第四章 电磁学基础

离的平方成反比；作用力的方向沿着它们的联线，
同号电荷相斥，异号电荷相吸。
f12
q1
e 21
r
q2
f2 1
f21
k
q1q2 r2
e21
.
万有引力
静电力
◆质点
◆点电荷：
1 F引 r 2
F引
m1m2 r2
F引
G
m1m2 r2
1 fe r 2
fe
q1q 2 r2
fe
k
q1q 2 r2
◆数学表示： 引力，斥力，方向，大小。
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早在公元前300百年就发现磁铁吸 引铁的现象。在十一世纪我国已制造 出指南针（司南）(compass)。 《山海经》中有“山中有磁石者，必
有赤金。”《水经注》记载，秦始皇
的阿房宫有“北阙门”用磁石做成的， 以防刺客。
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人们最早认识磁现象是从开采天然磁铁（称 天然磁铁为永恒磁铁）。
对其基本现象的认识归纳如下：
北京交通大学海滨学院
大学物理Ⅱ
任 课 教 师：刘雪华
手机号： 15350763575 电子邮: liuxuehua1126@163.com
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考核方式：
平时成绩×30%+期末成绩×70%=总成绩
答疑时间： 开学一周后，每周四和周六 晚上7点在实验楼二层A209
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课程安排
大学物理Ⅱ，56个学时，每周4个学时。
注意： ◆电荷不是物质而是物体的属性。 ◆电量（Q、q）：带电体所带电荷的多少 单位：库仑 符号：C
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（2） 电荷量子性 (charge quantization )
◆自然界中电荷总是以一个基本单元的整数倍出 现，这个基本单元叫电荷电量的量子。大小为 电子电量的绝对值（英，汤姆孙，1897）
e1.6021019 C
电荷守恒定律是物理学中普遍的基本定律
（４）电荷的相对论不变性 电荷的电量与它的运动状态无关。
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2. 库仑定律( Coulomb Law)
1785年，库仑通过扭称实验得到。
①库仑：（1736---1806）法国工 程师和物理学家。工兵中任过技术 军官，担任过建设要塞的工程师。 最大贡献是静电力和静磁力方面的 研究。扭秤的改进使他获得1777年 度法国科学院的奖金。
1729年左右，英国人格雷(S.Gray)发现不通过摩擦 使某些物质与带电体接触也能成为带电体。
1747 年，美国的富兰克林（B.Franklin)把这种可 传递的东西叫做电荷。电荷的多少叫电量。
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定义：
很多物体经过摩擦后分别具有吸引轻微物质 的性质，我们就称该物体为带电体或者称物体带 有电荷。 电荷有正、负两种。同种电相斥，异种电相吸。
（1） 磁铁具有两级，同号的磁极有相互排斥力， 异号的磁极有相互吸引力
（磁铁间相互作用力称为磁力）
（2）磁铁分割成小段，小段仍有两极（磁荷假说）
（3） 铁棒可以被磁化
磁铁间的相互作用
N
S
N
S
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在1820年以前，人们对磁现象的研究仅限 于磁极（magniticpole）间的相互作用。而把 磁与电分割开来，看作彼此无关。
《电磁学》 就此诞生！
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法拉第提出：变化的电流、 变化的磁场、稳恒电流的运 动以及导体在磁场中的运动 都会产生感应电流。
1864年麦克斯韦总结了前人 以及自己对电磁理论的研究 成果，归纳出著名的麦克斯 韦方程组。
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D dS q
S
Edl dm
源自文库
L
dt
BdS 0
S
Hdl Ic Id
L
第四章 电磁学基础
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类比
f
K
q1q2 r2
f
K
q1q2 r2
er
q1
r
q2
er
er 从电荷1指向电荷2
电荷2受电荷1的力
若表示 电荷1受电荷2的力
f
K
q1q2 r2
er
q
1
er
但
er
从电荷2指向电荷1
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表达式仍为
q2
r
K的取值
一般情况下，物理上处理K的方式有两种： 1)如果关系式中除K以外，其它物理量的单位已 经确定
于是他毫不犹豫地在大庭广众面前接上了电源。 .
他发现：闭合电键的瞬刻，通电导线附近的磁针 微微跳动了一下！奥斯特激动无比，回到实验室，苦 苦进行了三个月的连续实验研究，终于在 1820年7 月 21日发表了题为《关于磁针上电流碰撞的实验》的论 文。
这篇仅用 4 页纸写成的极其简洁的实验报告，向 科学界宣布了电流的磁效应，轰动整个欧洲。这一天 作为划时代的日子载入史册。
客观世界的各种力具有统一性。
奥斯特（Hans Christan Oersted， 1777-1851） 丹麦物理学家，发现了电流对磁 针的作用，从而导致了19世纪 中叶电磁理论的统一和发展。
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1820年 4月某天晚上，奥斯特在讲课的过程中突 然来了灵感，就在快要下课时，奥斯特说，让我把导 线与磁针平行放置来试试看
1906-1917年，密立根用液滴法首先从实验 上证明了，微小粒子带电量的变化不连续。
QNe
◆夸克：可能带电
1 e或 2 e
3
3
，电荷量子 化
不变。
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（3）电荷守恒定律 (law of conservation of charge)
Qi c
电荷守恒定律的表述：
在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电荷 的代数和在任何物理过程中保持不变。
◆静电场的基础知识 ◆静磁场的基础知识 ◆电磁感应与电磁波 .
I.静电场的基础知识
※真空中的静电场 ※有导体存在时的静电场 ※有电介质存在时的静电场
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4.2.1 真空中的静电场
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一. 电荷 库仑定律
1. 电荷的概念 （1）什么叫电荷？
“电”的一词来源于希腊文electron(琥珀）。因为当 初希腊最先记载琥珀被毛皮摩擦后有吸引轻小物体的 能力, 十六世纪英国的吉尔伯特（W。Gilbert)称这种 现象为物体处于带电状态。
②库仑定律的得出：通过实验测 定静电力服从反平方定律，和万 有引力类比得出静电力与电荷的 电量呈正比关系。
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（１）点电荷 • 带电体的大小、形状可以忽略 • 把带电体视为一个带电的几何点。（抽象模型）
q2
r
q1
.
（2）库仑定律表述：
在真空中，两个静止点电荷之间的相互作用力
大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距
大
第4章 电磁学基础
学
物
第5章 波动学基础
理
Ⅱ
第6章 量子物理基础
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进入正题
第4章 电磁学基础
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人类最早关注的电现象是自然界的雷电现象
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公元1600,英国皇家御医吉尔伯特：通 过实验发现相当多的物质经摩擦后都具有吸 引轻小物体的性质（“electric” )
之后，人们称为摩擦起电 。具有这种性质的 物体叫带电体，或称物体带了电或有了电荷。