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1、教学大纲（Syllabus）出勤：10%作业：10%Pop Quiz：10%期末考试：70%成绩组成：第1页/共29页电电 磁磁 学学ElectromagneticsElectromagnetics第2页/共29页绪 论（exordium）v 电磁学的研究对象：电磁学是经典物理学的一部分。它主要研究电荷、电流产生电场、磁场的规律；电场和磁场的相互联系；电磁场对电荷、电流的作用；以及电磁场对物质的各种效应等。主要内容：1.从“场”的方面论述有关静电场、稳恒电流的磁场、似稳场和讯变场等场的概念和基本规律。第3页/共29页人类对电磁现象的认识可追溯到公元前600年 公元前585年，希腊哲学家泰勒斯（
2、Tahales）知道摩擦过的琥珀能吸引小物体以及磁石相互吸引。2.从“路”的方面论述稳恒电流的电路和交流电流的电路的基本规律以及解决这些电路问题的基本方法。3.论述电磁场与物质之间的相互作用：包括电介质的极化与磁介质的磁化，电、磁介质对电、磁场的影响以及金属导电现象。v 电磁学的发展简史：第4页/共29页第5页/共29页第6页/共29页第7页/共29页10-3 高斯定理10-1 电荷和库仑定律第十章 电荷和静电场10-2 电场和电场强度 10-4 电势及其与电场强度的关系10-5 静电场中的金属导体10-6 电容和电容器10-7 静电场中的电介质10-8 静电场的能量第8页/共29页10-1
3、电荷和库仑定律一、电荷(charge)1.两种电荷：即正(+)电荷和负()电荷 1747年，富兰克林提出：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为正电荷；用毛皮摩擦过的硬橡胶棒所带的电荷为负电荷。质子所带电荷来规定正电荷，用电子所带电荷来规定负电荷 性质:同性相斥，异性相吸摩擦起电第9页/共29页2.电荷守恒定律 在一个与外界没有电荷交换的系统内，任一时刻存在于系统中的正、负电荷的代数和始终保持不变。该定律的要点：电荷的代数和不变性:孤立系统中正、负电荷各自的量可能发生变化，但其代数和恒保持不变。例如，正、负电子相遇转化为两个光子。高能光子经过另一粒子附近时可能转换为正、负电子对。电荷的相对论不变性:
4、孤立系统的电量，与其运动状态无关。在不同参考系内进行观察，系统总电量保持不变。电荷守恒定律对宏观过程和微观过程均适用。第10页/共29页1986年e的推荐值为：e=1.602 177 33 10-19 CQ=n e ;n=1,2,3,3.电量的量子化 19061917年，密立根（R.A.Millikan)用油滴法测定了电子电荷，证明微小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是基本电荷e的整数倍，即粒子的电荷是量子化的。自然界中的微观粒子有几百种,其中带电粒子所具有的电荷数均为+e 或-e 的整数倍。因此电荷量子化是普遍的量子化规律。注意：如果是宏观带电体，电量可以按连续量处理。（物体所带剩余电荷的
5、总量）第11页/共29页 在近代物理中提出强子(如质子、中子、介子等)是由夸克(quark)构成的，夸克所带电量为e的1/3或2/3。但是到目前为止还没有发现以自由状态存在的夸克。电量的最小单元不排除会有新的结论，但是电量量子化的基本规律是不会变的。在相对论中物质的质量会随其运动速率而变化，但是实验证明一切带电体的电量不因其运动而改变，电荷是相对论性不变量。电荷量子化是个实验规律，现有的实验结果表明：质子和电子的带电量差异：电荷量子化已在相当高的精度下得到了检验。上夸克2/3 e，下夸克-1/3 e，奇夸克-1/3 e，粲夸克2/3 e，底夸克-1/3 e，顶夸克2/3 e。第12页/共29页
6、二、库仑定律(Coulomb law)电荷最基本的性质是电荷之间的相互作用，库仑定律是1785年，库仑从扭称实验总结出的点电荷之间相互作用所遵从的基本规律。1.扭称实验（1785年）金属球A金属球B平衡球A第13页/共29页2.点电荷模型a)带电体可看作为点电荷是有条件的 即：当 r12 d时，带电体可以视为点电荷b)点电荷的实验基础：（1）质子的散射实验表明质子线度10-13 m（2）CERN的电子对撞实验表明电子线度l不成立，因此l不能视为点电荷。带电体可分解为若干个线元dy，且dy很小，使dy a，因此dy 可视为点电荷。线元所带电量aoldFrq(a,0)dy(0,y)（1）建立坐标系
7、（如图）第23页/共29页（2）应用库仑定律（3）计算总的相互作用力aoldFrq(a,0)dy(0,y)第24页/共29页查表得：aoldFrq(a,0)dy(0,y)第25页/共29页已知两杆电荷线密度为，长度为L，相距L。解例3：两带电直杆间的电场力。求L3L2LxO第26页/共29页解题步骤：分析是否可以应用库仑定律；选择坐标系；对各个点电荷应用库仑定律；计算总的作用力第27页/共29页Coulomb(1736-1806)法国物理学家库仑在1736年6月14日生于法国昂古莱姆。库仑家里很有钱，在青少年时期，他就受到了良好的教育。他后来到巴黎军事工程学院学习，离开学校后，他进入西印度马提尼克皇家工程公司工作。工作了八年以后，他又在埃克斯岛瑟堡等地服役。这时库仑就已开始从事科学研究工作，他把主要精力放在研究工程力学和静力学问题。1806年8月23日，库仑因病在巴黎逝世，终年七十岁。库仑是十八世纪最伟大的物理学家之一，他的杰出贡献是永远也不会磨灭的。第28页/共29页29感谢您的观看！第29页/共29页