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1、电电 磁磁 篇篇1电磁相互作用和电磁场电磁相互作用和电磁场 四种基本相互作用四种基本相互作用电磁电磁 引力引力 强强 弱弱电磁相互作用电磁相互作用重要重要 清楚清楚通过电磁场说明通过电磁场说明 场的场的 基本基本性质性质 基本基本特征特征 基本基本方法方法场论场论宏观的电磁学理论宏观的电磁学理论2 一一.恒定场恒定场 1.静电场静电场 2.稳恒电流的电场稳恒电流的电场 3.稳恒电流的磁场稳恒电流的磁场 二二.感生场感生场 1.感生电场感生电场 2.感生磁场感生磁场 三三.电磁场的统一性电磁场的统一性 相对性相对性3场的性质场的性质场与物质的相互作用场与物质的相互作用基本思路基本思路实验规律实验
2、规律麦克斯韦电磁场方程组麦克斯韦电磁场方程组4 第第6章章 恒定电场和恒定磁场恒定电场和恒定磁场 6.1 真空中的静电场真空中的静电场 6.2 导体存在时的静电场导体存在时的静电场 6.3 有电介质时的静电场有电介质时的静电场 6.4 恒定电流的电场恒定电流的电场 6.5 真空中的稳恒磁场真空中的稳恒磁场 6.6 磁介质磁介质5 1.对电荷的基本认识对电荷的基本认识 两种两种 正正 负负电荷量子化电荷量子化电量是电量是相对论相对论 不变量不变量 6.1 真空中的静电场真空中的静电场 一一.电荷守恒定律和库仑定律电荷守恒定律和库仑定律62.基本实验规律基本实验规律 1）电荷守恒定律电荷守恒定律
3、2）电力叠加原理电力叠加原理3）库仑定律库仑定律从施力电荷指从施力电荷指向受力电荷向受力电荷7 库仑定律表述：库仑定律表述：1785年年 库仑通过扭称实验得到库仑通过扭称实验得到 真空真空中，两个中，两个静止点电荷静止点电荷之间的相互之间的相互作用力的大小与它们作用力的大小与它们电量的乘积成正比，电量的乘积成正比，与它们之间与它们之间距离的平方成反比，距离的平方成反比，作用力的方向沿着它们的连线，作用力的方向沿着它们的连线，同号电荷相斥，同号电荷相斥，异号电荷相吸。异号电荷相吸。8从施力电荷指从施力电荷指向受力电荷向受力电荷若若两电荷同号两电荷同号 斥力斥力若两电荷异号若两电荷异号 吸引力吸引
4、力方向方向方向方向9第二种第二种 高斯制中高斯制中 当时电量的单位尚未确定当时电量的单位尚未确定 令令 K=1 库仑定律的形式简单库仑定律的形式简单库仑定律中的库仑定律中的K有两种取法有两种取法第一种第一种 国际单位制中国际单位制中10施力施力 受力受力3.SI中库仑定律的常用形式中库仑定律的常用形式令令（有理化）（有理化）真空中的介电常数或真空电容率真空中的介电常数或真空电容率11早期：电磁理论是早期：电磁理论是超距超距作用理论作用理论后来后来:法拉第提出法拉第提出近距近距作用作用 并提出并提出力线力线和和场场的概念的概念1.电场电场 电荷周围存在电场电荷周围存在电场1）电场的宏观表现）电场
5、的宏观表现 对放其内的任何电荷都有作用力对放其内的任何电荷都有作用力 电场力对移动电荷作功电场力对移动电荷作功（电场强度）（电场强度）（电势）（电势）二二.电场电场 电场强度电场强度122）静电场）静电场 相对于观察者静止的电荷产生的电场相对于观察者静止的电荷产生的电场 是电磁场的一种特殊形式是电磁场的一种特殊形式2.电场强度电场强度电量为电量为Q的带电体在空间产生电场的带电体在空间产生电场描述场中各点电场描述场中各点电场强弱强弱的物理量是的物理量是电场强度电场强度13思考思考试验电荷必须试验电荷必须满足两小：满足两小：电量充分地小电量充分地小线度足够地小线度足够地小试验电荷放到场点试验电荷放
6、到场点P处，处，试验电荷受力为试验电荷受力为试验表明：试验表明：确定场点确定场点 比值比值与试验电与试验电荷无关荷无关电场强电场强度定义度定义定义方法：定义方法：为什么？为什么？14讨论讨论1)2)矢量场矢量场3)SI中中单位单位4)电荷在场中受的电场力电荷在场中受的电场力 点点电荷在外场中受的电场力电荷在外场中受的电场力或或一般一般带电体在外场中受力带电体在外场中受力15三三.电场强度的计算电场强度的计算1.点电荷点电荷Q的场强公式的场强公式由库仑定律有由库仑定律有首先首先 将试验点电荷将试验点电荷q放置场点放置场点P处处解决的问题是解决的问题是 场源点电荷场源点电荷Q的场中各点电场强度的场
7、中各点电场强度解决的办法是解决的办法是 库仑定律和场强的定义库仑定律和场强的定义161)球对称球对称由库仑定律由库仑定律由场强定义由场强定义讨论讨论2)场强方向：正电荷受力方向场强方向：正电荷受力方向由上述由上述两式得两式得172.场强叠加原理场强叠加原理任意带电体的场强任意带电体的场强1）如果带电体由）如果带电体由 n 个点电荷组成，个点电荷组成，如图如图由电力叠由电力叠加原理加原理由场强定义由场强定义整理后得整理后得或或根据电力叠加原理根据电力叠加原理和场强定义和场强定义182）如果带电体电荷连续分布）如果带电体电荷连续分布 如图如图把带电体看作是由许多个电荷元组成把带电体看作是由许多个电
8、荷元组成然后利用场强叠加原理求解然后利用场强叠加原理求解P19体体电荷密度电荷密度面面电荷密度电荷密度线线电荷密度电荷密度电荷密度电荷密度20例例1 一对一对相距为相距为l 的的等量异号点电荷的电场强度等量异号点电荷的电场强度根据场强叠加原理：根据场强叠加原理：原理式原理式均为代数量均为代数量21P若场点若场点P距正电荷一端为距正电荷一端为a，则场强：，则场强：方向如图方向如图方向如图方向如图合场为合场为方向：连线向右方向：连线向右22讨论：讨论：一对等量异号电荷系统一对等量异号电荷系统若从电荷连线的中点向场点若从电荷连线的中点向场点P画一位矢画一位矢且满足：且满足：r l 的条件的条件则这一
9、对等量异号点电荷则这一对等量异号点电荷叫做叫做电偶极子电偶极子(electric dipole)描述的物理量是电偶极矩描述的物理量是电偶极矩方向：从负点电荷指向正点电荷方向：从负点电荷指向正点电荷23再再利用电偶极子必须满足利用电偶极子必须满足 r l 的条件的条件得：得：推导推导电偶极子的电偶极子的场强：场强：由由一对等量异号点电荷的场出发：一对等量异号点电荷的场出发：研究物质分子对场的贡献时，将分子看研究物质分子对场的贡献时，将分子看作电偶极子作电偶极子24 电介质（绝缘体）的微观图象电介质（绝缘体）的微观图象+-+-+有极分子有极分子无极分子无极分子 无电场时无电场时有极分子有极分子无极
10、分子无极分子电中性电中性热运动热运动-紊乱紊乱故对外不产生电场故对外不产生电场25 解：建坐标如图解：建坐标如图 例例2 长为长为l 的的 均匀带电直线，电荷线密度为均匀带电直线，电荷线密度为 求：如图所示求：如图所示 P 点的电场强度点的电场强度在坐标在坐标 x 处取一长度为处取一长度为dx 的电荷元的电荷元电量为电量为电荷元到场点电荷元到场点P距离为距离为r26电荷元电荷元 dx 在在 P 点的场强方向如图所示点的场强方向如图所示大小为大小为27 各电荷元在各电荷元在 P 点的场强方向一致点的场强方向一致 场强大小直接相加场强大小直接相加自解自解方向：导线延线方向：导线延线28例例3 求电
11、偶极子在电场中的力和力矩求电偶极子在电场中的力和力矩 如图，如图，解：正负电荷受力：解：正负电荷受力：系统质心速度不变系统质心速度不变各力对质心的力矩各力对质心的力矩该力矩总是使电矩转向场强的方向该力矩总是使电矩转向场强的方向29 电介质（绝缘体）的极化会改变场的分布电介质（绝缘体）的极化会改变场的分布1.电介质的微观图象电介质的微观图象+-+-+有极分子有极分子无极分子无极分子 2.电介质分子对电场的影响电介质分子对电场的影响 无电场时无电场时有极分子有极分子无极分子无极分子电中性电中性热运动热运动-紊乱紊乱30 有电场时有电场时 电介质分子的极化电介质分子的极化结论：结论：极化的极化的总总
12、效果是介质边缘效果是介质边缘出现出现电荷分布电荷分布称呼：称呼：由于这些电荷仍由于这些电荷仍束缚在每个分子中束缚在每个分子中 所以所以称之为称之为束缚电荷束缚电荷或或极化电荷极化电荷 有极分子介质有极分子介质位移极化位移极化 无极分子介质无极分子介质取向极化取向极化 均匀均匀均匀均匀 313.自由电荷与极化电荷共同产生场自由电荷与极化电荷共同产生场例例1 介质细棒的一端放置一点电荷介质细棒的一端放置一点电荷P点的场强？点的场强？自由电荷产生的场自由电荷产生的场束缚电荷产生的场束缚电荷产生的场介质棒被极化，产生极化电荷介质棒被极化，产生极化电荷q1 q2。极化电荷极化电荷q1 q2和自由电荷和自由电荷Q0共同产生场。共同产生场。32点电荷点电荷电偶极子电偶极子无限长带电线无限长带电线(柱面柱面 柱体）柱体）无限大带电面无限大带电面（板）（板）r dr lr Lr dPPPP理想模型理想模型条件条件 带电体带电体 P场点场点结束结束33附：附：的推导的推导从从出发出发写成写成形式形式34由图有由图有进而得进而得从而从而又得又得35得得场强公式写成场强公式写成再再利用关系式利用关系式得证得证36