《电磁学》教案
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• 一金箔制的小球用细线悬挂着，当一带电棒接近小球 时，小球被吸引；小球一旦接触带电棒后，又立即被 排斥；若再用手接触小球，它又能被带电棒重新吸引。 试解释这一现象。
计算题：
• 两自由电荷+q和±4q距离为l，第三个电荷这样放置，使整个系统 处于平衡。求第三个电荷的位置、电量大小及符号。
物质的电结构
基本粒子：
电子——电量e=－1.6×10-19C， 质量m=9.11×10-31kg 质子——电量e=1.6×10-19C， 质量m=1.67×10-27kg 夸克―组成核子（质子和中子）的微粒。 电荷的量子化：
电荷是不连续的，它由不可分割的基本单元——基本电荷e 所组成。一切物体所带电荷的数量都是基本电荷的整数倍。
（静电力约为万有引力的1039倍。）
例题2：设铁原子中的两个质子相距4.0×10-15m，求库仑 斥力。
（F=14N ) 由此可知，质子间一定还有其它比电力更强的引力存在。
思考题：
• 根据库仑定律，当两电荷的电量一定时，它们之间的 距离 r 越小，作用力越大。当 r 趋近于零时，作用力将 无限大。这种看法对不对？为什么？
第一章 静电学的基本规律
• §1.1 物质的电结构 电荷守恒定律 • §1.2 库仑定律 • §1.3 电场和电场强度 • §1.4 电势 • §1.5 高斯定理 • §1.6 静电场的基本方程式 • §1.7 静电能
§1.1 物质的电结构 电荷守恒定律 • 电荷 • 物质的电结构 • 电荷守恒定律 • 导体和绝缘体 • 例题和习题
电荷
• 1、材料经摩擦后具有吸引轻小物体能力， 称之为“带 电”。
• 2、自然界只存在两类电荷。（富兰克林命名） • 3、电荷之间存在相互作用——同类相斥，异类相吸。 • 4、物体带电的过程： • （1）摩擦起电——电子从一个物体转移到另一个物体 • （2）静电感应——电子从物体的一部分转移到另一部分。 • 共同点：出现的正负电荷数量一定相等。
分子或原子内的电子受核吸引力的约束极强，不能自由运动，在 通常的电力下，基本上不能导电。 半导体：
导电能力介于导体和绝缘体之间，如锗、硅等。
思考题：
• 1、用绝缘柱支撑的金属导体未带电，现将一带正电的金属小球靠近 该金属导体，讨论小球的受力情况。
• 2、为什么摩擦起电常发生在绝缘体上？能否通过摩擦使金属导体起 电？
一切宏观和微观过程。 所有的惯性系。 电荷守恒的原因： 电荷的量子性（不可再分割）； 电子的稳定性（不能衰变）
导体和绝缘体
导体： 内部有大量的自由电荷，当其受力作用时，很容易从一处向另一
处迁移，因而有很好的导电性。分为两类—— （1）金属。由带正电的离子和大量自由电子组成。 （2）熔融的盐、酸、碱和盐的水溶液。没有自由电子，却有可以自 由运动的正负离子。 绝缘体：
• 表达式：
F12
k
q1q2 r122
r12
• 适用范围：
（1） 两电荷相对于观察者静止。
（2） 静止电荷对运动电荷的作用力遵从库仑定律，反之不成立
（3） r 的变化范围：10-17 m—107m。
电量的单位
• Hale Waihona Puke Baidu量的单位
SI单位制中，电荷量的单位是库仑。
• 定义：
如果导线中载有1A的稳恒电流，则在1s内通过导线横截面的 电荷量为1库仑。即 1C=1A·s
• 3、在厘米·克·秒制静电单位（CGSE）中，长度的单位是厘米，质量 的单位是克，力的单位是达因（1达因=10-5牛顿）。在库仑定律中， 令比例系数k=1，可以确定电量的单位。这样规定的电量单位称为 CGSE电量。试求出CGSE电量与库仑的换算关系。
计算题：
• 在早期（1911年）进行的许多实验中，密立根测得一些单个油 滴的电量的绝对值如下： 6.653×10-19C 13.13×10-19C 19.71×10-19C 8.204×10-19C 16.48×10-19C 22.89×10-19C 11.50×10-19C 18.08×10-19C 26.13×10-19C 试根据这些数据，推测基元电荷e的数值。
原子结构：
（1）实验和理论：1911年卢瑟福用α粒子轰击原子，提出原子 的核模型。玻耳和索末菲又提出电子绕原子核转动的模型。
（2）原子结构：原子由带正电的原子核和核外电子构成。原 子核由质子和中子组成。原子直径约为10-8cm,原子核的直径约为 10-12cm。原子的质量几乎全部集中于原子核中。 原子核结构：
• 比例系数 k 9 190 N m 2/C 2
取 k410,则 F 410qr1q 22
真空介电常数ε0的单位
0 8 .8 5 1 1 0 C 22/N (m 2)
叠加原理
• 内容：
•
两个点电荷间的作用力不因第三个电荷的存在而改变。如果
存在两个以上的点电荷，其中任一电荷所受到的力等于所有其它
点电荷单独作用于该电荷的库仑力的矢量和。
• 表达式：
•
第j个点电荷作用于第i个点电荷的力
Fij
1
4 0
qiqj rij2
rˆij
•
第i个点电荷qi受到的合力为
F
j
Fij
1 40
N j1,ji
qiqj rij2
rˆij
库仑定律的应用
例题1：氢原子中电子和质子的距离约为5.3×10-11m,两粒 子之间的静电力和万有引力各为多大？
放射现象的发现说明原子核具有复杂的结构。带正电的质子 和不带电的中子依靠短程、强大的核力结合在一起。
电荷守恒定律
实验事实： 通常情况下，物体内部正负电荷数量相等，呈现电中性状态的
物体的带电过程（如摩擦起电、感应带电）是由于这种平衡的破 坏。 定律的内容
在任何时刻，存在于孤立系统内部的正电荷与负电荷的代数 和恒定不变。在通常的宏观电学现象中，可以理解为在变化过程 中基本粒子（电子、质子）的数目保持不变，而只是组合的方式 或者位置发生改变。 适用范围：
§1.2 库仑定律
• 库仑定律 • 电量的单位 • 叠加原理 • 库仑定律的应用 • 例题和习题
库仑定律
• 点电荷： 一个具有一定质量和电荷的几何点——理想模型。 • 定律内容：
真空中两个静止点电荷间的相互作用力，跟它们所带电荷量
的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向
在它们的连线上，同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引。
计算题：
• 两自由电荷+q和±4q距离为l，第三个电荷这样放置，使整个系统 处于平衡。求第三个电荷的位置、电量大小及符号。
物质的电结构
基本粒子：
电子——电量e=－1.6×10-19C， 质量m=9.11×10-31kg 质子——电量e=1.6×10-19C， 质量m=1.67×10-27kg 夸克―组成核子（质子和中子）的微粒。 电荷的量子化：
电荷是不连续的，它由不可分割的基本单元——基本电荷e 所组成。一切物体所带电荷的数量都是基本电荷的整数倍。
（静电力约为万有引力的1039倍。）
例题2：设铁原子中的两个质子相距4.0×10-15m，求库仑 斥力。
（F=14N ) 由此可知，质子间一定还有其它比电力更强的引力存在。
思考题：
• 根据库仑定律，当两电荷的电量一定时，它们之间的 距离 r 越小，作用力越大。当 r 趋近于零时，作用力将 无限大。这种看法对不对？为什么？
第一章 静电学的基本规律
• §1.1 物质的电结构 电荷守恒定律 • §1.2 库仑定律 • §1.3 电场和电场强度 • §1.4 电势 • §1.5 高斯定理 • §1.6 静电场的基本方程式 • §1.7 静电能
§1.1 物质的电结构 电荷守恒定律 • 电荷 • 物质的电结构 • 电荷守恒定律 • 导体和绝缘体 • 例题和习题
电荷
• 1、材料经摩擦后具有吸引轻小物体能力， 称之为“带 电”。
• 2、自然界只存在两类电荷。（富兰克林命名） • 3、电荷之间存在相互作用——同类相斥，异类相吸。 • 4、物体带电的过程： • （1）摩擦起电——电子从一个物体转移到另一个物体 • （2）静电感应——电子从物体的一部分转移到另一部分。 • 共同点：出现的正负电荷数量一定相等。
分子或原子内的电子受核吸引力的约束极强，不能自由运动，在 通常的电力下，基本上不能导电。 半导体：
导电能力介于导体和绝缘体之间，如锗、硅等。
思考题：
• 1、用绝缘柱支撑的金属导体未带电，现将一带正电的金属小球靠近 该金属导体，讨论小球的受力情况。
• 2、为什么摩擦起电常发生在绝缘体上？能否通过摩擦使金属导体起 电？
一切宏观和微观过程。 所有的惯性系。 电荷守恒的原因： 电荷的量子性（不可再分割）； 电子的稳定性（不能衰变）
导体和绝缘体
导体： 内部有大量的自由电荷，当其受力作用时，很容易从一处向另一
处迁移，因而有很好的导电性。分为两类—— （1）金属。由带正电的离子和大量自由电子组成。 （2）熔融的盐、酸、碱和盐的水溶液。没有自由电子，却有可以自 由运动的正负离子。 绝缘体：
• 表达式：
F12
k
q1q2 r122
r12
• 适用范围：
（1） 两电荷相对于观察者静止。
（2） 静止电荷对运动电荷的作用力遵从库仑定律，反之不成立
（3） r 的变化范围：10-17 m—107m。
电量的单位
• Hale Waihona Puke Baidu量的单位
SI单位制中，电荷量的单位是库仑。
• 定义：
如果导线中载有1A的稳恒电流，则在1s内通过导线横截面的 电荷量为1库仑。即 1C=1A·s
• 3、在厘米·克·秒制静电单位（CGSE）中，长度的单位是厘米，质量 的单位是克，力的单位是达因（1达因=10-5牛顿）。在库仑定律中， 令比例系数k=1，可以确定电量的单位。这样规定的电量单位称为 CGSE电量。试求出CGSE电量与库仑的换算关系。
计算题：
• 在早期（1911年）进行的许多实验中，密立根测得一些单个油 滴的电量的绝对值如下： 6.653×10-19C 13.13×10-19C 19.71×10-19C 8.204×10-19C 16.48×10-19C 22.89×10-19C 11.50×10-19C 18.08×10-19C 26.13×10-19C 试根据这些数据，推测基元电荷e的数值。
原子结构：
（1）实验和理论：1911年卢瑟福用α粒子轰击原子，提出原子 的核模型。玻耳和索末菲又提出电子绕原子核转动的模型。
（2）原子结构：原子由带正电的原子核和核外电子构成。原 子核由质子和中子组成。原子直径约为10-8cm,原子核的直径约为 10-12cm。原子的质量几乎全部集中于原子核中。 原子核结构：
• 比例系数 k 9 190 N m 2/C 2
取 k410,则 F 410qr1q 22
真空介电常数ε0的单位
0 8 .8 5 1 1 0 C 22/N (m 2)
叠加原理
• 内容：
•
两个点电荷间的作用力不因第三个电荷的存在而改变。如果
存在两个以上的点电荷，其中任一电荷所受到的力等于所有其它
点电荷单独作用于该电荷的库仑力的矢量和。
• 表达式：
•
第j个点电荷作用于第i个点电荷的力
Fij
1
4 0
qiqj rij2
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•
第i个点电荷qi受到的合力为
F
j
Fij
1 40
N j1,ji
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库仑定律的应用
例题1：氢原子中电子和质子的距离约为5.3×10-11m,两粒 子之间的静电力和万有引力各为多大？
放射现象的发现说明原子核具有复杂的结构。带正电的质子 和不带电的中子依靠短程、强大的核力结合在一起。
电荷守恒定律
实验事实： 通常情况下，物体内部正负电荷数量相等，呈现电中性状态的
物体的带电过程（如摩擦起电、感应带电）是由于这种平衡的破 坏。 定律的内容
在任何时刻，存在于孤立系统内部的正电荷与负电荷的代数 和恒定不变。在通常的宏观电学现象中，可以理解为在变化过程 中基本粒子（电子、质子）的数目保持不变，而只是组合的方式 或者位置发生改变。 适用范围：
§1.2 库仑定律
• 库仑定律 • 电量的单位 • 叠加原理 • 库仑定律的应用 • 例题和习题
库仑定律
• 点电荷： 一个具有一定质量和电荷的几何点——理想模型。 • 定律内容：
真空中两个静止点电荷间的相互作用力，跟它们所带电荷量
的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向
在它们的连线上，同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引。