《电磁学第十二章》幻灯片课件

该点产生的场强的矢量合。 证明：
F
q
0
E
2. 单位：牛顿/库仑(N·C1)；方向：检验电荷在该点的受力方向。 ◆电场强度与检验电荷无关，只与场源电荷和场点位置有关。 ◆检验电荷电量和线度要很小。
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二. 点电荷的场强
E
F q0
1
4
0
qq0 q0r2
r0
1
4
0
q r2
r0
三.场叠加原理
§12.2电场 与电场强度
点电荷系：空间某点的场强为各个点电荷在
电磁学知识体系形成简史
静磁现象和静电现象很早就受到人 类注意。系统地对这些现象进行研究则 始于16世纪。1600年英国医生吉尔伯特 发表了《论磁、磁体和地球作为一个巨 大的磁体》。
有一天，您可以对它征税，大 人。
——法拉第在被财政大臣问到 电的实用价时的回答
吉尔伯特 英国 (1544-1603)
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电磁学发 1600年吉尔伯特发表了《论磁、磁体和地球作为一个
电子与质子间的库仑力Fe与万有引力F引之比
Fe 1 e2 2.2 61309
F引 40Gmpme
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电场是电荷周围存在的一种特殊物质。
电场E
q1
q2
§12.2电场 与电场强度
一.电场强度E：检验电荷q0的电量和q0在电场中
受力F的比值。是描写电场性质的物理量。
1. 定义：
E
F
2F
3F
q
q0 2q0 3q0
运动状态无关。
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§12.1电荷 库仑定律
◆点电荷：当带电体本身的线度比所研究的问题中涉及的
距离小得多时，该带电体就可看着是一个带电的点。
q1 r12
F12
其中 k=8.99×109N·m2·C-2，其计算式： k
q1
1 4 0
r
e r12
q2
其中0 =8.85×10-12 C2 ·N-1 ·m-2——真空介电常数。
例 通常情况下中性氢原子的电荷分布：大小为
+e的电荷被密度为(r)= -Ｃe-2r/a的负电荷所
包围，a是“玻尔半径”，a=0.53×－10m，
§12.1电荷 库仑定律
C是为了使电荷总量等于－e所需要的常量。试
问在半径为a的球内净电荷是多少？
解 设-e的分布由r=0到r=，则有
e 4 r 2( r ) d r 4 r 2 C 2 r /a e d C ra 3
2.感应起电：电荷在同一物体上移动。
3.原子核反应
4 2H 17 eN 4 18O 7 1 1H
三.质子和中子的电荷分布
4r2
4r2
0 0.5
r/10-15m 0.5
1.5
0
1.5 r/10-15m
质子只有正电荷， 集中在半径约为10-15m 的体积内。中子内有电 荷，正电集中在中心， 外为负电，正负电荷电 量相等，对外不显电6 性。
巨大的磁体》；
展大事记 1750年米切尔提出磁极间作用力服从平方反比定律；
1785年库仑公布了库仑定律，使电学和磁学进入了定量研究的阶段； 1780年伽伐尼发现动物电； 1800年伏打发明电堆，电学由静电走向动电； 1820年奥斯特发现电流的磁效应；
？年安培提出了右手定则，建立安培定律； 1831年法拉第发现电磁感应现象； 1826年欧姆确定了电路的基本规律——欧姆定律； 1865年麦克斯韦把法拉第的电磁近距作用思想和安培开创的电动力 学规律结合在一起，用一套方程组概括电磁规律，建立了电磁场理 论，预测了光的电磁性质，终于实现了物理学史上第二次大综合。
◆ 正电子和质子都各带一个正的基本电荷；
◆ 反质子和负介子都各带一个负的基本电荷；
◆ 近代物理从理论上预言基本粒子由若干种夸克或反夸克组成，
每个夸克或反夸克可能带有±e/3或±2e/3的电量。
五.电荷的相对论不变性
-
氢
分+ +
子
-
-
氦
++
原 子
-
实验证明，氢分子和氦原子都精确的是电中性，即电荷电量与
F12
1
40
q1q2 r122
e12
9
库仑——法国工程师、物理学家。1736 年6月14日生于法国昂古莱姆。1806年8月23 日在巴黎逝世。
早年就读于美西也尔工程学校。毕业后， 进入皇家军事工程队当工程师。致力于科学 研究。研究院成员。
1773年发表有关材料强度的论文，所提 出的计算物体上应力和应变分布情况的方法 沿用到现在，是结构工程的理论基础。1777年开始研究静电和磁力 问题。当时法国科学院悬赏征求改良航海指南针中的磁针问题。库 仑认为磁针支架在轴上，必然会带来摩擦，提出用细头发丝或丝线 悬挂磁针。研究中发现线扭转时的扭力和针转过的角度成比例关系， 从而可利用这种装置测出静电力和磁力的大小，这导致他发明扭秤。 1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。设计出水 下作业法，类似现代的沉箱。1785-1789年，用扭秤测量静电力和磁 力，导出著名的库仑定律。
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第十二章 真空中的静电场
§12.1 电荷 库仑定律 §12.2 电场于电场强度 §12.3 高斯定理 §12.4 电势 §12.5 等势面与电势梯度
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一.电荷 1.电荷是一种物质属性。有正、负电荷两类。 2.电荷性质：同性相斥、异性相吸。
§12.1电荷 库仑定律
二.起电方法
1.摩擦起电：电荷从一物体转移到另一物体。
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◆两个点电荷之间的作用力并不因第三个点电 荷的存在而有所改变；
◆两个以上的点电荷对一个点电荷的作用力各
§12.1电荷 库仑定律
个点电荷单独存在时对该点电荷的作用力的
矢量和。
n
FF1F2Fi Fi i1
在相互作用的点电荷都静止的状态下，Fi用库仑定律计算。即：
F
n i1
q0qi
40r02i
r00i
0
0
C
e
a3
qe-
a4r2(r)d
0
re-
0aa4e3e2r/ar2d r
5ee21.081019C
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三.电荷守恒定律 电荷不能创造，也不会自行消失，只能从一个物体 §12.1电荷
转移到另一个物体，在整个过程中电荷的代数和守恒。 库仑定律
四.电荷的量子化：物体带电量是基本电荷的整数倍。
e1.6012 01C 9
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第十二章 真空中的静电场
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本章学习内容
1.了解静电现象和电荷量子化的概念。 2.掌握用库仑定律和电场叠加原理计算点电荷、点
电荷系和几何形状简单的带电体形成的电场。 3.掌握电通量的概念，理解并能应用高斯定理计算
电荷均匀分布的带电系统的电场强度。 4.理解静电力为保守力的特征。 5.掌握环路定理。 6.电势的计算和场强与电势的微分关系。