中科大电磁学(全套课件)
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1924年，法国物理学家德布罗意(L.V.deBoglie)提出 电子具有波粒二象性，奠定了量子力学的基础
图1.6世界上首次发现 反物质的科学家 赵忠尧院士
图1.7丁肇中教授领导 建立的α磁谱仪
课件 13
图1.8 在太空中 寻找反物 质的 α磁 谱仪
4、电荷守恒定律
电荷守恒定律 对于一个系统，如果没有净电荷出入其 边界，则该系统的正负电荷的电量代数 和将保持不变，称为电荷守恒定律。 电荷只能发生改变，从一个物体转移到 另外一个物体，或者从物体的一部分转 移到Leabharlann Baidu外一部分。
课件 15
讨论:
物理学的基本规律 适用于一切宏观和微观过程，在所有的惯性系中 都成立，是一个相对论性不变量。 与电荷的量子属性有关 与电子的稳定性有关（>1021年） 近年来电荷不守恒的实验报道，中子衰变过程中 有中子衰变，由此认为中子的电荷不守恒，概率 与电荷守恒的衰变概率之比为7.9×10-21。 电子电量的绝对值与质子电量精确相同，保持物 体的电中性，否则会大大超过引力，不可能形成 星体的。
第一章
真空中的静电场
课件
1
§1.1 电荷与库仑定律
1.电荷与电荷守恒定律
2. 库仑定律 3. 两任意带电体间的静电力
课件
2
§1.1.1 电荷与电荷守恒定律
1、电荷： （1）摩擦起电 （2）两种电荷
任何物体本身都有电荷，只不过数量相等。 自然界只有两种电荷，正电荷和负电荷
课件
3
正负电荷的定义
按惯例即富兰克林当初的定义： 在室温下丝绸摩擦过的玻璃棒 所带的电荷称为正电荷； 毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电 荷称为负电荷。
课件 22
5、电荷与质量的比较
（1）都是物体的一种属性 （2）都遵守平方反比定律 （3）遵循守恒定律 （4）质量只有一种，而电荷有正负之分 （5）质量有相对论效应，而电荷无相对论效应 （6）电荷具有量子性，而质量无量子性
（4） 电子是点电荷
电子电荷集中在半径小于10-18m的小体积内
（5）电荷对称性－反粒子
1931年狄拉克预言反电子－正电子的存在 1932年Anderson发现反电子(e+)。近代高能物理发 现，对于每种带正电荷的基本粒子，必然存在与之 对应的带等量负电荷的另一种基本粒子－反粒子
（6） 电子是实物粒子，具有波粒二象性
图1.1 美国科学家富兰克林
课件 4
2、电荷的特点：
（1）电荷的性质： 同种电荷相斥，异种电荷相吸 （2）电量：物体所带电荷的数量 测量电量的仪器：验电器、静电计 电子电量 1.602176462(83)×10－19C （1999年数据）
课件
5
（3）电子的发现及其电荷测量
1891年，英国斯通尼：电的自然单位electon 1897年，Thomson发现电子，并用荷质比测量了 阴极射线粒子的荷质比： e/m＝107 ~3×107 荣获1906年的诺贝尔物理奖 1898年，斯托克斯测量电荷最小单位 e＝5 ×10-10静电单位 1906－1908年，美国密立根用油滴实验，测定电 荷最小单位是 e＝4.06 ×10-10静电单位， 由此荣获1923年的诺贝尔奖
课件 17
2、数学表达式 q1q2 F12 k 2 er r12
F12是电荷1对电荷2的作用力，q1和q2是点 电荷1和2的电量，r12是两点电荷间的距离， er是两点电荷间的单位矢量，k是比例系数 2对1的作用力F21和1对2的作用力F12满足 牛顿第三定律：
F21 F12
课件
18
两静止电荷间的作用力是有心力 适用范围 r：10－15cm到109cm尺度范围
课件 21
4、库仑定律与万有引力的比较
电力与引力的比较 （1）平方反比定律，精确度不一样 （2）是自然界的两种基本力,都是长程力 （3）作用的转播子不一样 场作用力 光子，引力子（？） （4）作用强度不同 万有引力最弱的四大力，仅为电磁力的10-37 （5）电力可以屏蔽，而引力无从屏蔽
0 =8.854187817×10-12 C2 /(Nm2)
3、库仑定律的说明
是一条实验定律 成立的条件是真空和静止
真空的条件只是为了除去其他电荷的影响和周 围的感应和极化等因素的影响，不是必要条件。 静止要求两电荷相对静止，或者静止电荷对运 动电荷的作用力；但不能推广到运动电荷对静止 电荷的作用力。
课件
8
图1.4
课件
9
图1.5
课件
10
3、点电荷
（1） 电磁学意义上的点电荷 当一个带电体本身的线度比所研究的问题中所涉及 的距离小很多时，该带电体的形状与电荷与其上的 分布状况均无关紧要，该带电体就可以看作一个带 电的点，叫点电荷，因此它是一个相对的概念。 （2）电荷的量子性 实验发现：自然界中，电荷总是以一个基本单元的 整数倍出现。 （3）电荷是物质的基本属性 11 课件 不存在不依附物质的单独电荷
图1.9 库仑扭秤实验装置
课件
19
比例系数K值的确定
K的数值、量纲与单位制的选择有关。 在国际单位制（SI）中，电量单位是库仑（C）， 距离单位m，力单位N，
k
1 4 0
0 是物理学中一个基本物理常量，称为真空电容
率或真空介电常量。由实验确定K值为： 由此可确定
0的值，
k=8.987551787×109Nm2/C2
课件 16
§1.1.2库仑定律(Coulomb’s law)
1、库仑定律的表述
对于两个点电荷，库仑1785年通过对扭秤实验结 果的分析，总结了两个静止点电荷间相互作用力 的规律，即库仑定律，其主要内容是： 在真空中，两个静止点电荷q1和q2之间的相互 作用力的大小和q1与q2的乘积成正比； 和它们之间的距离r的平方成反比； 作用力的方向沿着它们的联线； 同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引；
课件 6
图1.2电子的发现者 图1.3 美国物理学家 汤姆逊(J.J.Thomson) 密立根(R.A.Milliken)
课件
7
20世纪60年代物理学家提出了一种更基 本的粒子——夸克(quark) 但都不是以自由状态存在，而是被禁闭 在强子内部，不能脱离强子自由运动。 带电量为e/3，和2/3e，即基本电荷电量 变小。
图1.6世界上首次发现 反物质的科学家 赵忠尧院士
图1.7丁肇中教授领导 建立的α磁谱仪
课件 13
图1.8 在太空中 寻找反物 质的 α磁 谱仪
4、电荷守恒定律
电荷守恒定律 对于一个系统，如果没有净电荷出入其 边界，则该系统的正负电荷的电量代数 和将保持不变，称为电荷守恒定律。 电荷只能发生改变，从一个物体转移到 另外一个物体，或者从物体的一部分转 移到Leabharlann Baidu外一部分。
课件 15
讨论:
物理学的基本规律 适用于一切宏观和微观过程，在所有的惯性系中 都成立，是一个相对论性不变量。 与电荷的量子属性有关 与电子的稳定性有关（>1021年） 近年来电荷不守恒的实验报道，中子衰变过程中 有中子衰变，由此认为中子的电荷不守恒，概率 与电荷守恒的衰变概率之比为7.9×10-21。 电子电量的绝对值与质子电量精确相同，保持物 体的电中性，否则会大大超过引力，不可能形成 星体的。
第一章
真空中的静电场
课件
1
§1.1 电荷与库仑定律
1.电荷与电荷守恒定律
2. 库仑定律 3. 两任意带电体间的静电力
课件
2
§1.1.1 电荷与电荷守恒定律
1、电荷： （1）摩擦起电 （2）两种电荷
任何物体本身都有电荷，只不过数量相等。 自然界只有两种电荷，正电荷和负电荷
课件
3
正负电荷的定义
按惯例即富兰克林当初的定义： 在室温下丝绸摩擦过的玻璃棒 所带的电荷称为正电荷； 毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电 荷称为负电荷。
课件 22
5、电荷与质量的比较
（1）都是物体的一种属性 （2）都遵守平方反比定律 （3）遵循守恒定律 （4）质量只有一种，而电荷有正负之分 （5）质量有相对论效应，而电荷无相对论效应 （6）电荷具有量子性，而质量无量子性
（4） 电子是点电荷
电子电荷集中在半径小于10-18m的小体积内
（5）电荷对称性－反粒子
1931年狄拉克预言反电子－正电子的存在 1932年Anderson发现反电子(e+)。近代高能物理发 现，对于每种带正电荷的基本粒子，必然存在与之 对应的带等量负电荷的另一种基本粒子－反粒子
（6） 电子是实物粒子，具有波粒二象性
图1.1 美国科学家富兰克林
课件 4
2、电荷的特点：
（1）电荷的性质： 同种电荷相斥，异种电荷相吸 （2）电量：物体所带电荷的数量 测量电量的仪器：验电器、静电计 电子电量 1.602176462(83)×10－19C （1999年数据）
课件
5
（3）电子的发现及其电荷测量
1891年，英国斯通尼：电的自然单位electon 1897年，Thomson发现电子，并用荷质比测量了 阴极射线粒子的荷质比： e/m＝107 ~3×107 荣获1906年的诺贝尔物理奖 1898年，斯托克斯测量电荷最小单位 e＝5 ×10-10静电单位 1906－1908年，美国密立根用油滴实验，测定电 荷最小单位是 e＝4.06 ×10-10静电单位， 由此荣获1923年的诺贝尔奖
课件 17
2、数学表达式 q1q2 F12 k 2 er r12
F12是电荷1对电荷2的作用力，q1和q2是点 电荷1和2的电量，r12是两点电荷间的距离， er是两点电荷间的单位矢量，k是比例系数 2对1的作用力F21和1对2的作用力F12满足 牛顿第三定律：
F21 F12
课件
18
两静止电荷间的作用力是有心力 适用范围 r：10－15cm到109cm尺度范围
课件 21
4、库仑定律与万有引力的比较
电力与引力的比较 （1）平方反比定律，精确度不一样 （2）是自然界的两种基本力,都是长程力 （3）作用的转播子不一样 场作用力 光子，引力子（？） （4）作用强度不同 万有引力最弱的四大力，仅为电磁力的10-37 （5）电力可以屏蔽，而引力无从屏蔽
0 =8.854187817×10-12 C2 /(Nm2)
3、库仑定律的说明
是一条实验定律 成立的条件是真空和静止
真空的条件只是为了除去其他电荷的影响和周 围的感应和极化等因素的影响，不是必要条件。 静止要求两电荷相对静止，或者静止电荷对运 动电荷的作用力；但不能推广到运动电荷对静止 电荷的作用力。
课件
8
图1.4
课件
9
图1.5
课件
10
3、点电荷
（1） 电磁学意义上的点电荷 当一个带电体本身的线度比所研究的问题中所涉及 的距离小很多时，该带电体的形状与电荷与其上的 分布状况均无关紧要，该带电体就可以看作一个带 电的点，叫点电荷，因此它是一个相对的概念。 （2）电荷的量子性 实验发现：自然界中，电荷总是以一个基本单元的 整数倍出现。 （3）电荷是物质的基本属性 11 课件 不存在不依附物质的单独电荷
图1.9 库仑扭秤实验装置
课件
19
比例系数K值的确定
K的数值、量纲与单位制的选择有关。 在国际单位制（SI）中，电量单位是库仑（C）， 距离单位m，力单位N，
k
1 4 0
0 是物理学中一个基本物理常量，称为真空电容
率或真空介电常量。由实验确定K值为： 由此可确定
0的值，
k=8.987551787×109Nm2/C2
课件 16
§1.1.2库仑定律(Coulomb’s law)
1、库仑定律的表述
对于两个点电荷，库仑1785年通过对扭秤实验结 果的分析，总结了两个静止点电荷间相互作用力 的规律，即库仑定律，其主要内容是： 在真空中，两个静止点电荷q1和q2之间的相互 作用力的大小和q1与q2的乘积成正比； 和它们之间的距离r的平方成反比； 作用力的方向沿着它们的联线； 同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引；
课件 6
图1.2电子的发现者 图1.3 美国物理学家 汤姆逊(J.J.Thomson) 密立根(R.A.Milliken)
课件
7
20世纪60年代物理学家提出了一种更基 本的粒子——夸克(quark) 但都不是以自由状态存在，而是被禁闭 在强子内部，不能脱离强子自由运动。 带电量为e/3，和2/3e，即基本电荷电量 变小。