北京大学：《电磁场与电磁波》课程教学课件（讲稿）第一章 静电场

本章主要内容81.库仑定律S2.电荷83.电场强度8 4. 高斯定理85.环路定理86.静电场的微分方程

本章主要内容 2 §1. 库仑定律 §2. 电荷 §3. 电场强度 §4. 高斯定理 §5. 环路定理 §6. 静电场的微分方程

S1．库仑定律>1.1库仑定律的建立>1.2库仑定律及其物理内涵>1.3电力叠加原理>1.4库仑定律成立的条件

§1. 库仑定律 1.1 库仑定律的建立 1.2 库仑定律及其物理内涵 1.3 电力叠加原理 1.4 库仑定律成立的条件 3

>1.1库仑定律的建立很久以前，人们就已发现摩擦起电，物体相互吸引或排斥。人们就说它们带了电(electricity)，或者说它们有了电荷(electric charge)富兰克林规定：玻璃与丝绢摩擦后，玻璃带正电，与之相吸的物体则带负电。1747年富兰克林提出电荷守恒，认为电像流体一样可以转移但不能创生或消灭1843年法拉第冰桶试验，为电荷守恒提供了第一个实验证据

4 1.1 库仑定律的建立 很久以前，人们就已发现摩擦起电，物体相互吸引或 排斥。人们就说它们带了电(electricity)，或者说它们 有了电荷(electric charge)． 富兰克林规定：玻璃与丝绢摩擦后，玻璃带正电，与 之相吸的物体则带负电。 1747年富兰克林提出电荷守恒，认为电像流体一样， 可以转移但不能创生或消灭 1843年法拉第冰桶试验，为电荷守恒提供了第一个实 验证据

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视频1 摩擦起电 视频2 富兰克林

>1.1库仑定律的建立电相互作用比引力相互作用强得多，而且具有与引力相互作用根本不同的性质．电荷的基本属性之一是存在两种电荷，称为正电荷和负电荷：同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引：点电荷质点寻求电力规律

6 1.1 库仑定律的建立 电相互作用比引力相互作用强得多，而且具有与引力 相互作用根本不同的性质．电荷的基本属性之一是存 在两种电荷，称为正电荷和负电荷．同种电荷互相排 斥，异种电荷互相吸引．

Franklin首先发现金属小杯内的软木小球完全不受杯上电荷的影响如左下图。根据Franklin的实验，Priestley把两个静止的带电体之间的作用，即静电力与万有引力类比：对万有引力，均匀物质球壳对球外的物体有引力作用，但对球内的物体的引力BenjaminFrankll为0（?)。也即，静电力与万有引力Benjamin Franklin一样，与参与作用的两个带电体17061790之间的距离的平方成反比，1772年， Cavendish （1873 Maxwell整理）提出精确验证静电力平方反比规律的理论和实验方法：如果实验测定带电的

7 Benjamin Franklin 1706－1790 Franklin 一样，与参与作用的 两个带电体 之间的距离的平方成反比。 1772年，Cavendish（1873 Maxwell 整理）提出精确验证静电力平方反 比规律的理论和实验方法：如果实 验测定带电的 首先发现金属小杯内的 软木小球完全不受杯上电荷的影响， 如左下图。 根据Franklin的实验，Priestley把 两个静止的带电体之间的作用， 即静电力与万有引力类比；对万有 引力，均匀物质球壳对球外的物体有 引力作用，但对球内的物体的引力 为0 (?)。也即，静电力与万有引 力

口JosephPriestley的电学实验Discovery ofOxygenphotosynthesisDiscovered by Joseph Priestly in 1774金属瓶内没有电！

空腔导体的内表面确实没有电荷，就可以确定静电力的确是遵从平方反比律（参见后面的高斯定理的理论推导）。即静电力的大小可以写成F oc r-2±s如果S等于0，就说明静电力是严格遵从平方反比律。如果8不等于0，则说明静电力不遵从平方反比律。但实验测量一个物理量的结果都会有一定的精度，当时测出的S小于0.02(1971结果为8<2.7×10-16)在1784一1785年间，库仑(C.A.de Coulomb,1736一1806)通过扭秤（见下页右图）及电引力单摆等实验总结出了库仑定律

9 空腔导体的内表面确实没有电荷，就可以确定静电力 的确是遵从平方反比律（参见后面的高斯定理的 理论推导）。即静电力的大小可以写成 2 F r ,    在1784—1785年间，库仑(C. A. de Coulomb, 1736— 1806)通过扭秤（见下页右图）及电引力单摆等实验总结 出了库仑定律

亨利·卡文迪许亨利-卡文迪许（HenryCavendish，1731.10.101810.3.10）英国化学家、物理学家。公元1731年10月10日生于法国尼斯。1742一1748年他在伦敦附近的海克纳学校读书。17491753年期间在创桥彼得豪斯学院求学。在伦敦定居后，卡文迪许在他父亲的实验室中当助手，做了大量的电学、化学研究工作。他的实验研究持续达50年之久。1760年卡文迪许被选为伦敦皇家学会成员，1803年又被选为法国研究院的18名外籍会员之一。[1]公元1810年3月10日，卡文迪许在伦敦逝世，终身未婚。中文名亨利卡文迪许出生日期1731年10月10日外文名世日期1810年3月10日HenryCavendish国籍英国主要成就研究空气组成出生地法国尼斯测出万有引力常数确定水是化合物而不是单质Henry CavendishlavendushHenry CavendishBorn100ctober 1731Nice,Kingdom ofSardiniaDied24February1810(aged78)London,EnglandHationalityBritish

Charles-Augustin de CoulombFrom Wikipedia, the free encyclopediaCharles-Augustin de Coulomb (French:[kul5];14 June 1736 -23 August 1806)was aFrench physicist.He was bestknown for developing Coulomb's law,the definition of the electrostatic force of attraction and repulsion, but also dicimportant work on friction. The SI unit of electric charge, the coulomb, was named after him.Charles-Augustin de CoulonbPortrait by Hippolyte Lecomte14June1736Born