的多少,電荷守恒定律 庫侖定律 疊加原理,電荷: 經(jīng)過摩擦的物質上所出現(xiàn)的東西, 其呈現(xiàn)電荷 的狀態(tài)為帶電.,電氣材料: 起電物質 vs. 非起電物質.,兩種電荷：正電荷

3、 和負電荷,# 自然界的電現(xiàn)象: 質子帶有的 與電子帶有的 引起的.,+,-,-,+,m, , n, p, f; vs. k, M, G, T, A.,電氣材料: 起電物質 vs. 非起電物質.,導體: 電荷能夠從產(chǎn)生的地方迅速轉移或傳導到其它 部分 的物體.,絕緣體: 電荷幾乎只能停留在產(chǎn)生的地方 的那種物體.,金屬、石墨、電解液(酸、堿、鹽類的水溶液) 、人體、地(球) 、電離了的氣體都是導體. 玻璃、絲綢、橡膠、琥珀、松香、硫磺、瓷器、油類、未電離的氣體等都是絕緣體.,半導體(#): 介于兩者之間,摩擦起電系列(+-): 毛皮, 橡膠; 玻璃, 絲綢; 塑料, 頭發(fā),二. 電荷守恒定律(

4、宏觀尺度和微觀尺度都成立),在沒有電荷進出的一個封閉空間內, 正、負電荷的總量始終是相等的。,質子和電子都是帶電荷的實體, 具有質量,(pair annihilation),有電荷就有質量, 靜質量為零的粒子必為電中性.,宏觀帶電體的帶電量qe，準連續(xù),e =1.60210-19庫侖，電子電量,那么, e是否是最基本的呢?,原子核結構: 在夸克模型中, 夸克帶分數(shù)電荷,up quark down quark strange quark,見27, 28,# 帶電, 電荷量? 更小點?,沒能找到自由夸克, 但是超導鈮球上發(fā)現(xiàn)分數(shù)電荷,密立根,三. 電荷量子化,1. 點電荷(理想模型),簡化為點電荷

5、的條件:,四. 庫侖定律,3.實驗定出： k = 8.988010 9 Nm2/C2,SI: q 庫侖(C)，F(xiàn)牛頓(N)，r 米(m),2.庫侖定律,兩個點電荷之間:,9,庫侖定律適用的條件：, 點電荷理想模型 真空中 施力電荷對觀測者靜止(受力電荷可運動),有理化：,引入常量 0,則：,真空介電常數(shù),4.庫侖定律的說明：,真空中的靜電場,庫侖,五.疊加原理,實驗發(fā)現(xiàn):兩個以上的點電荷對一個點電荷的作用力等于各個點電荷單獨存在時對該點電荷的作用力的矢量和.,#4 q1, q2, 有庫倫定律, 存在q3或 以至于無窮多個, 如何?,例1. 按量子理論，在氫原子中，核外電子快速地運動著，并以一定

6、的概率出現(xiàn)在原子核(質子)的周圍各處，在基態(tài)下，電子在半徑5.29nm的球面附近出現(xiàn)的概率最大. 計算基態(tài)下, 氫原子內電子和質子之間的靜電力和萬有引力, 并比較兩者的大小.引力常數(shù)為G=6.6710-11Nm2/kg2,解: 按庫侖定律計算,電子和質子之間的靜電力為,應用萬有引力定律, 電子和質子之間的萬有引力為,由此得靜電力與萬有引力的比值為,原子中: 電子和質子之間的靜電力萬有引力。由此,在處理電子和質子之間的相互作用時,只需考慮靜電力,萬有引力可以略去不計. 在原子結合成分子,原子或分子組成液體或固體時,它們的結合力在本質上也都屬于電性力.,例2 氦原子核中的兩個質子相距4.010-1

7、5m, 求這兩個質子之間的靜電力.,解:兩個質子之間的靜電力是斥力,它的大小為,質子之間能結合在一起構成原子核, 是由于核內除了有靜電斥力外, 還存在更強大的引力 核力的緣故。,在相同條件下： 強相互作用電磁相互作用萬有引力作用。,這兩個質子之間的核力:,14N,例3. 三個點電荷所帶的電荷量分別為q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各電荷間的距離如圖所示。求作用在q3上合力的大小和方向。,解:選用如圖所示的直角坐標系。,q2,q1,q3,0.6m,0.52m,0.3m,按庫侖定律分別計算q1和q2對電荷q3的作用力,#5. 基本思路?,y,例3. 三個點電荷所帶的電荷量分別

8、為q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各電荷間的距離如圖所示。求作用在q3上合力的大小和方向。,解:選用如圖所示的直角坐標系。,q2,q1,q3,0.6m,0.52m,0.3m,按庫侖定律分別計算q1和q2對電荷q3的作用力,#5. 基本思路?,#6 天花板置正電極, 你持等量負電荷, 平地飛升的Q？,兩個各帶電荷量為1C 的帶電體,當它們相距1m時, 作用力達9.0109 N.,六. 討論庫倫相互作用的大小,我們利用通常的起電方法不可能使一個有限大 (例如半徑為1m的球體)的物體的帶電量達到1C, 因為早在電荷量聚集到此值前,周圍的絕緣體已 被擊穿(#),物體上的電荷早已漏

9、掉。通常遇到的 靜電力還是很小的,只能吸引輕小物品.,通常在實驗室里, 利用摩擦起電使物體能獲得的 電荷量10-7C數(shù)量級, 若相距1m, 靜電力為10-2 N 若相距0.1m, 靜電力僅為1N的數(shù)量級.,一. 電場,電相互作用兩種觀點,超距作用,電場,電荷1,電荷2,電場1,電場2,靜電場：相對于觀察者靜止的電荷 在周圍空間激發(fā)的電場。,雷電,17.2 電場和電場強度 電場線和電通量,二. 電場強度,點電荷(尺寸小),q0足夠小,對待測電場影響小,定義電場強度,電場中某點的電場強度等于單位正電荷在該點所受的電場力。,#7 郭晶晶起跳后( ), 其質心運動(位置變動)決定于#?,三.電場強度的

10、計算,.兩個異號點電荷:電偶極子 .多個點電荷分布,頭腦中想象: 一個質量很小的帶電質點(正或負電荷)處于沒有重力的空間中, 運動(位置變動), ,在頭腦中建立”按照什么樣的力來運動的呢?”這樣的想象, 如同打開電磁學的大門.,1. 點電荷的場強,由庫侖定律和電場強度定義:,“源”點電荷,場點,（相對觀測者靜止）,#7 畫出場強分布來?,球面是場強等模面, 球對稱分布,球對稱分布= ？,qi,q2,q0,q1,2.電場強度疊加原理和點電荷系的場強,電場強度疊加原理,場點,電偶極子 軸線上場強,電偶極子,一對靠得很近的等量異號的點電荷.,相對的概念，,物理模型(如有極分子),r l,P,稱為電偶

11、極矩,電偶極子中垂面上的電場,r,方向?,從-q指向+q,電偶極子在電場中所受的力矩,用矢量形式表示為：,#8 一般情況下, 電偶極子在空間某位置激發(fā)的電場強度?,若 r l,電偶極子中垂面上的電場,解: q1在P點所激發(fā)的場強為#1,q2在P點所激發(fā)的場強為#2,根據(jù)場強疊加原理，P點的總場強為#4,# 任給若干點電荷, 它們在周圍真空中激發(fā)的電場強度?,例3. 三個點電荷所帶的電荷量分別為q1= -86C, q2=50 C, q3=65 C。各電荷間的距離如圖所示。求(1) 作用在q3上合力的大小和方向。(2) 求P點電場強度.,q2,q1,q3,0.6m,0.52m,0.3m,P ,r,

12、q3在P點所激發(fā)的場強為#3,3. 連續(xù)帶電體的場強,面電荷 dq = dS,面電荷密度,線電荷 dq = dl,線電荷密度,將帶電體分割成無限多塊無限小的帶電體,體電荷 dq = dV,體電荷密度,# 有了疊加原理, 微元法,例4.直線AB均勻帶電, 電荷線密度為. P點到 AB的距離為a,AP和 BP與直線夾角1 和2 . 求P點場強?,解：建立Oxy系如圖,原點O為P到直線的垂足,取線元dx,帶電,A B,A B,極限情況,當AB 長度,(1,2 )(0,),無限長均勻帶電直線的場強,圓柱面為等模面,#9. 畫場強分布圖?,P,例5. 均勻帶電環(huán)面如圖已知 , R1, R 2 , 以過環(huán)

13、心O的法線為z軸, 求z處P點場強,解：,(1) 劃分電荷元,(2) 分析 大小,方向,正負成對出現(xiàn), 所有的dE積累為零,(3)積分求 ：,正負成對出現(xiàn), 所有的dE積累為零,(4) 分析結果的合理性和討論, 單位 ；, 令 z= 0，得 ，,合理；, 令 z R2 ，,合理。,則：,# z0, 反面的軸上P點場強？, E的分布：,zm =?, 自己計算。, , 此為均勻帶電圓盤情形：,# 且R2, ?, 此為均勻帶電無限大平面：,(a) z 軸上E =？,(b) z 電荷線度處， E與z關系如何？,（a）,（b）,1. 電場線 ( 線 ),線上某點的切向即為該點 的方向,規(guī)定 線的密度給出

14、 的大小。,在電場中任一點處，通過垂直于電場強度E單位面積的電場線數(shù)等于該點的電場強度的數(shù)值,四. 電場線和電通量,大小呢? 畫出多少根?,關于電場的直觀表現(xiàn)方式,幾種電荷的 線分布,球對稱,無限長則圓柱對稱,電場線的實驗演示: 針狀晶體碎屑撒到水平延展絕緣油中使之懸浮. 或水平光滑玻璃表面撒細小石膏晶粒.,點電荷q0,電偶極子,均勻帶電的直線段,(原因下一章講),兩 個 同 號 的 點 電 極,幾種電荷的 線分布的實驗現(xiàn)象,一對異號不等量點電荷的電場線,電場線,單 個 帶 電 平 板 電 極,正 負 帶 電 平 行 平 板 電 極,五. 電通量e,1.定義：,面積分, 不是點函數(shù) 是代數(shù)量, 有正、負。,2. 的幾何意義:,對