物理学与社会进步(I)分析

静电场：
由相对于观察者静止的电荷激发的电场
二.电场强度矢量E
目的：定量描述电场的强弱和方向
出发点：电场对电荷施力作用 准备工作：试验电荷q0
条件：相对于场分布的空间， q0可视为点电荷。 q0电量足够小，对待测的电场分布的影响可忽略。 实验现象： ①同一q0 ，在场中不同点，受力大小和方向各不相同。
1
4 o
q1q2 r2
er
库仑定律 (10-1)
F
er
q2
r
q1 图10-1
er 是从点电荷q1指向点电荷q2的单位矢量。
①库仑定律的适用范围：点电荷
若带电体不能视为点电荷，则采用“化整为零，集零 为整”方法处理。
电荷q1和q2没有接触，是如何发生相互
作用的呢？
已证实：
er
q1
F q2
r
图10-1
1. 开始
二、电磁理论的建立
2. 发展
库仑
库仑扭秤
伽伐尼
伏达
伏打电池堆
罗宾逊
1 f r2 ,
0.06
卡文迪许， 0.02
贵族，科学研究
中，比库伦早11年；米切尔与卡文迪许的友谊。
库伦
f
1 r 2
,
0.04
1971年，测到的精度 (2.7 3.1) 1016
万有引力理论的指导（类比）＋实验
2、静磁学的发展、人物和应用 在西方，第一个记述磁现象的人是泰利斯，在小 亚细亚Magnesia发现了磁铁矿，Magnet来自于 地名。 系统研究是英国医生吉尔伯特（英国女王伊丽莎 白一世的御医），把磁石加工成“小地球”，模 拟“地磁”，研究磁偏角。
在中国，磁矿，对铁有吸引力，是铁的母体，管 仲称为“慈石”；秦始皇修阿房宫，做了磁铁门； 公元前4世纪，利用磁体做“司南”，指明方向， 指南针，郑和下西洋。
库仑定律
真空中,点电荷q1、 q2，相距为r
实验规律：
F q1q2 r2
方向：同性相斥，异性相吸
F
q2
r
F k q1q2 r2
k 1 4 0
q1 图10-1
k 9.0 109 N.m2 / C 2
0
1 4k
8.85 1012C 2
/
N .m 2
0称为真空介电常数
F
1 40
q1q2 r2
F
若各 dE 不同向时， d E dEx i dE y j dEz k
Ex dEx Ey dEy Ez dEz
E
E x2
E
2 y
E z2
方向：
cos Ex E
cos E y E
cos Ez E
四、场强的计算
1.点电荷q的电场
F
1
4 o
qqo r2
er
E F qo
q
4or 2
物理学与社会进步：电学篇
热机的应用极大提高了劳动效率，促进了第 一次工业革命。加之英国实现了君主立宪的资 本主义制度，英国率先完成第一次工业革命，成 为当时第一号强国，号称“日不落”帝国。
第二次工业革命是在电磁学基础上发展起来的， 从此人类告别了黑暗，进入了光明的时代。
首先研究电磁学的历史及历史人物做的贡献；其 次研究电磁学对社会进步的贡献和今日电磁学。
cos
p
x r
q
cosθ
4 or 2
即 E 1
qx
注意： 4 o ( x2 R2 )3/ 2
方向由 E F 定出. q 0为试验电荷的q电0 量,q0可正、可负，F 为试验电荷所
受的力.
具体讲：
q0为正，则 E与q0受力方向相同
q0为负，则 E与q0受力方向相反
q
q0
EF
q
F q0
E
E F q0
q0因极性不同，受力方向不同，但q0所在处场强的方 向是唯一的。由场源电荷q的电性决定.
q为正，E 背向q
q为负，E 指向q
三.、场强叠加原理
若：第i个点电荷在P点激 发的电场为 Ei 则：P点总场强
n
E Ei
i 1
q1 -q3
q2 E4
来自百度文库P E1 E3
E2
q4
注意：① E 是各 Ei 的矢量和
若电荷为连续分布的带电体，则取电荷元dq dE
E Vd E
E Vd E 若各 dE 同向时， E dE
②在场中的同一点，不同q0 （同性）受力大小不同但 方向一致
F
据描此述，该将点处q的0 电及场F 的的性方质向。合起来作为一个物理量，用来
定义： E F
q0
大小： E F q0
q0=+1C,E=F
物理含义：
单位：N/C,或V/m
电场中某点处的电场强度是一矢量。其大小等于单位 电荷在该点所受电场力的大小。
er
(10-5)
.P
r er
q
图10-2
E
的大小：E
q
4 o r 2
若q>0,电场方向由点电荷沿径向指向四周；若 q<0,则反向。即点电荷的电场具有球对称性。
例题10-3 一圆环半径为R、均匀带电q，求轴线
上一点的场强。
解 由对称性可知，轴线上的
电场方向是沿轴线向上的。
dE
E dE
E
dq 环 4 or 2
希腊哲学家泰利斯（前6世纪）记录了织工们的发现：毛皮 摩擦过的琥珀具有吸引轻小物体的能力。
16世纪，英国医生吉尔伯特，英国女王伊丽莎白一世的御 医，对金刚石、硫磺、明矾等物质做了实验，摩擦后能够获 得吸引轻小物体的能力。称为电性。
琥珀,希腊文 ,英语electron, electricity.
盖里克，多才多艺的工程师，担任德国马德堡市长35年。 1654做了马德堡半球实验;1660年，用硫磺球做实验，布 帛与之摩擦，发明了一台产生大量电荷的摩擦起电机，用 起电机带电吸引轻小物体羽毛。实验装置
产生
作用
电荷q1
电场
电荷q2
作用
产生
什么是电场？如何描述电场？
§10-4 电场和电场强度
§10-4 电场和电场强度
一、电场： 存在于电荷周围的一种特殊的物质
物质性：①电场对处于场中的电荷有力作用
能量 作用
②电场力对场中的运动电荷做功，电场具有 ③ 电场能与其他物质（导体、电介质）相互
特殊性： 区别于实体物质，电场具有空间叠加性。
1、静电学的开端
古代的中国与电
中国，三千多年前的甲骨文中已经有了“电”， 所指的雷电。公元前2世纪的方士们用元气论解 释了雷电的形成。提出：“阴阳相薄为雷，激扬 为电”（西汉刘安《淮南子.坠形训》），并发明 了名叫“砥吻”的避雷装置（唐代王睿《灸壳 子》）。
评述：
元气论认为，万物的基本成分是阴、阳二气。类似于我们 说的正电、负电，有无“粒子性”没有说明。“阴阳相薄， 激扬”有“阴气、阳气相互摩擦”的含义。 “砥吻”原 指神话传说中的能够噴浪降雨的大鱼，后来指的是屋脊两 端的鱼尾装砖瓦。雨天的屋面和墙壁是与大地相同的导体， 通过“砥吻”的尖端放电可以达到避雷的目的。