大学物理下课件.ppt

e.g. 质子 p=2(2e/3)+1(-e/3)
上夸克 下夸克 中子 n=1(2e/3)+2(-e/3)
⑶守恒性
——在任何相互作用过程中,q保持不变
e.g.
聚变反应：12 H
3 1
H
4 2
He
01n
正负电子湮灭：1e 1e 2
(Positron Annihilation Technique)
q S S
则有
e
E dS S
SE dS
q
0
③闭曲面: 未包围q的任意闭曲面S
q
则有 e
E dS
S
S
0
综上，对于q的电场中任意闭曲面S，有
§1.7高斯定律(Gauss’s Law)
——通过任意闭曲面的电通量等于该曲面所 包围的电荷的代数和除以0
E
dS
q内
S
0
[推导] ⑴对于点电荷q的电场 ①闭曲面: 以q为中心的球面S
R q
S
则有
e
E dS
S
SEdS
q
4 0 R 2
dS
S
q 4 0 R 2
4R 2
q 0
②闭曲面: 包围q的任意闭曲面S
六、联系方式 e-mail: hansz@bjut.edu.cn Tel: 67391737-202
七、物理竞赛 欢迎参加物理竞赛
3
电磁学 (ELECTROMAGNETISM)
——电磁场及其与物质的相互作用
电磁学
静电场
静止电荷的电场 电势 静电场中的导体 静电场中的电介质
恒定磁场
磁力 磁场的源
电磁感应与Maxwell方程组
电场的描述—— E , V , w
场强 电势 能量密度
1.场强的定义
E F / q0
SI单位：N/C or V/m
wenku.baidu.com
2.场强叠加原理
q1 q2
qi
P Ei E
qN
E Ei
电荷连续分布情形：
E dE
电荷元dq产生的场强
Note: 点电荷场强＋场强叠加原理＝计算场 强的基本方法
3.场强计算举例
1785年， 4102 (Coulomb) 1873年， 5105 (Maxwell) 1936年， 2109 (Laudon) 1971年， 2.7 1016 (Williams)
②实验的空间尺度: r=1017～107 m
§1.3 电力叠加原理(Principle of Superposition for Electric Forces)
F
k
q1q2 r2
r0
r 0 ——沿 r 方向的单位矢量
k 8.9880109 N m2 / C 2
令 k=1/40
得
F
q1q2
4 0r 2
r0
0=8.851012 C2/Nm2——真空介电常量 or 真空电容率(permittivity of vacuum)
Notes: ①实验的精确度:
F
q1q2 r 2
[例1-1] 均匀带电(Q)直线段延长线上一点的 场强．
L O x x+dx
r pX
解：建立坐标轴如图
xx+dx电荷元产生的场强：
dE
4
Q L
0(L
dx r
x)2
i
P点的总场强：
E
dE i Q
4 0L
L dx 0 (L r x)2
Q
i
4 0r(L r)
[讨论] 若 r >> L，则
E
§1.6 电通量(Electric Flux) ——按给定指向穿过一曲面的电场线数目
E
n
S d
dS
n ：法线方向矢量
计算：定义矢性面元 dS dS n0
面元法向单位矢量
dS
dS
dS
E
按给定指向穿过面 元的电场线数目:
de E dS
E dS cos
E dS
通过曲面S的电通量：e
第一章 静止电荷的电场 (Electric Field of Static Charges)
库仑定律与叠加原理 电场强度 内容： 电场线与电通量 高斯定律及其应用
§1.1 电荷(Electric Charge) ——物质的一种属性
1.电荷的性质 ⑴只有两种类型——正与负 ⑵量子性——q是基本单元的整数倍 实验: e=1.60210-19 C 基本单元 理论: e/3, 2e/3(夸克quark)
Q
4 0 r
2
i
——点电荷的场强
[例1-2]均匀带电(Q)圆环轴线上一点的场强 dq
R
O
x X
dE
解：由轴对称性：E Exi
环上dq的贡献：dEx
dq
4 0
2
cos
于是 Ex
cos dEx 40 2
dq
Q cos 40 2
Qx
4 0 ( x2 R2 )3/ 2
故 E
[思考] ①环心(x=0)处场强？
1
一、教学内容： 电磁学、光学、量子物理
二、教学考核： 期末考试成绩＋平时成绩＝期末总成绩 (平时成绩所占比例=20%)
三、收发作业： 每周二
四、答疑：
时间：每周三下午15：30~17：00
地点：数理楼3109
2
五、下载课件 网址：dxwl.bjut.edu.cn（教学园地、查看 课件） 用户名：sthanshouzhen 密码：dxwl
② x<0，结果？ ③ xR ，结果？
§1.5 电场线(Electric Field Lines) ——表示场强分布的有向曲线(旧称电力线)
电偶极子
一对等量正点电荷
一对异号不等量点电荷
23
平板电容器
24
站在雷雨 中的高地
25
性质：①连续 ②不闭合 ③不相交
[思考] 点电荷在电场中由静止释放,它是否 会沿电场线运动？
⑷相对论不变性 ——在不同参考系中观察,同一粒子的q不变
2.点电荷(point charge) ——点状电荷(理想模型) 适用情形: 带电体尺寸<<问题中的线度
§1.2 库仑定律(Coulombs Law) C.A.Coulomb(1736-1806) In 1785，扭秤实验结果：
q1
r
q2
F
q1 q2
qi
q0 Fi F
qN
实验确定：
F Fi
物理本质:两个电荷 之间的作用力不因 其它电荷的存在而 改变.
Note: 库仑定律＋电力叠加原理＝静电学的 实验基础
§1.4 电场强度(Electric Field)
M.Faraday(1791-1867)
念
q1 E1 q2
E2
“场”的概
电场——一种物质(场物质)
E dS
S
Notes: ①通量可正、可负，亦可为零． ②对于闭曲面，规定其法线方向指 向曲面外侧．
[例1-3] 如图,求通过半球面的电通量(以球 面的外法线方向为给定指向).
解：它等于通过半球面底
R
E
面的电通量:
e R2 E
[思考] ①若半球面的对 称轴 E,结果?
②若对称轴与 E的夹角为,结果?