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文檔簡介
第二部分電磁學(xué)在兩千年以前,人們就認(rèn)識到了電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象。起初人們對電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象的認(rèn)識是相互獨立的,從而發(fā)展成了彼此獨立的兩個學(xué)科——電學(xué)和磁學(xué)。
1820年丹麥的奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)。(揭示了電與磁之間的聯(lián)系)
1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象。(進一步揭開了電與磁之間的聯(lián)系)
1865年英國物理學(xué)家麥克斯韋總結(jié)出電磁變化規(guī)律的方程組——Maxwell方程組。建立了電磁理論系統(tǒng),形成完整電磁場理論,完成了電磁統(tǒng)一。目前電磁現(xiàn)象的研究已深入到物理學(xué)和其他各個領(lǐng)域。1●電(5-6章)●磁(7章)
●電磁感應(yīng)(8章)
●Maxwell電磁場理論(8章)。
★★本篇共分4
章2本章內(nèi)容:靜電場的一個基本(庫侖)定律,兩個基本定理(高斯定理與環(huán)路定理)和兩個基本物理量及(電場強度與電勢)其相互關(guān)系
§5—1
電荷庫侖定律1.電荷
電荷的相互作用:同性相斥,異性相吸。電量:物體所帶電(荷)的多少叫電量。換句話說,電量是物體帶電多少的量度電量的單位:庫侖(C)第五章真空中的靜電場3量子化基本電現(xiàn)象2.電荷的量子化電量的最小單元(基本電量,元電荷):44.電荷的相對論不變性──電量的大小與運動無關(guān)。電荷守恒3.電荷守恒定律在一個孤立系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生的任何的變化過程中,電荷總數(shù)(電荷的代數(shù)和)保持不變。5
1.點電荷模型幾何形體可以忽略的帶電體(1)抽象的理想化模型(2)充分小
當(dāng)帶電體的線度比它們之間的距離小得多時,就可將其簡化為點電荷。二、庫侖定律2.庫侖定律6在SI制中,
庫侖定律僅適用于點電荷。2.
庫侖定律
設(shè)兩個點電荷7q2q0q1qn8電荷連續(xù)分布時庫侖定律三、靜電力的疊加原理靜電力的獨立作用原理。靜電力的疊加原理。9請同學(xué)們自己寫出σ、λ分布的相應(yīng)庫侖力公式。
dqoq0xyz10[例題1]真空中的三點電荷求
所受庫侖力解:
yxq3q2Oq1為引力,
為斥力,
由庫侖定律可得合力11與x軸的夾角為
yxq3q2Oq112求:帶電平面A對q0的靜電作用力。解:(方法——取微元,由分量積分)
建如圖坐標(biāo)系。取微元dq=σdx
dy.由對稱性知全平面對q0
作用力的分量
Fx
=Fy=0.故所求為★★注意:
無限大帶電平面對其外任一點電荷的作用力與其間距a
無關(guān)?!?/p>
[例題]已知:無限大帶電平面A上的面電荷密度為,點電荷q0與平面A間距為a。13電荷以太電荷
(c)場:
(以太)(1832年法拉第)
電荷電場電荷(b)近距作用(介質(zhì)——以太)電荷電荷電場1.電場:電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì)2.電場的基本特性:對處在電場中的電荷施加作用?!?—2
電場電場強度一、電場問題的提出:庫侖定律給出了真空中點電荷之間的相互作用的定量關(guān)系,然而這作用是通過什么途徑來傳遞的呢?歷史上的兩種觀點
(a)超距作用(無介質(zhì))143.電場與實物的異同點異點:①實物是由原子、分子組成,看得見,摸得著,場物則不同;②場物有空間可入性,且互不發(fā)生影響。實物則沒有;③實物的密度很大,而場物的密度很小。④實物的運動速度不能達到光速,而場物一般以光速運動。同點:①場跟實物一樣,也有質(zhì)量能量、動量和角動量;②場物也遵從質(zhì)量守恒,動量守恒,角動量守恒;③場物跟實物一樣,在存在形式上也具有多樣性。15電荷光子電荷★現(xiàn)在知:傳遞電磁作用的基本粒子是光子(參考下表)
◆◆
強度傳遞作用的粒子參與作用的粒子
引力5.9×10-39
引力子(尚未發(fā)現(xiàn))所有粒子電磁1/137光子所有帶電粒子強1/7膠子強子(由夸克組成)弱1.0×10-5W±、Z0中間玻色子輕子場量子化:16電場的基本屬性是對處在電場中的電荷施加作用力試探電荷──檢驗空間某點是否存在電場。要求:
(1)線度應(yīng)小到可視為點電荷。
(2)電量應(yīng)足夠小,使得由于它的引入不致引起原有電量的重新分布,因而將不會引起原來電場的變化。理論和實踐表明:將試探電荷放在電場中不同點,它受的力一般不同,二、電場強度17定義:單位:牛頓/庫侖(N/C)即,電場中某點的電場強度等于單位正電荷在該點受到的電場力。
注意:是對某點而言的,是矢量
對變化的電場
電場分:勻強電場,非勻強電場18根據(jù)場強的定義,則有
場強疊加原理
三、場強的疊加原理192、點電荷系電場中的場強
根據(jù)場強疊加原理:1、點電荷電場中的場強
四、場強的計算P+QP-Q20整個帶電體電荷元dq
的場在直角坐標(biāo)系下:3、任意帶電體電場中的場強21
利用以上各式,原則上可計算任意分布電荷的場強,但在電荷分布比較復(fù)雜的情況下,往往遇到許多難以解決的積分問題。
引入電荷密度的概念22
[例題1]
電偶極子的場強計算。
解:P點的場強:
方向向右
方向向左
總場強的大小為
方向:向右-qP+qP′r23P-q+qP′再計算P'點的場強:
方向如圖
總場強的大小為
沿X軸負(fù)方向。
時,稱為電偶極子,
由
稱為電偶矩。
Oxy24當(dāng)時,P點的場強的大小為
點的場強的大小為
場強方向如圖所示。P-q+qP′Oxy25再求任意點P處的場強如圖所示方向如圖所示方向如圖所示方向如圖所示r-r+r-q+qP26[例題2]求均勻帶電直線的電場。已知q,L,a,1,2
27將上兩式積分,得
28(1)無限長直線,1=0,2=,則有
討論29[例題3]
均勻帶電圓環(huán)軸線上的電場強度。圓環(huán)半徑為R,帶電為q,求距環(huán)心x
處P的點的場強。由對稱性可知,垂直分量之和為總場強為x
方向分量之和,即30若q
為正電荷,沿x方向;
q
為負(fù)電荷,指向O點。
31總場強方向沿x
軸。[例題4]
均勻帶電圓盤軸線的電場。圓盤半徑R,面電荷密為(>0),求軸線上x處P點的。3233(1)注意電荷分布的對稱性;(2)注意微元及坐標(biāo)系選取的技巧;(3)正確確定積分限。注意:
(2)計算此矢量積分不易計算時,化為分量的積分。
(1)
將連續(xù)分布的帶電體分成無限多電荷元dq
,每個dq
視點電荷,求。
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