中科大电磁学一PPT课件
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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
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
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
图1.9 库仑扭秤实验装置
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
40 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：
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
§1.1.3两任意带电体间的静电力
静电力的叠加原理
实验表明，不管一个体系中存在多少个 点电荷，每一对点电荷之间的作用力都 不会因其他电荷的存在而改变，都服从 库仑定律。任一点电荷所受到的力等于 所有其他点电荷单独作用于该点电荷的 库仑力的矢量和。这称为静电力的叠加 原理。
k=8.987551787×109Nm2/C2
由此可确定 0的值，
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。
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
图1.2电子的发现者 汤姆逊(J.J.Thomson)
图1.3 美国物理学家 密立根(R.A.Milliken)
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。
§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
（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 不存在不依附物质的单独电荷
（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
图1.1 美国科学家富兰克林
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）
（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
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 移到另外一部分。
讨论:
wenku.baidu.com 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。
（6） 电子是实物粒子，具有波粒二象性
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
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。
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；
2、数学表达式
F12
k
q1q2 r122
er
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
第一章 真空中的静电场
§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
§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
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。
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1.4
图1.5
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。
适用范围 r：10－15cm到109cm尺度范围
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
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
图1.9 库仑扭秤实验装置
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
40 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：
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
§1.1.3两任意带电体间的静电力
静电力的叠加原理
实验表明，不管一个体系中存在多少个 点电荷，每一对点电荷之间的作用力都 不会因其他电荷的存在而改变，都服从 库仑定律。任一点电荷所受到的力等于 所有其他点电荷单独作用于该点电荷的 库仑力的矢量和。这称为静电力的叠加 原理。
k=8.987551787×109Nm2/C2
由此可确定 0的值，
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。
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
图1.2电子的发现者 汤姆逊(J.J.Thomson)
图1.3 美国物理学家 密立根(R.A.Milliken)
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。
§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
（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 不存在不依附物质的单独电荷
（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
图1.1 美国科学家富兰克林
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）
（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
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 移到另外一部分。
讨论:
wenku.baidu.com 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。
（6） 电子是实物粒子，具有波粒二象性
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
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。
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；
2、数学表达式
F12
k
q1q2 r122
er
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
第一章 真空中的静电场
§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
§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
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。
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1.4
图1.5
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。