大學(xué)物理-靜電場(chǎng)資料

高校物理Ⅰ-2姓名：王雯宇郵箱：wywang@辦公室：數(shù)理樓3309-3房間電話：67392428-804老師簡介一、課程內(nèi)容電磁學(xué)、光學(xué)、量子物理二、成果構(gòu)成三、答疑⒈出勤＋作業(yè)：20％⒉期末考試：80％時(shí)間：每周三下午3:30～5:00(第2~18周)地點(diǎn)：數(shù)理樓演示試驗(yàn)室3109房間四、課程網(wǎng)站或用戶名：stwangwenyu密碼：dxwl登錄網(wǎng)站“教學(xué)園地”下載課件物理競賽給分政策

（1）校內(nèi)物理學(xué)問競賽

在校內(nèi)物理學(xué)問競賽中獲一、二、三等獎(jiǎng)及優(yōu)勝獎(jiǎng)的同學(xué)，平常成果按30%計(jì)（考勤10%，作業(yè)10%，競賽獲獎(jiǎng)10%），其中競賽獲獎(jiǎng)一項(xiàng)給滿分10分；在校內(nèi)物理學(xué)問競賽中獲一、二、三等獎(jiǎng)的同學(xué)可獲得創(chuàng)新學(xué)分2分。

（2）北京地區(qū)物理競賽

全程參賽者（參與輔導(dǎo)課以及競賽）可獲得創(chuàng)新學(xué)分；其它，本課不再賜予嘉獎(jiǎng)，因?yàn)閷W(xué)校已有配套的嘉獎(jiǎng)制度。

（3）北京地區(qū)物理競賽嘉獎(jiǎng)

獲獎(jiǎng)?wù)邔⒃诋厴I(yè)加權(quán)總分上累加：校級(jí)競賽——一等獎(jiǎng)2分，二等獎(jiǎng)1分；

地區(qū)競賽——一等獎(jiǎng)4分，二等獎(jiǎng)3分，三等獎(jiǎng)2分。

另，校級(jí)物理競賽一、二、三等獎(jiǎng)及優(yōu)勝獎(jiǎng)?wù)呶覍W(xué)院另有物質(zhì)嘉獎(jiǎng)。本學(xué)期物理學(xué)問競賽截止報(bào)名時(shí)間：9月27日

競賽時(shí)間：10月12日下午競賽內(nèi)容：電介質(zhì)及其以前內(nèi)容。

希望主動(dòng)參與兩級(jí)物理競賽課程小論文激勵(lì)政策

本學(xué)期接著激勵(lì)各班開展課程小論文活動(dòng)，平常成果按30%計(jì)（考勤10%，作業(yè)10%，課程小論文10%）。

隨機(jī)點(diǎn)名6次左右，1次不來扣1分作業(yè)少交1次，扣1分，不超過10分平常成果給分規(guī)則熱學(xué)物理學(xué)：物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律質(zhì)點(diǎn)和力牛頓力學(xué)統(tǒng)計(jì)電磁場(chǎng)波動(dòng)光學(xué)量子物理電磁學(xué)(ELECTROMAGNETISM)——電磁場(chǎng)及其與物質(zhì)的相互作用電磁學(xué)靜電場(chǎng)靜止電荷的電場(chǎng)電勢(shì)靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體靜電場(chǎng)中的電介質(zhì)恒定磁場(chǎng)磁場(chǎng)和它的源磁力電磁感應(yīng)與Maxwell方程組第一章靜止電荷的電場(chǎng)(ElectricFieldofStaticCharges)內(nèi)容：庫侖定律與疊加原理電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)線與電通量高斯定律及其應(yīng)用§1.1電荷(ElectricCharge)——物質(zhì)的一種屬性1.電荷的性質(zhì)試驗(yàn):e=1.60210-19C理論:e/3,2e/3(夸克quark)⑴只有兩種類型——正與負(fù)

符號(hào)：Q,qSI：庫侖

（C）⑵量子性——q是基本單元的整數(shù)倍基本單元e.g.質(zhì)子p=2(2e/3)+1(-e/3)中子n=1(2e/3)+2(-e/3)上夸克下夸克⑶守恒性——在任何相互作用過程中,q保持不變聚變反應(yīng)：正負(fù)電子湮滅：e.g.(PositronAnnihilationTechnique)⑷相對(duì)論不變性——在不同參考系中視察,同一粒子的q不變2.點(diǎn)電荷(pointcharge)——點(diǎn)狀電荷(志向模型)適用情形:帶電體尺寸<<問題中的線度§1.2庫侖定律(CoulombsLaw)C.A.Coulomb(1736-1806)——沿方向的單位矢量In1785，扭秤試驗(yàn)結(jié)果：令k=1/40得0=8.851012C2/Nm2——真空介電常量or

真空電容率(permittivityofvacuum)①試驗(yàn)的精確度:Notes:單位有理化1785年，(Coulomb)1873年，(Maxwell)1936年，(Laudon)1971年，(Williams)②試驗(yàn)的空間尺度:r=1017～107m實(shí)驗(yàn)確定：物理本質(zhì):兩個(gè)電荷之間的作用力不因其它電荷的存在而變更.庫侖定律＋電力疊加原理＝靜電學(xué)的試驗(yàn)基礎(chǔ)§1.3電力疊加原理(PrincipleofSuperpositionforElectricForces)Note:§1.4電場(chǎng)強(qiáng)度(ElectricField)F/q反映了點(diǎn)處空間的性質(zhì)檢驗(yàn)電荷M.Faraday(1791-1867)

“場(chǎng)”的概念電場(chǎng)——一種物質(zhì)(場(chǎng)物質(zhì))電場(chǎng)的描述——

場(chǎng)強(qiáng)電勢(shì)能量密度1.場(chǎng)強(qiáng)的定義SI單位：N/CorV/m點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)：P2.場(chǎng)強(qiáng)疊加原理P電荷連續(xù)分布情形：點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)＋場(chǎng)強(qiáng)疊加原理＝計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)的基本方法電荷元產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)Note:[例1-1]勻整帶電(Q)直線段延長線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)．建立坐標(biāo)軸如圖xx+dx電荷元產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)：3.場(chǎng)強(qiáng)計(jì)算舉例XOrLpxx+dx解：P點(diǎn)的總場(chǎng)強(qiáng)：[探討]若r>>L，則——點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)[例1-2]勻整帶電(Q)圓環(huán)軸線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)由軸對(duì)稱性：環(huán)上dq的貢獻(xiàn)：解：XOxRdq于是[思索]①環(huán)心(x=0)處場(chǎng)強(qiáng)？②x<0，結(jié)果？故③xR，結(jié)果？§1.5電場(chǎng)線和電通量電場(chǎng)線(舊稱電力線)——場(chǎng)強(qiáng)分布的有向曲線。1.曲線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的方向，2.曲線的疏密表示場(chǎng)強(qiáng)的大小E性質(zhì)：①連續(xù)[思索]點(diǎn)電荷在電場(chǎng)中由靜止釋放,它是否會(huì)沿電場(chǎng)線運(yùn)動(dòng)？②不閉合③不相交§1.6電通量(ElectricFlux)——按給定指向穿過一曲面的電場(chǎng)線數(shù)目穿過面元的電場(chǎng)線數(shù)目:通過曲面S的電通量：定義矢性面元：面元法向單位矢量Notes:①通量可正、可負(fù)，亦可為零．②對(duì)于閉曲面，規(guī)定其法線方向指向曲面外側(cè)．內(nèi)外[例1-3]如圖,求通過半球面的電通量(以球面的外法線方向?yàn)榻o定指向).解：它等于通過半球面底面的電通量:[思索]①若半球面的對(duì)稱軸,結(jié)果?②若對(duì)稱軸與的夾角為,結(jié)果?§1.7高斯定律(Gauss’sLaw)——通過隨意閉曲面的電通量等于該曲面所包圍的電荷的代數(shù)和除以0[推導(dǎo)]⑴對(duì)于點(diǎn)電荷q的電場(chǎng)①閉曲面:以q為中心的球面SqRS則有S②閉曲面:包圍q的隨意閉曲面S則有qS③閉曲面:未包圍q的隨意閉曲面SqS則有綜上，對(duì)于q的電場(chǎng)中隨意閉曲面S，有⑵對(duì)于電荷系電場(chǎng)中隨意閉曲面S由場(chǎng)強(qiáng)疊加原理,有②該定律反映了靜電場(chǎng)的一個(gè)基本性質(zhì)——有源性.①

中的是曲面上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，由曲面內(nèi)外所有電荷共同產(chǎn)生.Notes:定義:對(duì)于矢量場(chǎng),若對(duì)于任意閉曲面S,積分恒為零,則稱為無源場(chǎng)；否則，稱之為有源場(chǎng).③高斯定律適用于任何電場(chǎng)(庫侖定律僅適用于靜電場(chǎng))靜止點(diǎn)電荷的電場(chǎng)：q(“庫侖”、“高斯”都成立)e.g.運(yùn)動(dòng)電荷的電場(chǎng)：q(“庫侖”不成立,“高斯”仍成立)(其中=v/c)[例1-4]1.求-q+qS1S2S3如圖，通過閉合面S1、S2和S3的電通量分別為1=,2=,3=.§1.8利用高斯定律求和(UsingGauss’sTheoremtoFindand)解：由高斯定律1=q/0,

2=0,3=-q/0①S1面上的場(chǎng)強(qiáng)是否僅由+q產(chǎn)生？[思索]②S2面上的場(chǎng)強(qiáng)是否為零？③若+q、-q偏離球心，結(jié)果？[例1-5]如圖，點(diǎn)電荷q位于立方體的一角，則通過側(cè)面ABCD的電通量e=.解：增補(bǔ)成一個(gè)大立方體，q位于其中心.ABCDq由高斯定律和對(duì)稱分析：若q位于立方體中心處，結(jié)果？[思索]2.求——用于電荷分布的對(duì)稱性很高(球、無限長圓柱、無限大平面等)的情形[例1-6]勻整帶電球面的電場(chǎng)RQ設(shè)球面半徑R,電荷Q(>0)球?qū)ΨQ→,且與球心等距的各點(diǎn)相同.閉曲面(高斯面)：半徑為r的球面SSr有由高斯定律，得矢量式：Er曲線：ORrE1/r2[思索]①結(jié)果對(duì)于Q<0是否成立?②勻整帶電球體？高斯面S：半徑為r、高為L的閉合圓柱面[例1-7]無限長勻整帶電直線的電場(chǎng)設(shè)線電荷密度為(>0)軸對(duì)稱→,且與直線等距的各點(diǎn)相同rLS由高斯定律，得矢量式：rOE1/r[思索]②無限長勻整帶電圓柱面？①結(jié)果對(duì)于<0是否成立?③無限長勻整帶電圓柱體？[例1-8]無限大勻整帶電平面的