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1、 第第 三三 篇篇电电 磁磁 学学第二篇第二篇 热热 学学1第一篇第一篇 力力 学学 内容包括：内容包括：静电场静电场真空、介质；真空、介质；静磁场静磁场真空、介质；真空、介质；电磁场电磁场电磁感应；位移电流。电磁感应；位移电流。麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组2大学物理大学物理 第第 10 10 章章 静电场静电场 3第第10章章 静电场静电场 1 电荷电荷 库仑定律库仑定律 2 电场电场 电场强度电场强度 3 电场线电场线 电通量电通量 4 静电场的高斯定理静电场的高斯定理第第1111章章 静电场的环路定理静电场的环路定理 电势电势4一一、掌握场强和电势的概念及叠加原理掌握场强和电势的概念及叠
2、加原理，掌握场强和电势掌握场强和电势 的积分关系的积分关系，了解其微分关系，能计算简单问题的了解其微分关系，能计算简单问题的 场强和电势。场强和电势。二二、理解静电场的高斯定理和环路定理理解静电场的高斯定理和环路定理，掌握用高斯定理掌握用高斯定理 计算场强的条件和方法。计算场强的条件和方法。基基 本本 要要 求求 静电场静电场 相对观察者静止的电荷激发的电场。相对观察者静止的电荷激发的电场。研究路径：研究路径：库仑定律库仑定律力力高斯定理高斯定理功功环路定理环路定理场强场强电势电势5接触力接触力 非接触力非接触力基本相互作用基本相互作用1 电荷电荷 库仑定律库仑定律 一一、电荷和电荷的量子性电
3、荷和电荷的量子性 在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的 二二、电荷的守恒性电荷的守恒性(夸克带分数电荷夸克带分数电荷)（密立根实验）（密立根实验）=1.60 10-19 C 电荷量子电荷量子代数和在任何物理过程中保持不变。代数和在任何物理过程中保持不变。（理想模型）（理想模型）三三、点电荷点电荷四、真空四、真空6五、库仑定律五、库仑定律(Coulombs law)(Coulombs law)17851785年，库仑通过扭称实验得到。年，库仑通过扭称实验得到。1.1.表述表述 在在真空真空中，中，两个两个静止点电荷静止点电荷之间的相互作用之间的
4、相互作用力大小，与它们的力大小，与它们的电量的乘积成正比电量的乘积成正比，与它们，与它们之间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；作用力的方向沿着它们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。7从施力电荷指从施力电荷指向受力电荷向受力电荷若两电荷同号若两电荷同号 斥力斥力若两电荷异号若两电荷异号 吸引力吸引力方向方向方向方向国际单位制国际单位制(SI)中中8施力施力 受力受力2.SI中库仑定律的常用形式中库仑定律的常用形式令令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91 1.库仑定律适用于库仑定律适用于真空真空中的中的静止点电
5、荷静止点电荷；注意：注意：2 2.库仑定律是基本实验规律，宏观、微观均适用；库仑定律是基本实验规律，宏观、微观均适用；3 3.库仑力库仑力遵守叠加原理：遵守叠加原理：小结小结、库仑定律库仑定律 （实验定律，适用于点电荷）（实验定律，适用于点电荷）其中：其中：(10.1)10一、电场一、电场 (electric field)电荷周围存在电场电荷周围存在电场(非超距非超距)1.电场的宏观表现电场的宏观表现 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）2.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
6、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 静电场静电场 电场强度电场强度11二、电场强度二、电场强度电量为电量为q 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的物理量 电场强度电场强度定义方法：定义方法：试验电荷放到场点试验电荷放到场点P P处，处，试验电荷受力为试验电荷受力为试验电荷：试验电荷：1 1、本身限度很小，、本身限度很小，2 2、带电量很小。、带电量很小。12电场强度矢量电场强度矢量1.1.场强的定义：场强的定义：q0 为试验电荷，其本身为试验电荷，其本身线度和电量足够小。线度和电量足够小。注意：
7、注意：(10.1)场源电荷源点源点(1)可正可负。可正可负。单位正电荷受的静电力。单位正电荷受的静电力。(2)与与 无关，仅与场源电荷无关，仅与场源电荷 和场点位置和场点位置 有关。有关。（4）点电荷）点电荷 在静电场中受的力：在静电场中受的力：（场点场点)（场点场点)(3)矢量场矢量场一般一般带电体在外场中受力带电体在外场中受力实验发现实验发现13三、电场强度的计算三、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要解决的问题是：场源点电荷要解决的问题是：场源点电荷q的场中各点电的场中各点电场强度。场强度。解决的办法：根据库仑定律和场强的定义。解决的办法：根据库仑定律和场强的定义。由库
8、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q0放置场点放置场点P处处14由库仑定律由库仑定律由场强定义由场强定义由上述由上述两式得两式得(10.9)场强场强的的方向就是方向就是 正电荷受力正电荷受力的的方向。方向。大小：大小：场强场强的的大小大小 =单位正电荷受力的大小。单位正电荷受力的大小。方向：方向：15 特点特点:点电荷的电场是点电荷的电场是球对称球对称分布的：分布的：说明：说明：(10.9)式仅适用于式仅适用于点电荷。点电荷。相同处相同处 的大小相等，方向沿矢径。的大小相等，方向沿矢径。162.2.场强叠加原理场强叠加原理(10.7)17例例1.电偶极子电偶极子 如图
9、已知：如图已知：q、-q、r l，电偶极矩电偶极矩求：求：A点及点及B点的场强点的场强解解A点：点：设设+q和和-q 的场的场强强 分别为分别为 和和18对对B B点：点：由对称性得由对称性得结论：结论：电偶极子电偶极子重要物理模型重要物理模型19讲义讲义P27 例例例例2.计算电偶极子在均匀电场中所受的电场力和合力矩计算电偶极子在均匀电场中所受的电场力和合力矩已知已知，解：合力解：合力合力矩合力矩将上式写为矢量式将上式写为矢量式 力矩总是使电矩力矩总是使电矩转向转向的方向，以达到稳定状态的方向，以达到稳定状态可见：可见：力矩最大；力矩最大；/力矩最小；力矩最小；203 3、电荷连续分布的带电
10、体的场强电荷连续分布的带电体的场强取电荷元取电荷元 ，线分布线分布面分布面分布体分布体分布电荷电荷线线密度密度电荷电荷面面密度密度电荷电荷体体密度密度由点电荷的场强公式写出由点电荷的场强公式写出其其场强：场强：注意：是注意：是矢量积分矢量积分把带电体看作是由许多个电荷元组成，然后利用场强叠加原理把带电体看作是由许多个电荷元组成，然后利用场强叠加原理求解求解。电荷元电荷元dqdq在在P P处的场强处的场强所有电荷在所有电荷在P P点产生的场强为点产生的场强为21电荷元电荷元dqdq在在P P处的场强处的场强所有电荷在所有电荷在P P点产生的场强为点产生的场强为 实际应用时，应写成实际应用时，应写
11、成 的分量形式，进行标量积分的分量形式，进行标量积分总场强总场强注意注意：因为是因为是矢量积分矢量积分22(已知已知 q，L，a)。1.1.均匀带电细杆延长线上任一点的场强均匀带电细杆延长线上任一点的场强 建立坐标如图，建立坐标如图，d q 在在 P 点的场强点的场强：当当 a L 时，时，转化为转化为 点电荷的场强点电荷的场强 取电荷元：取电荷元：课本课本P30 习题习题232.2.均匀带电细杆的中垂线上任一点的场强均匀带电细杆的中垂线上任一点的场强在在 P 点的场强点的场强：建立坐标如图，建立坐标如图，取电荷元，取电荷元，讲义讲义P10 例例24 讨论：讨论：(1)可视为可视为点电荷的场强
12、；点电荷的场强；(2)可视为可视为 “无限长无限长”均匀带电直线的场强。均匀带电直线的场强。253.3.均匀带电细圆环轴线上的场强（已知均匀带电细圆环轴线上的场强（已知 q ，R ）解：建立坐标系解：建立坐标系O x y 如图，如图，分析对称性：分析对称性：任取电荷元任取电荷元讲义讲义P11 例例方向方向261 1当当 x R 时时，E=0 讨论讨论 2.2.x=0(环心处环心处)，写成矢量形式写成矢量形式 转化为转化为 点电荷的场强点电荷的场强3 3.何处何处 E 有最大值有最大值？得得:令令 E=0 27解解:取细圆环电荷取细圆环电荷.均匀带电薄圆盘轴线上的场强均匀带电薄圆盘轴线上的场强(半径半径 R，电荷面度为电荷面度为 )xRP沿沿 x 轴方向轴方向。由上题结果知：由上题结果知：drr讲义讲义P12 P12 例例28 可视为点电荷的场强。可视为点电荷的场强。(2)可视为可视为“无限大无限大”均匀带电平面附近的场强。均匀带电平面附近的场强。(1)讨论：讨论：利用多项式定理：利用多项式定理：29