第一節(jié)課電荷

第一節(jié)課電荷第1頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

緒論電磁學就是研究電磁現(xiàn)象的規(guī)律以及物質(zhì)的電學和磁學性質(zhì)的科學。電磁學是動力、通迅、測量、電工學、電化學、無線電學、自動控制學、遙感遙測學、電視學等理工科一門十分重要的基礎課。邏輯性很強的理論體系；數(shù)學工具上用微積分計算和矢量分析方法；在研究方法上一般總是由不變場到變化場，由真空到介質(zhì)。第2頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月教學內(nèi)容及進度安排電磁學課程主要包括：

靜止電荷的電場、電勢有導體和電介質(zhì)存在時的靜電場電流和磁力磁場的源、有磁介質(zhì)存在時的磁場電磁感應和電磁場、麥克斯韋電磁理論和電磁波第3頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

體系結構

由電場→到磁場由真空→到介質(zhì)由靜（恒定）場→到變化（動）場

第4頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月電磁學運動分為三大類1、場的概念2、路的概念3、場與物質(zhì)的相互作用第5頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月物理學的第二次大綜合法拉第的電磁感應定律：

電磁一體麥克斯韋電磁場統(tǒng)一理論（19世紀中葉）愛因斯坦的相對論進一步證實了電磁場是一個統(tǒng)一的整體庫侖定律：電荷與電荷間的相互作用泊松高斯的靜電場理論伽伐尼發(fā)現(xiàn)電流伏特歐姆法拉第等人發(fā)現(xiàn)了電流定律奧斯特的發(fā)現(xiàn)：電流的磁效應

第6頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月一電荷的量子性

強子的夸克模型具有分數(shù)電荷（或電子電荷）1

電荷有正負之分2

電荷量子性；電子電荷

10.1電荷基本性質(zhì)第7頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月3電荷守恒定律

在孤立系統(tǒng)中,電荷的代數(shù)和保持不變.（自然界的基本守恒定律之一）4電荷相對不變性實驗證明，電荷的電量與其運動狀態(tài)無關。第8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月10.2庫侖定律與疊加原理1

點電荷

當帶電體的線度比起帶電體之間的距離小很多時，帶電體就可以看成點電荷。從理論上講就是只有電量而沒有大小形狀的帶電體，由于實際帶電體都不可能小到一個點，所以點電荷像質(zhì)點力學中的質(zhì)點一樣是一種理想化模型。

帶電量不一定很小，線度也不一定很小

第9頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2

庫侖定律第10頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月（為真空介電常數(shù)）

令

庫侖定律庫侖力遵守牛頓第三定律3

庫侖力遵守疊加原理：第11頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗表明，庫侖力滿足線性疊加原理，即不因第三者的存在而改變兩者之間的相互作用。這個結論叫做靜電力的疊加原理當幾個點電荷同時存在時，某一點電荷所受的靜電力，等于各個點電荷單獨存在時該點電荷所受的靜電力的矢量和.表達式為：第12頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月解例在氫原子內(nèi),電子和質(zhì)子的間距為

.求它們之間電相互作用和萬有引力,并比較它們的大小.（微觀領域中,萬有引力比庫侖力小得多,可忽略不計.）第13頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

10.3電場和電場強度歷史上的兩種錯誤觀點：近距作用：通過“以態(tài)”傳遞。超距作用：不需要媒質(zhì)，不需要時間。近代物理學的發(fā)展證明：通過“場”進行作用第14頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月一、電場的物質(zhì)性：1.電荷之間的相互作用是通過電場傳遞的，或者說電荷周圍存在有電場，引入該電場的任何帶電體，都受到電場的作用力。電荷電場電荷第15頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2.場的物質(zhì)性體現(xiàn)在：

c.變化的電場以光速在空間傳播，表明電場具有動量。b.當帶電體在電場中移動時，電場力作功，表明電場具有能量。a.給電場中的帶電體施以力的作用。第16頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月二、電場強度

為了定量地研究電場,需要引入描述電場的基本物理量----電場強度矢量.靜電場的一個基本特性是它對引入電場的任何電荷有力的作用.因此,我們利用電場的這一特性,從中找出能反映電場性質(zhì)的某個物理量來。第17頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月為此我們引入一檢驗電荷1、檢驗電荷：本身攜帶電荷足夠?。徽紦?jù)空間也足夠小，放在電場中不會對原有電場有顯著的影響。2.將放在點電荷系產(chǎn)生的電場中，受到的作用力為，為描述電場的屬性引入一個物理量電場強度：(簡稱為場強）第18頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月

電場強度：

單位

電場中某點處的電場強度

等于位于該點處的單位試驗電荷所受的力，其方向為正電荷受力方向.電荷在電場中受力

（試驗電荷為點電荷、且足夠小,故對原電場幾乎無影響）：場源電荷：試驗電荷第19頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月點電荷的電場強度第20頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月三、場強的疊加原理：根據(jù)電場力的疊加原理,檢驗電荷在電荷系的伴存電場中某點P處所受的力等于各個點電荷單獨存在時對q0的作用力的矢量和，即而該點的總場強為：第21頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月上式說明，電場中任何一點的總場強等于各個點電荷在該點各自產(chǎn)生的場強的矢量和。這就是場強疊加原理。這是電場的基本性質(zhì)之一第22頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月四、場強的計算

如果電荷分布已知,那么從點電荷的場強公式出發(fā),根據(jù)場強的疊加原理,就可求出任意電荷分布所激發(fā)的電場的場強.下面說明計算場強的方法。第23頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月1、點電荷產(chǎn)生的場O場源位矢求場點表示的單位矢量。2、點電荷系的電場中的場強：第24頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月3、任意帶電體（連續(xù)帶電體)電場中的場強：將帶電體分成很多元電荷

dq,先求出元電荷在任意場點

p的場強對場源求積分，可得總場強：以下的問題是如何選出合適的坐標，給出具體的表達式和實施計算。第25頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月體電荷分布的帶電體的場強體分布時，電荷的體密度面分布時，電荷的面密度線分布時，電荷的線密度根據(jù)帶電體上的電荷具體分布情況，相應的計算場強公式為第26頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月面電荷分布的帶電體的場強線電荷分布的帶電體的場強上三式的右端是矢量的積分式，實際上在具體運算時，一般要化成標量式才可進行數(shù)學積分計算，即通常必須把在坐標軸上的分量式寫出，然后再積分第27頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月例1電偶極子中垂線上一點的場強

若一對等量異號電荷相距電偶極矩

(electricmoment)當>>則這一對等量異號電荷稱為電偶極子(electricdipole)第28頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月一般方法:點電荷場強疊加因>>第29頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月解：由對稱性可知，p點場強只有X分量例題2：均勻帶電圓環(huán)軸線上一點的場強。設圓環(huán)帶電量為，半徑為第30頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月由此可見，場強與電荷量q集中在圓環(huán)的中心的一個電荷在該點所激發(fā)的場強相同.從上面也可以進一步理解點電荷概念的相對性.

討論：當所求場點離開圓環(huán)的距離遠大于環(huán)的半徑時，則有第31頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月例題3：均勻帶電圓盤軸線上一點的場強。設圓盤帶電量為，半徑為解：帶電圓盤可看成許多同心的