中国科学技术大学：《电磁学》课程教学资源（课件讲稿）第一章 真空中的静电场（主讲：程福臻）

绪论 1.什么是电磁学：是研究电磁现象、电磁相互 作用规律及其应用的学科。 2.研究的对象：电磁场，与力学、热学区别。 3.适用范围：尺度(1%的原子尺度) 1010cm- 0∞ 速度 低速 → 高速 4.重要性：四大相互作用之一；物质结构的基 础；高新技术的基础；其它学科的基础

绪论 1. 什么是电磁学：是研究电磁现象、电磁相互 作用规律及其应用的学科。 2. 研究的对象：电磁场，与力学、热学区别。 3. 适用范围：尺度(1%的原子尺度） 速度 低速 高速 4. 重要性：四大相互作用之一；物质结构的基 础；高新技术的基础；其它学科的基础。 10 10 cm  ∞

电磁学的内容分析 核心内容： 静电场 电磁感应一表克斯韦电磁理论 静磁场 拓展内容： 两种介质：电介质、磁介质 两类能量：电场能、磁场能 两种电路：稳恒电路、交流电路 应用与前沿：有机地融入以上内容中

电磁学的内容分析 核心内容： 静电场 电磁感应 麦克斯韦电磁理论 静磁场 拓展内容： 两种介质：电介质、磁介质 两类能量：电场能、磁场能 两种电路：稳恒电路、交流电路 应用与前沿： 有机地融入以上内容中

第一章真空中的静电场 §1-1电荷守恒 §1-2库仑定律 §1-3叠加原理 §1-4电场强度 §1-5高斯定理 §1-6环路定理 §1-7电势

第一章 真空中的静电场 §1-1 电荷守恒 §1-2 库仑定律 §1-3 叠加原理 §1-4 电场强度 §1-5 高斯定理 §1-6 环路定理 §1-7 电势

§1-1电荷守恒 1,电荷：电荷是电学中最基本的概念（回顾）。 早期： 物质的力效应来定义 摩擦 吸引轻小物质 物质带了电荷

§1-1 电荷守恒 1. 电荷：电荷是电学中最基本的概念（回顾）。 早期： 物质的力效应来定义 摩擦 吸引轻小物质 物质带了电荷

吉尔伯特(1544-1603) 为与磁作用区别，造出“Electricity(电) 源自希腊文“琥珀”音译“electron”。 近代： 实验揭示了电荷的物理本质。 电荷是基本粒子的一种属性，不存在不依附物 质的“单独电荷 ” 1897年，英国物理学家汤姆孙 测出了阴极射线带电粒子的荷质比； 这种带负电的粒子后被称为电子

吉尔伯特（1544-1603） 为与磁作用区别，造出“Electricity（电）” ， 源自希腊文“琥珀”音译“electron” 。 近代： 实验揭示了电荷的物理本质。 电荷是基本粒子的一种属性，不存在不依附物 质的“单独电荷” 。 1897年，英国物理学家汤姆孙 测出了阴极射线带电粒子的荷质比； 这种带负电的粒子后被称为电子

电子的发现者-汤姆逊(J.J.Thomson) 1909-1917年间，密立根用油滴实验， 测定电荷的最小单位是1.59×1019库仑

1909-1917年间，密立根用油滴实验， 测定电荷的最小单位是1.59  库仑。 电子的发现者-汤姆逊(J.J.Thomson) 19 10

橡胶棒 2.电荷的特性 橡胶棒 玻璃棒 橡胶棒 (a) 6 (1)自然界中存在两种电荷，分别称为正 (+)电荷和负（一）电荷。 1747年，美国科学家富兰克林 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。 实验表明同号电荷相斥，异号电荷相吸， 于是，可以用实验来测出物体带有哪种电荷 (见演示实验)

2. 电荷的特性 (1) 自然界中存在两种电荷，分别称为正 （+）电荷和负（－）电荷。 1747年，美国科学家富兰克林 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。 实验表明同号电荷相斥，异号电荷相吸， 于是，可以用实验来测出物体带有哪种电荷 （见演示实验）

(2)电荷是量子化的。 物质所带的电荷量不可能连续地变化，而 只能一份一份地增加或减小。 最小的一份是电子或正电子所带的电量， 绝对值为e,e=1.60217733(49)×1019C。 近代物理从理论和实验上都已证实强子都 是由6种夸克（或反夸克）组成。 每一个夸克或反夸克可能带有±1/3e或 ±2/3e的电量。 至今单独存在的夸克尚未在实验中发现

(2) 电荷是量子化的。 物质所带的电荷量不可能连续地变化，而 只能一份一份地增加或减小。 最小的一份是电子或正电子所带的电量， 绝对值为e，e =1.60217733(49)× C。 近代物理从理论和实验上都已证实强子都 是由6种夸克（或反夸克）组成。 每一个夸克或反夸克可能带有1/3e或 2/3e的电量。 至今单独存在的夸克尚未在实验中发现。 19 10 

6种夸克 Quarks Electric Electric Charge Charge Bottom -1/3 Top 2/3 Strange -1/3 Charm 2/3 Down -113 Up 2/3 each quark:●R,●B,●G3 colors (质子)由uud组成；π介子由ud组成 例如： (中子)由udd组成； π介子由dU组成

6种夸克 P（质子）由uud组成； 介子由u 组成 n（中子）由udd组成； 介子由d 组成     d u 例如：

(3)“电荷对称性 每种带电的基本粒子，必然存在与之对应 的、带等量异号电荷的另一种基本粒子-反粒子。 例如，电子和正电子，质子和反质子； π介子和π反介子等等。 (4)电量是相对论性不变量。 即电量与质量不同，与带电物质的运动速 度无关 讨论题：请对比电荷与质量的异同？

(3) “电荷对称性” 。 每种带电的基本粒子，必然存在与之对应 的、带等量异号电荷的另一种基本粒子-反粒子。 例如，电子和正电子，质子和反质子； 介子和 反介子等等。 (4)电量是相对论性不变量。 即电量与质量不同，与带电物质的运动速 度无关。 讨论题：请对比电荷与质量的异同？    