电磁学第一章静电场1-1.ppt

第一章? 静电场 一.库仑定律的建立 Franklin 首先发现金属小杯内的软木小球完全不受杯上电荷的影响; 在Franklin的建议下，Priestel做了实验 ——提出问题 猜测答案 现象与万有引力有相同规律 由牛顿力学可知：球壳对放置在壳外的物体有引力，而放置在球壳内任何位置的物体受力为零。 类比：电力与距离平方成反比 设计实验 1769年Robison首先用直接测量方法确定电力定律，得到两个同号电荷的斥力 Cavendish实验 1772年Cavendish遵循Priestel的思想设计了实验验证电力平方反比律，如果实验测定带电的空腔导体的内表面确实没有电荷，就可以确定电力定律是遵从平方反比律的即 1785年Coulomb测出结果 精度与十三年前Cavendish的实验精度相当 库仑是扭称专家; 电斥力——扭称实验，数据只有几个，且不准确（由于漏电）——不是大量精确的实验； 库仑定律的表述 在真空中，两个静止的点电荷q1和q2之间的相互作用力大小和q1 与q2的乘积成正比，和它们之间的距离r平方成反比；作用力的方向沿着他们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。 上述公式并非都是大量实验的结果，是在事实基础上理性思维的结果。 如力的方向：分析点电荷受力：只能沿连线，否则空间旋转180°就不对称了 成立条件、适用范围、精度 条件：静止 真空 点电荷 点电荷： 静止：点电荷相对静止，且相对于观察者也静止 真空条件 作用：为了除去其他电荷的影响，使两个点电荷只受对方作用。 如果真空条件破坏会如何？——不仅只有两个电荷；总作用力比真空时复杂些，但由于力的独立作用原理，两个点电荷之间的力仍遵循库仑定律 因此可以推广到介质、导体 理论地位和现代含义 库仑定律是静电学的基础，说明了 带电体的相互作用问题 原子结构，分子结构，固体、液体的结构 化学作用的微观本质， 都与电磁力有关，其中主要部分是库仑力 电量单位 －MKSA制 1库仑：当导线中通过1安培稳恒电流时，一秒钟内通过导线某一给定截面的电量为 1C=1A·s 若F=1N, q1=q2=1C, r=1m 则 k=8.9880×109N·m2/C2 ≈9.00×109N·m2/C2 五、 库仑定律 以库仑定律为例说明： 一个物理定律建立本身就是物理学取得很大进展的标志 物理定律具有丰富、深刻的内涵和外延 对于基本定律，我们究竟从那些方面考察？ 物理定律建立的一般过程 观察现象； 提出问题； 猜测答案； 设计实验测量； 归纳寻找关系、发现规律； 形成定理、定律（常常需要引进新的物理量或模型，找出新的内容，正确表述）； 考察成立条件、适用范围、精度、理论地位及现代含义等 。 * * 电磁学是普通物理系列中最重要的基础课之一，是电工学、电子学、等离子体物理、磁流体力学、光的电磁理论等的基础，是经典物理的重要组成部分，也是近代物理和许多技术学科不可缺少的基础。 课程介绍 电磁学课程包括静电场、恒磁场、电磁感应、电磁介质、电路、麦克斯韦电磁场理论、电磁波等内容。 * 电磁现象的基本概念和基本规律 * 电荷、电流产生电场、磁场的规律 * 电场和磁场的相互联系 * 电磁场对电荷、电流的作用 * 电磁场对物质的各种效应 电磁学研究对象： §1静电的基本现象与基本规律 一、两种电荷：带电体 物质的微观结构: 自由电荷、束缚电荷、载流子 带电的过程是电子转移的过程: 摩擦起电、静电感应 测量电量：验电器、静电计 二、电荷守恒定律： 电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，也就是说，在任何物理过程中，电荷的代数和是守恒的。 说明： 1）是一切宏观过程和一切微观过程都必须遵循的基本规律。 2）适用于所有的惯性系。电荷是一个相对论性不变量。 三、导体、绝缘体和半导体 1、导体：电荷能从产生的地方迅速转移或传导到其它部分的那种物体。 2、绝缘体：电荷几乎只能停留在产生的地方的那种物体。 3、半导体：导电能力介于导体与绝缘体之间，且对温度、光照、杂质、压力、电磁场等外加条件极为敏感。 四、物质的电结构 ：阅读教材P.4 库仑定律 两个异号电荷的引力比平方反比的方次要小些。（研究结果直到1801年发表才为世人所知） 他测出不大于 0.02（未发表，100年以 后Maxwell整理他的大量手稿，才将此结果公诸于世。 与万有引力类比得 k是引进单位制后引入的常数。 讨论 注意 理想模型（已学过的） 质点 刚体 平衡态（热学） 点电荷：忽略了带电体形状、大小以