大学物理电磁学第一章资料

本章的基本要求
1.确切理解库仑定律和叠加原理； 2.正确理解电场强度和电势这二个基本概念，掌
握计算场强分布和电势分布的几种方法； 3.掌握电通量的概念及电通量的计算方法； 4.掌握反映静电场性质的二条基本定理——高斯
定理和环路定理，正确理解电场的性质； 5.理解电场线的概念，掌握电场线的性质。
§1.1 电荷（electric charge)
本章的基本内容及研究思路
本章讨论相对于观察者静止的电荷产生的 场——静电场。首先从静电现象的观察开始，认 识电荷和物质的电结构，从实验得到二个基本的 规律——库仑定律和叠加原理。然后从库仑力是 怎样作用的这一问题的讨论，引入电场，定义描 述电场属性的两个物理量——电场强度和电势， 同时介绍描述电场的形象工具——电场线和等势 面。在理论体系方面，本章从库仑定律和叠加原 理出发，导出静电场的两个定理——高斯定理和 环路定理，进而说明由已知电荷的分布求场强和 电势的计算方法。
一、电荷是物质的一种基本属性
• 自然界一切电磁现象起源于物质具有电荷 属性（电现象起源于电荷，磁现象起源于 电荷运动）
• 人们对于电的认识，最初来自人工的摩擦 起电现象和自然界的雷电现象
1、摩擦起电
两个不同质料的物体，例如丝绸和玻璃棒，毛皮和硬橡胶 棒等，经相互摩擦后，都能吸引羽毛、纸片等轻微物体。 这表明，经摩擦后它们获得了一种属性，处于一种与原来 不同的状态，我们称它为带电状态，或者说它们带了电荷。 这种处于带电状态的物体，叫做带电体
2、两种电荷
• 丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷 命名为 正电荷
• 毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷 命名为 负电荷
注意几个概念的区别和联系：
• 带电体：处于带电状态的物体 • 电荷：是指带电体的一种属性（和质量是
一个相当的物理量） • 电量：是电荷的定量测度，正电荷的电量
以正值表示，负电荷的电量以负值表示
2、定义：真空中两个静止的点电荷间的静电 力服从的规律
点电荷模型：当带电体的线度比带电体之间的 距离小得多时，它们之间的静电力基本上只取 决于它们的电荷量和距离，而与其它因素无 关 ，带电体抽象为点电荷,理想模型（质点、 刚体、平衡态）忽略了带电体的大小、形状以 及电荷分布
3、内容及数字表达式：
4、电荷守恒定律：
电荷既不能产生，也不能消失，只是由一个物体转 移到另一个物体，或者从物体的这一部分转移到另 一部分。或表述为：在一个与外界没有电荷交换的 系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程中始终 保持不变。
电荷守恒定律是物理学中普遍的基本定律
如： 宏观：摩擦起电；感应起电（静电感应） 微观：粒子的产生与湮灭过程
0
]
[q1][q2 ] [F ][r 2 ]
3
1 4 2
注意：不同的单位制中，同一物理定律有不同的表示 形式
三、库仑定律的矢量形式
1、矢Байду номын сангаас的表示
r rrˆ
2、库仑定律的矢量形式
q1
F12
q1q2
40r 2
rˆ12
注意：同号相斥，异号相吸
q2
r
rˆ
12
q1
F 21
二、电荷的基本性质
1、相互作用：同种电荷相互排斥（验电器），异种 电荷相互吸引。异种电荷在一起，效应互相抵消， 中和
2、对偶性：自然界只有正负两种电荷，物质对称性 3、量子性：（ 1906-1917年，密立根用油滴实验先从
实验上证明）一切物体所带的电荷都是分立的，电 荷的量子化。 物体所带电荷都是基元电荷的整数倍。 e=1.602*10-19库仑。 • 注意：基元电荷太小，宏观带电物体所带基元电荷 的数目非常巨大，电荷的量子化表现不出来。在经 典电磁学范围内，不考虑电荷的量子化，把宏观带 电物体所带电荷视为连续分布
第一章 静电场的基本规律
❖ 电荷（Electric charge) ❖ 库仑定律（Coulomb’s law) ❖ 静电场（Electrostatic field) ❖ 高斯定理（Gauss’ theorem) ❖ 电场线（Lines of force of electric field) ❖ 电势 (Electric potential)
“空穴”导电的半导体称为P型半导体
§1.2 库仑定律 (Coulomb’s law)
一、库仑定律
1、1785年，库仑通过扭称实验得到
• 精度与十三年前Cavendish的实验精度相 当
– 库仑是扭称专家; – 电斥力——扭称实验，数据只有几个，且不
准确（由于漏电）——不是大量精确的实验；
F电 r 2 , 10 2
三、物质的电结构理论
分子
物质原子原子核中质子子：：不带带正电电
核外电子：带负电
1、导体：允许电荷通过的物体
• 金属——价电子（自由电子） • 电解液——正负离子 • 被电离的气体——正、负离子
2、绝缘体（电介质）：不允许电荷通过的物体
束缚电荷
3、半导体：导电性介于导体与绝缘体之间
电子导电的半导体称为n型半导体
（1）两个点电荷间的静电力大小相等而方向相反， 并且沿着它们的联线；同号电荷相斥，异号电荷相 吸；
（2）静电力的大小与各自的电荷q1及q2成正比，与 距离r的平方成反比，
F k q1q2 r2
二、电荷的单位
1、高斯制：
• 基本量：长度、质量、时间、电荷量 • 基本单位：厘米、克、秒、静库。 • 电荷单位：静库（即电荷的单位为基本单位） 说明：静库通过k=1定义：
k=1时， F q1q2 r2
【 当两个电荷相等的点电荷相距1厘米，而它们 之间的静电力为1达因时，这两个点电荷的电荷 均为1静库 】
2、国际制（MKSA制）：
• 基本量： 长度、质量、时间、电流强度
• 基本单位：米、千克、秒、安培
• 电荷单位：库仑（导出单位）
（1） 库仑的定义：导线中载有1安培的稳恒（恒定）电 流，则1秒内通过横截面的电荷定义为1库仑，
1库仑=1安培·1秒
或 库仑=安培·秒
（2） k 由实验测得：k 9109牛顿 米2 /库仑2
k另表示为
k 1
真空介4电常0 数
0 8.9 1012 库仑2 /牛顿 米2
量纲： 长度（L）﹑质量（M）﹑时间（T）﹑电流强度（I） 热力学温度、物质的量、发光强度
Q Lp M qT r I n
L M T I [