1.1静电场 恒定电流场

•罗琬华•电话６８２５３８４２•１３９８３６７６７９４•电子邮箱[e-mail]•课程网址•系统学习电磁理论.•电磁现象的普遍性电磁力原子分子固体液体•历史•600B.C.•指南针•关键记住•1785CharlesAugustinCoulomb(1736-1806)1820HansChristianOersted1831MichaelFaraday(1791-1867)1865JamesClerkMaxwell(1831-1879)sdtEIldBsdBsdtBldEQsdELssLss00000库仑定律毕萨定律法拉第电磁感应定律涡旋电场假说位移电流假说•H.A.Lorentz(1853-1928)•Hertz•AlberEinstein•当前Presentinterestontheappliedonthemostfundamentallevel第一章静电场恒定电流场•电荷和库仑定律ELECTRICCHARGEANDCOULOMB’SLAW1.1电荷ElectricCharge1.两种电荷Positiveornegativecharge2.同种电荷相排斥异种电荷相吸引Chargesofthesamesignrepeleachother,andchargesoftheoppositesignattracteachother3.电荷的量子化quantized4.电荷守恒Chargeisconserved•1.2导体和绝缘体Conductorsandinsulators•1.导体Conductors导体中有自由运动的电荷.•2.绝缘体Insulators电荷一般不能流动.在室温下导体中平均大约有1023/cm3个自由电子，而在绝缘体中同样在室温下可能只有１／cm3.3.半导体Semiconductors可能有1010-1012／cm3.■1.3库仑定律(1785)Coulomb’slaw122122101241rrqqF12F21F1q12r12r2q1q2q12r12F21F12r同号电荷相排斥异号电荷相吸引▲Theelectricalforceexertedbyonechargedbodyonanotherdependsdirectlyontheproductofthemagnitudesofthetwochargesandinverselyonthesquareoftheirseparation.Theyattractifthetwochargeshaveoppositesign;theyrepulsiveifthetwochargeshavethesamesign■真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力与它们的电量的乘积成正比与它们之间的距离的平方成反比作用力沿两电荷连线,同种电荷相排斥,异种电荷相吸引说明点电荷pointchargeItonlyforpointcharges.●平方反比律r2Itdiffersfrom2byatmost11610◆静止Whenchargedparticlesmoveatspeedsclosetothespeedoflight,suchasinahigh-energyaccelerator,Coulomb’lawdoesnotgiveacompletedescriptionoftheirelectromagneticinteractions万有引力?▲单位SI库仑Ｃdq＝idt★遵循牛顿第三定律accordingtoNewton’sthirdlaw2112FF有速度会怎么样?mNC./108542.82120★遵循力的叠加原理(1)原子中原子和电子之间的作用力库仑定律的意义1.是电磁场的一条基本规律,也是物理学的一条基本规律(2)分子中原子之间的作用力(3)将原子和分子结合成固体、液体的作用力mostoftheforcesofourdailyexperiencethatarenotgravitationalinnatureareelectrical.库仑力是构成物质世界的基本力！牛顿定律是宏观低速近似库仑定律具有普遍性Coulomb’slawisanexactresultforstationarychargesandnotanapproximationfromsomehigherlaw.Itholdsnotonlyforordinaryobjects,butalsoforthemostfundamental“point”particlessuchaselectronsandquarks.2.库仑定律的精确性例题1计算氢原子中电子所受的库仑力,库仑力是万有引力的多少倍?(轨道半径是质子质量是,电子质量是电量为)解:由库仑定律NrqqFe820211023.84m111029.5kgM271067.1kgm311011.9Ce191060.1由万有引力定律NrmmGf472211063.3391027.2/fFe讨论题万有引力和库仑力的区别和联系为什么星球之间的作用力是万有引力?1.电场的概念chargechargechargefieldcharge1.4电场THEELECTRICFIELD122122101241rrqqF12F21F1q12r12r2q2.电场强度E0qFE(1)物理意义作用在单位正电荷上的电场力(2)单位SIunit(N/C)(v/m)(3)试探电荷例题2:一质子在一均匀电场中，若电场力刚好抵消其所受重力，求电场的方向和大小。CNemgqFE/100.170解:方向和重力方向相反kgM271067.1Ce191060.1•1.5点电荷的场强THEELECTRICFIELDOFPOINTCHARGES1.点电荷OnepointchargerrqEˆ41200qqrr讨论场强方向正电荷受力方向球对称r从源电荷指向场点2.叠加原理Agroupofnpointcharges(1)计算每一个点电荷单独存在时的电场强度．CalculateEi,duetoeachchargeiatthegivenpointasifitweretheonlychargepresent(2)求矢量和AddtheseseparatelycalculatedfieldstofindtheresultantfieldEatthepoint.(3)数学形式iinEEEEEE21※Thisprinciplemayfailwhenthemagnitudesofthefieldsareextremelylarge.3.电偶极子TheElectricDipole2/32202/41lrqlEExEEEcosEEExx42cos22lrl441220lrqEE例：求一对等量异号点电荷中垂面和延长线上的场强分布１．中垂面上qqrrpEEePErlxlqP2/3224lrP304rPlr延长线上请自己计算建立直角坐标系1.6.电荷连续分布带电体的场THEELECTRICFIELDOFCONTINUOUSCHARGEDISTRIBUTIONSrrdqEdˆ4120EddqrrrdqEdEˆ4120rrdqEdEˆ4120dSdqSqselim0dldqlqlelim0dVdqVqVelim0电荷体分布体电荷密度电荷面分布面电荷密度电荷线分布线电荷密度rrdVEVeˆ420rrdSESeˆ420rrdlEleˆ420(1)带电细棒中垂面和延长线上的场强分布dzdq204'rdzdE22204llrrrdzdEpE'cos)(222zrrrr';'cos))((2222322axaxaxdx积分公式dqrZ2l2lEd'rＰ考虑中垂面建立适当坐标系22232204llrzrdzrpE/)()(202322042lzrdzr)(20222042lzzzrrzr|22022024222lrrqlrrlpEr)(延长线上？rE02lr对于无限接近棒，且远离棒的两端的场点来说，棒相当于是无限长的．(2)带电细圆环中轴线上场分布.XREdrLdqLLqxdqrrdqdEdEE20204coscos4cos2322020)(44cosxRqxrqE204xqEx＞＞R(3)带电圆盘中轴线上的场强分布XREdrdqdqrdr223220)(4xrdqxdE讨论：x＜＜R,无限大面02ERxxrrdrxpE023220)(2)(])(1[221220xRx对于无限接近面且远离盘边缘的点来说，盘相当于无限大带电面．1.7.点电荷在场中运动EqF点电荷在外场中受力(1)均匀场中gmEqF(2)非均匀场中一质子沿均匀带正电的圆环中轴线运动ＥＥ(3)偶极子在均匀场中0FsinsinpEqElEp