1、電磁學第一章靜電場第1頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五電磁學是普通物理系列中最重要的基礎課之一，是電工學、電子學、等離子體物理、磁流體力學、光的電磁理論等的基礎，是經典物理的重要組成部分，也是近代物理和許多技術學科不可缺少的基礎。課程介紹電磁學課程包括靜電場、恒磁場、電磁感應、電磁介質、電路、麥克斯韋電磁場理論、電磁波等內容。第2頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五 * 電磁現象的基本概念和基本規律 * 電荷、電流產生電場、磁場的規律 * 電場和磁場的相互聯系 * 電磁場對電荷、電流的作用 * 電磁場對物質的各種效應 電磁學研究對象：第3頁，共22頁

2、，2022年，5月20日，6點45分，星期五1靜電的基本現象與基本規律一、兩種電荷：帶電體 物質的微觀結構: 自由電荷、束縛電荷、載流子帶電的過程是電子轉移的過程: 摩擦起電、靜電感應測量電量：驗電器、靜電計第4頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五二、電荷守恒定律：電荷既不能被創造，也不能被消滅，它們只能從一個物體轉移到另一個物體，或者從物體的一部分轉移到另一部分，也就是說，在任何物理過程中，電荷的代數和是守恒的。說明：1）是一切宏觀過程和一切微觀過程都必須遵循的基本規律。2）適用于所有的慣性系。電荷是一個相對論性不變量。第5頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分

3、，星期五三、導體、絕緣體和半導體1、導體：電荷能從產生的地方迅速轉移或傳導到其它部分的那種物體。2、絕緣體：電荷幾乎只能停留在產生的地方的那種物體。3、半導體：導電能力介于導體與絕緣體之間，且對溫度、光照、雜質、壓力、電磁場等外加條件極為敏感。四、物質的電結構 ：閱讀教材P.4第6頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五一.庫侖定律的建立Franklin 首先發現金屬小杯內的軟木小球完全不受杯上電荷的影響;在Franklin的建議下，Priestel做了實驗 提出問題庫侖定律第7頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五猜測答案現象與萬有引力有相同規律由牛頓力學可

4、知：球殼對放置在殼外的物體有引力，而放置在球殼內任何位置的物體受力為零。類比：電力與距離平方成反比第8頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五設計實驗1769年Robison首先用直接測量方法確定電力定律，得到兩個同號電荷的斥力 兩個異號電荷的引力比平方反比的方次要小些。（研究結果直到1801年發表才為世人所知）第9頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五Cavendish實驗1772年Cavendish遵循Priestel的思想設計了實驗驗證電力平方反比律，如果實驗測定帶電的空腔導體的內表面確實沒有電荷，就可以確定電力定律是遵從平方反比律的即他測出不大于 0.

5、02（未發表，100年以 后Maxwell整理他的大量手稿，才將此結果公諸于世。 第10頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五1785年Coulomb測出結果精度與十三年前Cavendish的實驗精度相當庫侖是扭稱專家;電斥力扭稱實驗，數據只有幾個，且不準確（由于漏電）不是大量精確的實驗；與萬有引力類比得第11頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五庫侖定律的表述 在真空中，兩個靜止的點電荷q1和q2之間的相互作用力大小和q1 與q2的乘積成正比，和它們之間的距離r平方成反比；作用力的方向沿著他們的聯線，同號電荷相斥，異號電荷相吸。第12頁，共22頁，2022

6、年，5月20日，6點45分，星期五k是引進單位制后引入的常數。討論第13頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五上述公式并非都是大量實驗的結果，是在事實基礎上理性思維的結果。如力的方向：分析點電荷受力：只能沿連線，否則空間旋轉180就不對稱了注意第14頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五成立條件、適用范圍、精度 條件：靜止 真空 點電荷第15頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五點電荷：靜止：點電荷相對靜止，且相對于觀察者也靜止理想模型（已學過的）質點剛體平衡態（熱學）點電荷：忽略了帶電體形狀、大小以及電荷分布情況的電荷。第16頁，共22頁

7、，2022年，5月20日，6點45分，星期五真空條件作用：為了除去其他電荷的影響，使兩個點電荷只受對方作用。如果真空條件破壞會如何？不僅只有兩個電荷；總作用力比真空時復雜些，但由于力的獨立作用原理，兩個點電荷之間的力仍遵循庫侖定律因此可以推廣到介質、導體 第17頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五三、說明：1、庫侖定律只討論兩個靜止（相對觀察者和實驗室參考系）的點電荷間的作用力。2、庫侖定律指出，兩靜止電荷間的作用力是有心力，它的大小與兩電荷間的距離服從平方反比律。3、補充電力疊加原理，利用庫侖定律原則上可解決靜電學中所有問題。第18頁，共22頁，2022年，5月20日，6

8、點45分，星期五理論地位和現代含義庫侖定律是靜電學的基礎，說明了 帶電體的相互作用問題 原子結構，分子結構，固體、液體的結構化學作用的微觀本質， 都與電磁力有關，其中主要部分是庫侖力第19頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五電量單位 MKSA制1庫侖：當導線中通過1安培穩恒電流時，一秒鐘內通過導線某一給定截面的電量為 1C=1As若F=1N, q1=q2=1C, r=1m 則 k=8.9880109Nm2/C2 9.00109Nm2/C2 第20頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五五、 庫侖定律以庫侖定律為例說明： 一個物理定律建立本身就是物理學取得很大進展的標志物理定律具有豐富、深刻的內涵和外延對于基本定律，我們究竟從那些方面考察？ 第21頁，共22頁，2022年，5月20日，6點45分，星期五物理定律建立的一般