西南交通大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第五篇 电磁场与电磁波 第十一章 真空中的静电场 第一节 场和场的描述 第二节 静电的基本现象和实验规律 第三节 静电场及其描述

同学们好!

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大学物理 第五篇电磁场与电磁波 本篇特点: 1)研究对象不再是分离的实物,而是连续分布的场, (1)用空间函数(如E,U,B等)描述其性质。 (2)对电磁波中的可见光波段研究其波动特性。 2)场具有可入性,所以叠加原理地位重要。 3更多地运用高等数学手段,如用求空间矢量的通 量和环流的方法来描述场的规律 4)在四种基本相互作用中,电磁相互作用理论最成 熟。所以电磁相互作用和电磁场是全篇的重点。 5)电相互作用是电磁学的基础,也是重点和难点。 第2页共35页

大学物理 第2页 共35页 本篇特点： 2) 场具有可入性，所以叠加原理地位重要。 3) 更多地运用高等数学手段，如用求空间矢量的通 量和环流的方法来描述场的规律。 1) 研究对象不再是分离的实物,而是连续分布的场, (1) 用空间函数（如 等）描述其性质。 (2) 对电磁波中的可见光波段研究其波动特性。 E U B   , , 4) 在四种基本相互作用中，电磁相互作用理论最成 熟。所以电磁相互作用和电磁场是全篇的重点。 5) 电相互作用是电磁学的基础，也是重点和难点。 第五篇 电磁场与电磁波

大学物理 第十一章真空中的静电场 结构框图 库仑定律静电力叠加原理 场和场静电场强度厂高斯定理广静电场的 的描述 的描述 电势环路定理基本性质 电场对带电粒 要点 子的作用 1)两条基本实验定律:库仑定律,静电力叠加原理。 2)两个基本物理量:电场强度E,电势U 3)两条基本定理:静电场高斯定理,环路定理。 -揭示静电场基本性质 第3页共35页

大学物理 第3页 共35页 第十一章 真空中的静电场 结构框图 场和场 的描述 库仑定律 静电场 的描述 电场 强度 高斯定理 电势 环路定理 静电场的 基本性质 电场对带电粒 子的作用 静电力叠加原理 要点 1) 两条基本实验定律：库仑定律，静电力叠加原理。 3) 两条基本定理：静电场高斯定理，环路定理。 ------ 揭示静电场基本性质 2) 两个基本物理量：电场强度 E ，电势 U 。 

大学物理 第一节场和场的描述 、场的概念、标量场和矢量场 、矢量场及其完备性描述 三、场强叠加原理A=∑4 四、电场和磁场的描述 第4页共35页

大学物理 第4页 共35页 第一节 场和场的描述 一、场的概念、标量场和矢量场 二、矢量场及其完备性描述 三、场强叠加原理 =  i A Ai   四、电场和磁场的描述

大学物理 第二节静电的基本现象和实验规律 电荷 1.电荷与物质 电是物质的基本特性。带电多少称电荷量、电荷、电 量。单位是库仑(C) 2.电荷量子化 基本电荷单元e=(16021892±0.0000046)×10C 3.电荷守恒 对无静电荷出入的系统,电荷量代数和不变。 4.电荷的相对论不变性 系统的电量和其运动状态无关。 5.作用规律 同性相斥,异性相吸。 第5页共35页

大学物理 第5页 共35页 第二节 静电的基本现象和实验规律 一、电荷 1. 电荷与物质 电是物质的基本特性。带电多少称电荷量、电荷、电 量。单位是库仑(C)。 2. 电荷量子化 基本电荷单元 (1.6021892 0.0000046) 10 C −19 e =   3. 电荷守恒 4. 电荷的相对论不变性 对无静电荷出入的系统，电荷量代数和不变。 系统的电量和其运动状态无关。 5. 作用规律 同性相斥，异性相吸

大学物理 二、库仑定律 中学:真空中,两个静止的点电荷间相互作用力 f=k 2 静电力恒量=9×100Nm2.C2 写成矢量式: F12 12 F F q1q2/2 12 k 2 q1(+) q2(±) F=k41=k942-(+) 72(干) q2 是单位矢量 第6页共35页

大学物理 第6页 共35页 二、库仑定律 中学：真空中，两个静止的点电荷间相互作用力 2 1 2 r q q F = k 静电力恒量 9 2 2 9 10 N m C − k =    写成矢量式： q1 • • 2 q 12 r  F21  F12  () () () • 1 q 2 q 12 r  F21  F12  • ( ) () 12 2 1 2 21 12 r r r q q F F k    = − = 2 0 1 2 3 1 2 r r q q k r q q r F k    = = 0 r  是单位矢量

大学物理 “有理化”—为使以后的大量电磁学公式不出现4元 因子,引入真空电容率,即 =8.85×1012C2Nm 4兀k g192r 19 4兀Er 4汇Er 适用范围:目前认为在1017m~107m范围均成立。 P8表112-1验证库仑定律平方反比关系的实验结果 四种基本相互作用相对强度: 强力电磁力 弱力 引力 ⅠO ⅠO 38 第7页共35页

大学物理 第7页 共35页 1 2 2 1 2 0 8 85 10 C N m 4π 1 − − − = =   k  2 0 0 1 2 3 1 2 4 π 0 4π 1 r r q q r q q r F      = = “有理化”——为使以后的大量电磁学公式不出现4 因子，引入真空电容率，即 适用范围 : 目前认为在10-17m ~ 107m范围均成立。 P.8 表11.2-1验证库仑定律平方反比关系的实验结果 四种基本相互作用相对强度： 2 13 38 1 10 10 10 − − − 强力 电磁力 弱力 引力

大学物理 例.在卢瑟福a粒子散射实验中,a粒子可达到离金原 子核2×1014m处,它们相互斥力的大小为 2e×79e ≈91N 4兀Eny 、电场力叠加原理 两点电荷间相互作用力不因其他电荷的存在而改变 点电荷系对某点电荷的作用等于系内各点电荷单独存在 时对该电荷作用的矢量和。即 尸=F+F+…+F一 go 90i 2 4 8 第8页共35页

大学物理 第8页 共35页 例.在卢瑟福粒子散射实验中，粒子可达到离金原 子核210-14 m处，它们相互斥力的大小为 91N 4π 2 79 2 0   = r e e F  三、电场力叠加原理 两点电荷间相互作用力不因其他电荷的存在而改变。 点电荷系对某点电荷的作用等于系内各点电荷单独存在 时对该电荷作用的矢量和。即 q1 • q2 qn qi • i r  • • • Fi  F F F Fn q0      = 1 + 2 + + i i i i r r q q  =  3 0 0 4 π

大学物理 第三节静电场及其描述 、静电场 1.“场”概念的引入 17世纪英国牛顿:力可以通过一无所有的空间以无穷大速 率传递,归纳力的数学形式而不必探求 力传递机制。 法国笛卡尔:力靠充满空间的“以太”的涡旋运动和弹性 形变传递。 电荷 电荷 18世纪:力的超距作用思想风行欧洲大陆。 英国法拉第:探索电磁力传递机制,由电极化现象和 磁化现象提出“场”的概念。 第9页共35页

大学物理 第9页 共35页 英国法拉第：探索电磁力传递机制, 由电极化现象和 磁化现象提出“场”的概念。 一、静电场 1.“场”概念的引入 17世纪英国牛顿：力可以通过一无所有的空间以无穷大速 率传递，归纳力的数学形式而不必探求 力传递机制。 第三节 静电场及其描述 18世纪：力的超距作用思想风行欧洲大陆。 法国笛卡尔：力靠充满空间的“以太”的涡旋运动和弹性 形变传递。 电荷 电荷

大学物理 19世纪:英国麦克斯韦建立电磁场方程,定量描述场 的性质和场运动规律。 电荷电场 电荷 20世纪:爱因斯坦,相对论加强了 场概念的重要性,质能关系揭示出 实物与场不能截然划分。场本身参 与能量和动量交换。光子理论认为 B电磁场由光子组成,带电粒子通过 交换光子相互作用 第10页共35页

大学物理 第10页 共35页 电荷 电场 电荷 19 世纪：英国麦克斯韦建立电磁场方程，定量描述场 的性质和场运动规律。 20世纪：爱因斯坦，相对论加强了 场概念的重要性，质能关系揭示出 实物与场不能截然划分。场本身参 与能量和动量交换。光子理论认为 电磁场由光子组成，带电粒子通过 交换光子相互作用。 A B 