电磁学hsm00

电磁学ELECTROMAGNETICS讲课教员：侯士敏办公室：理科2号楼2436电话：62754775E-mail:[e-mail]本人简历•信息科学技术学院电子学系物理电子学研究所•1989.10-1994.7北京大学电子学系本科生•1994.9-1998.7北京大学电子学系博士研究生•1998.5北京大学首届学生“五四”奖章•1998.7-2000.7北京大学电子学系讲师•2000.8-2006.7北京大学信息科学技术学院副教授•2002.1-2003.5美国明尼苏达大学物理系访问学者•2006.8-北京大学信息科学技术学院教授•2007教育部“新世纪优秀人才支持计划”研究方向：纳电子学、分子电子学和真空电子学Textbook:电磁学（王楚等）Referencebooks:1.电磁学(大学物理通用教程，陈秉乾等）2.电磁学(新概念物理教程，赵凯华等）3.电磁学专题研究（陈秉乾等）6.电磁学（张玉民等，科技大学）7.电磁学（贾起民等，复旦大学）8.UniversityPhysics(卢德馨，南京大学）辅导教员张若兴[e-mail]弋泽龙[e-mail]电话:62767691地点：理科2号楼2942E授课内容和成绩评定1．内容:讲授1-8章，带*号的内容一般不讲。即使讲授也不作为考试内容。2.总成绩:由期末成绩(60%)、期中成绩(30%)和平时作业成绩(10%)构成。期中考试在讲完第四章后进行；期末考试的考题由三位教员共同命题，所有班上的同学将采用统一考题。上课时间和地点讲课时间和地点：单周星期一的1、2节，3教107每周星期三的3、4节，3教107本学期上课时间15周共46学时，6月4日课程结束，开始考试。习题课的时间和地点：双周星期一的1、2节，3教107作业与答疑作业：单周星期一上课时，本课程的辅导教员收作业。答疑：辅导教员每周定时、定点答疑,时间、地点待定。作业练习题的重要性：索末菲告诫海森堡：要勤奋地去做练习，只有这样，你才会发现，哪些你理解了，哪些你还没有理解。杨振宁回忆：西南联大教学风气是非常认真的，我们那时所念的课，一般老师准备得很好，学生习题做得很多。欢迎大家在课上和课下提出问题（允许打断老师讲课），对于有代表性的和典型的问题教员将在课上讲解、分析。欢迎用电子邮件提出问题，请务必署真实姓名，否则将作为垃圾邮件删去。学习电磁学的重要性普通物理是理科学生尤其是物理、技术类学生的重要基础课。电磁学是普通物理中十分重要的一部分。我们学院的同学尤其应当学好电磁学。电子线路计算机硬件电波传播通讯硬件物理电子学微电子学无线电物理量子电子学培养发现问题、正确分析问题、解决问题的能力CMOS微电子器件的工作原理示意图纳电子器件的工作原理示意图学习电磁学的难点1.概念多2.所需数学工具多：微积分、微分方程、复数等第一章：基本电磁现象孤立系统是指没有任何代数和不为零的电荷通过其边界的系统适用于宏观过程和微观过程，具有相对论不变性§1：电荷与电场§1.1.1电荷电荷守恒定律：一个孤立系统中正、负电荷代数和不变电荷只有两种：正电荷和负电荷同性相斥，异性相吸电荷既不能被创造，也不能被消灭，电荷只能是从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。在任何物理过程中，电荷的代数和守恒。电荷的量子性，即任何带电体的电量都只能是某一基本单元的整数倍，而不可能连续地变化。这不是电磁学本身的要求,而是因为物质都是由原子构成的。If,insomecataclysm,allofscientificknowledgeweretobedestroyed,andonlyonesentencepassedontothenextgenerationofcreatures,whatstatementwouldcontainthemostinformationinthefewestwords?Ibelieveitistheatomichypothesisthatallthingsaremadeofatoms-littleparticlesthatmovearoundinperpetualmotion,attractingeachotherwhentheyarealittledistanceapart,andrepellinguponbeingsqueezedintooneanother.---byRichardP.Feynman,TheFeynmanLecturesonPhysicsMarcusChown,theMagicFurnace:thesearchfortheoriginsofatoms,OxfordUniversityPress,2001电荷守恒有十分深刻的根源，或许电荷的量子性直接导致电荷守恒。有人声称找到了分数电荷的证据，但没有得到大家的认可。这一课题至今仍然吸引着科学家们的注意。电荷的这个基本单元是电子所带电荷的绝对值，e=1.6021010-19C原子(atom)：原子核(nucleus)和电子(electron)；原子核(nucleus)：质子(proton)和中子(neutron)质子和电子的电量极为相近，因此具有相同电子数和质子数的各种原子以及由各种原子构成的各种物质得以保持严格的电中性。“带电”，是电子与质子数量的失衡，物体失去一定量电子便带正电，获得一定量电子便带负电。在研究宏观电磁现象时，所涉及的电荷通常总是电子电荷的许许多多倍。可以认为电荷是连续分布在带电体上，而忽略电荷的量子性。原子是证实电荷具有相对论不变性的天然实验场§1.1.2库仑定律点电荷抽象与极限（研究复杂问题的常用方法）静止的带电体之间的相互作用力，叫做静电力根据实验结果知道，对于任意两个带电体，它们之间静电力的大小和方向，不但与它们所带的电量以及相互之间的距离有关，而且还与它们的形状有关。因此，影响静电力的因素是复杂的。但是，当两个带电体相距足够远，以致带电体本身的几何线度比起两者之间的距离可忽略不计时，静电力的大小和方向与带电体的形状无关，仅由二者的电量以及相互之间的距离有关。当带电体的几何线度比起它与其他带电体之间的距离来充分小时，称带电体为点电荷。“充分小”是指在测量的精度范围内，带电体几何形状的任意变化，都不会引起相互作用的静电力的改变。212212121erqqkF21F点电荷q2对点电荷q1的作用力2121rrr2121212121rrrreq1q221r1r2rO建立坐标系，画图，在图中标明公式中的参量库仑定律：在真空中，两个点电荷之间静电力的大小与它们带电量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比；作用力的方向沿着它们的连线，且同种电荷相斥，异种电荷相。在真空中，两个点电荷之间的静电力的大小与它们带电量的乘积成正比与它们之间的距离二次方成反比方向沿它们之间的联线(径向性和球对称性)同种电荷相斥，异种电荷相吸这实际上给出了电量的定义这一点具有非常重要的意义，许多物理规律都直接与二次方反比定律有关，如高斯定理，均匀带电球面内部电场为零，导体内无电场等。许多科学家为验证到底是不是精确的是2次方付出艰巨的努力，从1772年到1971年200多年的努力，科学家确认电力平方反比定律的精度从2x10-2提高到3x10-16.这是对称性的必然结果，一切自然规律都不能违背对称性的要求。212212121erqqkF电量的单位SI单位制（MKSA）单位制国际单位制212212121erqqkFk的大小与量纲由库仑定律确定72922108.987510kcNMC由实验确定k力(牛顿)和长度(米)有确定的单位。电量的单位(库仑)由电流的单位A(安培)确定:当导线中通有1A的稳恒电流时，1s(秒)内通过导线横截面的电量为1C(库仑)，即1C=1Ask与光速有关，那光与电？？122121202114qqFer为了许多其它公式的简练的考虑，由k定义另一个量1221200118.85421044kCNMk库仑定律的适用范围10-13cm---109cm太近可能不满足点电荷近似，太远没有实验数据121212202114qqFer0叫做“真空电容率”或者“真空介电常数”静电力叠加原理403020100FFFFF当几个点电荷同时存在时，施与另外某一点电荷的静电力，等于各个点电荷单独存在时施与该电荷的静电力的矢量和。这是一个实验规律应用库仑定律和静电力叠加原理，原则上可以求出任何两个带电体之间的相互作用力。作业1.11.21.3§1.1.3电场场的概念：一个量在空间的分布就称之为场如：温度场、引力场、重力场、密度场我们电磁学中将有电场、磁场、电流场等等矢量场标量场三维场二维场一维场)(rE)(rT(,,)Exyz),(yxT)(xW电场的描述，电场强度矢量0)()(qrFrE试探电荷q0：带电量很小的点电荷物理量“电场强度”是一个矢量，方向是正点电荷(在该点)受力的方向，大小是单位点电荷(在该点)受力的大小电场强度的单位：N/C或V/M电场的概念是近距作用观点的产物：在任何电荷周围的空间都有电场伴存。电场的基本性质是：电场对处于其中的任何其它电荷都有作用力，称为电场力。电力的超距作用观点：电力不需要任何媒介，也不需要传递时间就能从一个带电体作用到相隔一定距离的另一个带电体上。电荷与电荷之间是通过电场相互作用的自相互作用self-interaction电场的物质属性：动量、能量