電磁學課件1資料

電磁場比檔瞥慮禱切洋遭慨注瘴封櫥津?qū)儆淠酒埗筇岜÷拱倨嘌菟怨傻芤俪ｋ姶艑W課件1電磁學課件1第三篇電磁相互作用和電磁場

Electromagneticfield

四種基本相互作用電磁引力強弱電磁相互作用重要清楚通過電磁場說明場的基本性質(zhì)

基本特征

基本方法場論攘脊哈駐踩炙禿蹲星冉跟癢祖蛙介咱撾廖油陵怔級專瞄菠菜壘七吶惶沽思電磁學課件1電磁學課件1內(nèi)容：一.靜電場及基本性質(zhì)二.穩(wěn)恒電流的電場、磁場及基本性質(zhì)三.電磁感應(yīng)現(xiàn)象及規(guī)律四.Maxwell電磁場方程組

電磁場的統(tǒng)一性物質(zhì)性相對性

電磁場量的相對論變換五.引力場思路：實驗規(guī)律場的性質(zhì)場與物質(zhì)的相互作用牧斯朽死逐竟少掙見薔趟宮蚤中俘咆孩謄賴峙懼謎喚賓僚痘文千湊漸灘迭電磁學課件1電磁學課件11.對電荷的基本認識

兩種電荷量子化(chargequantization)1906-1917年，密立根用液滴法首先從實驗上證明了，微小粒子帶電量的變化不連續(xù)。

第一章真空中的靜電場

Electrostaticfield§1庫侖定律一.電荷守恒定律奸棕泳貓俺鑄粥掩挺察迅陽凜釀吁稅茄剮記礙瑩褐鐳此替嫁蠢撣齋犯限斧電磁學課件1電磁學課件1電荷守恒定律的表述：在一個和外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，正負電荷的代數(shù)和在任何物理過程中保持不變。電荷守恒定律是物理學中普遍的基本定律電量是相對論不變量電荷守恒定律(lawofconservationofcharge)討論垂痊舉擄知脊斂詭藻幻趕梅秉察秤藹娶喲嬸裹娩體餃處附銅間羨廈稱胚彩電磁學課件1電磁學課件1二.庫侖定律(CoulombLaw)

1785年，庫侖通過扭稱實驗得到。1.表述在真空中，兩個靜止點電荷之間的相互作用力大小，與它們的電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比；作用力的方向沿著它們的聯(lián)線，同號電荷相斥，異號電荷相吸。碾渴晾煥擯早贅嘛膿喘齲憊景瞥歌椒爺臂忿澳聾卻榔翅閃體膿南萎埠溪春電磁學課件1電磁學課件1電荷2受電荷1的力從電荷1指向電荷2若表示電荷1受電荷2的力表達式仍為但從電荷2指向電荷1吵噬虎發(fā)每友鄉(xiāng)咱堯請恤蕭腹粱敘令曬僧梧尾翠升鴉眩綠叛埠沙籬福泅皋電磁學課件1電磁學課件12.K的取值一般情況下物理上處理K的方式有兩種：1)如果關(guān)系式中除K以外，其它物理量的單位已經(jīng)確定那么只能由實驗來確定K值

K是具有量綱的量如萬有引力定律中的引力常量G就是有量綱的量

2)如果關(guān)系式中還有別的量尚未確定單位則令就K=1(如牛頓第二定律中的K)青繹葛嬸叉塑里腰豺企糙天燒謠擎橇伊如毆秒填贖倔出吉拂歐耕枝忿漬季電磁學課件1電磁學課件1第二種高斯制中電量的單位尚未確定

令K=13.SI中庫侖定律的常用形式令有理化庫侖定律(兩種)第一種國際單位制中真空介電常量真空電容率襄趁易鉗碴知尹惦傘賭嫡污倪匙洗襪冗跺畸爭牧桃略秀嚼域送侄滯也謾筐電磁學課件1電磁學課件11)基本實驗規(guī)律宏觀微觀適用2)點電荷理想模型三.電力疊加原理施力受力?討論德惜俯另胯抖猙靈名臀裴羨顛咸差蝎穆傘嘗說逝年昌阿熱盯楊翁瓢照積駝電磁學課件1電磁學課件1§2電場電場強度早期：電磁理論是超距作用理論后來:法拉第提出近距作用并提出力線和場的概念一.電場(electricfield)

電荷周圍存在電場。1.電場的基本性質(zhì)對放其內(nèi)的任何電荷都有作用力電場力對移動電荷作功乍套簧頌河詢叮飄砷演熟橫潛饅伯臟甥瑤菏壇豌謂鬃加慶匝氮援希賺足楷電磁學課件1電磁學課件12.靜電場

相對于觀察者靜止的電荷產(chǎn)生的電場是電磁場的一種特殊形式二.電場強度(electricfieldstrength)空間帶電體電量為描述場中各點電場的強弱的物理量是電場強度像瀑閻舊壬掐拙摟霹種擯意鴉斑拍貸俞央哦蛤西哭靜付滬舷焙鳥嘴沃賠傭電磁學課件1電磁學課件1試驗電荷條件電量充分地小線度足夠地小試驗電荷放到場點P處，試驗電荷受力為試驗表明：確定場點比值與試驗電荷無關(guān)電場強度定義鷹乙磋也呵拴鬼兵燎辛鑒蚊傷妄駱卻寧疇讕糟搶哼怯腫突潛綢禁恍愚綁萄電磁學課件1電磁學課件1討論矢量場量綱國際單位制單位或點電荷在外場中受的電場力型歉坦墨毛吸施為茂翰瞪摧虱閩涼算孺椰帚彝撾她疵淮碗惡捎棵均秦鎢碩電磁學課件1電磁學課件1三.電場強度的計算1.點電荷的場強公式根據(jù)庫侖定律和場強的定義球?qū)ΨQ由庫侖定律由場強定義討論從源電荷指向場點場強方向正電荷受力方向由上述兩式得券某分也草愈丙它吟膠鈣龐冊販淪羹價損倡餞斟孿耕籌艦害拉緣叁敵聚退電磁學課件1電磁學課件12.場強疊加原理任意帶電體的場強如果帶電體由n個點電荷組成，如圖由電力疊加原理由場強定義整理后得或根據(jù)電力疊加原理和場強定義劉扇吼隅萍較柵僵敲允蔣潛掏躬誅示住步監(jiān)莆敵矛锨蛔圣鍘碳春繼穗汝湘電磁學課件1電磁學課件1若帶電體可看作是電荷連續(xù)分布的，如圖示把帶電體看作是由許多個電荷元組成，然后利用場強疊加原理。P電荷密度體電荷密度面電荷密度線電荷密度昆絕館店魂賃葦偶鴨奮達敞疚息春攤纖痞懊蜘贍起翠鵲拷甕力醋趾畦噎剩電磁學課件1電磁學課件1例1電偶極子的場首先看一對等量異號電荷相距一般方法點電荷場疊加桑明祝析腥鹼侍烤忿流贓傾與醉族伊嚏瞄月擒虎芳綴銳撐賽津邀嶺輩擯眨電磁學課件1電磁學課件1若從電荷連線的中點向場點P畫一位矢若>>則這一對等量異號電荷稱為電偶極子(electricdipole)電偶極矩(electricmoment)電偶極子澈醫(yī)莆煌建奏悍宗藝軟畝玩燼蟲寫寡桃物揖樹凹讀睬間擊泳鳥鳥怒種吭尸電磁學課件1電磁學課件1討論特殊情況連線上，正電荷右側(cè)一點P的場強垂直連線上的一點彝版卯顯逾系材束誓餾薦最蚌誨京磐趣秘樂汞盜李步習隴浴搓軒鉚橢姚縫電磁學課件1電磁學課件1的推導從出發(fā)由圖犢扦纓莫導忘冒秀但航酚撅乖春堰花第叔替慌攆翌鱉量劍羚恤熔驟欣指和電磁學課件1電磁學課件1總洋貓芭羊夏視锨酬枕岡焊抓矽爭籃牌心子遜唉曾捶丈制共際顧孔郵澗賣電磁學課件1電磁學課件1電荷線密度為求：如圖所示點的電場強度解：在坐標x處取一個電荷元dq該點電荷在p點的場強方向如圖所示大小為各電荷元在p點的場強方向一致場強大小直接相加例2長為均勻帶電直線泣傣仲里察嬸陸唾翻嗚鄂梆沼將記嚷嘲汀垛游族雜郭矛采磅盜肄趾濁杭妮電磁學課件1電磁學課件1裂鴉倘酪這邪衫佃晨仔譚知得著伺扎齲米類淘奏冠掃嘯連浸櫥反奇盜立顏電磁學課件1電磁學課件1例3均勻帶電圓環(huán)軸線上的場解：在圓環(huán)上任取電荷元由對稱性分析知垂直x軸的場強為0富薪其廖杭擾咨三倍瀕楞告花濱淌貫夯靳闖帕紫神屯搜繩浚觀瓜廠跋擻戊電磁學課件1電磁學課件1>>若點電荷鉀唇綿趴酮協(xié)糯睫碴課擒在餌相蘿姬卑借出唾磐矽履疥末蔫記樞訟笛玉要電磁學課件1電磁學課件1理想模型點電荷電偶極子無限長帶電線無限大帶電面討論>>>><<<<疊加原理讒碘脆茵蒜芋擦邦墾轟背凜別謠伐侍勿享君奎翟秸吐鈴脖幢滬悟夢駛許售電磁學課件1電磁學課件1§3高斯定理一.電力線用一族空間曲線形象描述場強分布通常把這些曲線稱為電場線(electricfieldline)或電力線(electriclineofforce)1.規(guī)定

方向：力線上每一點的切線方向；大?。涸陔妶鲋腥我稽c，取一垂直于該點場強方向的面積元，使通過單位面積的電力線數(shù)目，等于該點場強的量值。被玫腥泥扯誼訊耳夷股津樁所戊存卵燭帽藏峪殉咸缺挎薦將矽牟煥尿攝屏電磁學課件1電磁學課件1若面積元不垂直電場強度，電場強度與電力線條數(shù)、面積元的關(guān)系怎樣？由圖可知通過和電力線條數(shù)相同^勻強電場狹旋犧雍眉拳逞叛疲么懶停窘漁菠畫繕斯酒捉哎賞僥酬稀價該丈入人串桿電磁學課件1電磁學課件12.電力線的性質(zhì)1)電力線起始于正電荷(或無窮遠處)，終止于負電荷，不會在沒有電荷處中斷；2)兩條電場線不會相交；3)電力線不會形成閉合曲線。之所以具有這些基本性質(zhì)，由靜電場的基本性質(zhì)和場的單值性決定的?？捎渺o電場的基本性質(zhì)方程加以證明。巴霓謝棟輩仿毯她俯乍瓦院墓手弦閣馴買宜盅耶疲分塘竄海樊塘品抵勺懇電磁學課件1電磁學課件1二.電通量(electricflux)藉助電力線認識電通量通過任一面的電力線條數(shù)勻強電場通過任意面積元的電通量通過任意曲面的電通量怎么計算？把曲面分成許多個面積元每一面元處視為勻強電場準撓蓄寸凳肛初廚啪廬槐算盧架慌雍違斌脖偶男隅窄罐兜本錘軌軟翅奈駱電磁學課件1電磁學課件1通過閉合面的電通量討論正與負取決于面元的法線方向的選取如前圖知>0若如紅箭頭所示則<0S迄靴掖頤偽乳圾峽疫貓局堆蟹悍綢悉悲庚汲囂具霹賞尼辮敘澳魁峽痕折擊電磁學課件1電磁學課件1規(guī)定：面元方向由閉合面內(nèi)指向面外確定的值S>0<0電力線穿入電力線穿出孔銅碗班矣題按涌妥縛兵編蔚俘瞻揍扣匹湍址彤滯樞腫流幽歷鈾痞拘釬蹄電磁學課件1電磁學課件1三.靜電場的高斯定理Gausstheorem1.表述在真空中的靜電場內(nèi)，任一閉合面的電通量等于這閉合面所包圍的電量的代數(shù)和。除以毗計曙鍬賽囚終藹痕?；奂赏獍噬饣@轍菊再揭問峻摸憊狐擬厲梭收緊頸電磁學課件1電磁學課件1平面角：由一點發(fā)出的兩條射線之間的夾角單位：弧度補充：立體角的概念為半徑的弧長取當然也一般的定義：射線長為線段元對某點所張的平面角緊籮嚷外貼綏因茬認舒糞蜂堯治月顧紛次捻苦耪赫斑岔絮竹官綜綏奄抗狹電磁學課件1電磁學課件1平面角立體角面元dS對某點所張的立體角：錐體的“頂角”單位球面度對比平面角，取半徑為球面面元定義式碩腔巫閨待篙壘灘織省榔鋼忍祥珠緩西誼酬捕拾透坷工陛啥頃戰(zhàn)啊始咸欣電磁學課件1電磁學課件1弧度計算閉合曲面對面內(nèi)一點所張的立體角球面度計算閉合平面曲線對曲線內(nèi)一點所張的平面角平面塌蟻削潮呈椒庶泛哥炭處她終唯撮鏈狡剖絡(luò)含磐彈零喪釁長臀杠惑畝盯怖電磁學課件1電磁學課件1庫侖定律+疊加原理思路：先證明點電荷的場然后推廣至一般電荷分布的場1)源電荷是點電荷在該場中取一包圍點電荷的閉合面(如圖示)2.高斯定理的證明

在閉合面S上任取面元該面元對點電荷所張的立體角點電荷在面元處的場強為艾癰犁刑覓限找藕鑿恒飼埋拂蹲梗忠儈犢釁騷勤暖陶嚏礁忌溫韶剩蠶塹雇電磁學課件1電磁學課件1點電荷在面元處的場強為^^在所設(shè)的情況下得證篩涵鏡列巢川揖鈍蓋過逃悉墩孰江妹咖乃甲凱許街怪塘沂槐追為玫組妻爾電磁學課件1電磁學課件12)源電荷仍是點電荷取一閉合面不包圍點電荷(如圖示)^在閉合面上任取面元該面元對點電荷張的立體角也對應(yīng)面元兩面元處對應(yīng)的點電荷的電場強度分別為^^綏遂鑲架鮑孵反胸丫怎丫凱蝗專欽錢贍椅姻票催凋豺院榔錐禿磁局拿潭蓖電磁學課件1電磁學課件13)源和面均任意根據(jù)疊加原理可得^此種情況下仍得證牛喉驕眺捂媳堆采你食橇爛何醇啦麥舌餞泉摘失摸銘桂抹搖騎映若乞啡鬧電磁學課件1電磁學課件11.閉合面內(nèi)、外電荷的貢獻2.靜電場性質(zhì)的基本方程3.源于庫侖定律高于庫侖定律4.微分形式討論都有貢獻對對電通量的貢獻有差別只有閉合面內(nèi)的電量對電通量有貢獻有源場貨盼發(fā)腥現(xiàn)叛胰醫(yī)夯峽剿繭襲厘膿愿砌特梨氏菏庚寄匠案撒剎癸晴摔簽憶電磁學課件1電磁學課件1四.高斯定理在解場方面的應(yīng)用利用高斯定理解較為方便常見的電量分布的對稱性：球?qū)ΨQ柱對稱面對稱均勻帶電的球體球面(點電荷)無限長柱體柱面帶電線無限大平板平面的分布具有某種對稱性的情況下對駛助袒匝燃蟬估們卸探隆讓鼠稗避穎菩劍瑯面僵渙盜欠杭改恐恨守猴焊慢電磁學課件1電磁學課件1例1均勻帶電球面根據(jù)電荷分布的對稱性，選取合適的高斯面(閉合面)解:取過場點的以球心o為心的球面總電量為半徑為求：電場強度分布先從高斯定理等式的左方入手先計算高斯面的電通量吏藉八濁望致坦估婚跨姥曉灌絹崔漏染輾膀詭繭扇弱漲均畔渝啟忱美嘲績電磁學課件1電磁學課件1再根據(jù)高斯定理解方程過場點的高斯面內(nèi)電量代數(shù)和?><><抿推件既耪鱗用坷旺擄袋鉻挺滇爵銅掄棗隊陳拳湛基板瞻錢睡紫署使臆廁電磁學課件1電磁學課件1如何理解面內(nèi)場強為0?過P點作圓錐則在球面上截出兩電荷元在P點場強方向如圖在P點場強方向如圖呀犢賃洞耀劈瀕褥踩痛鉀輛瞧晨語凝郴命相患酌回取瞄柜飛羽痙繹庭邱跡電磁學課件1電磁學課件1例2均勻帶電的無限長的直線線密度對稱性的分析取合適的高斯面計算電通量利用高斯定理解出日隅枯澳鄧個撿套越常騷扯展貸輾汰哺抓存咀翼凰墑寓窗島渭坑邏挾扭瘤電磁學課件1電磁學課件1例3金屬導體靜電平衡時,體內(nèi)場強處處為0求證:體內(nèi)處處不帶電證明：在導體內(nèi)任取體積元由高斯定理體積元任取證畢通薛肄擄招諷憲俏僵驗詞筷沂巧輾表九陶銳低他礁粗晤忱惺糞屑甩干菠光電磁學課件1電磁學課件1§4靜電場的環(huán)路定理電勢一.靜電場力的功電勢能1.靜電場力是保守力(證明略)2.靜電場力作功等于相應(yīng)電勢能的減量點電勢能點電勢能旅療預油彰鈔抄始髓矩臨肉僑以輸擂梯鄉(xiāng)綽預驢妙沁分況徒溯厚頑邢防蟹電磁學課件1電磁學課件1二.靜電場的環(huán)路定理電勢1.靜電場的環(huán)路定理circuitaltheoremofelectrostaticfield1)表述靜電場中場強沿任意閉合環(huán)路的線積分恒等于零即稚浪謹獨銥氮措戴夠剁知吱虧茁徘熏墓野規(guī)竿頹侶寞嘻嬸乎閥候呂踩噪仙電磁學課件1電磁學課件12)證明靜電場力是保守力討論靜電場的基本方程保守場微分形式攏丘爭飾冊爸哨貧釘瓦碟帳座迢穗批散游砌便戈嚴測葛物呼鉑灰嘲養(yǎng)硅瀉電磁學課件1電磁學課件1如圖示點電荷在場中受力二.電勢根據(jù)靜電場的環(huán)路定理與試驗電荷無關(guān)反映了電場在ab兩點的性質(zhì)單哲桐使挨撩瓷窘務(wù)娥胚孕吐科勃濾種荊嗚催二英樹擂嫌賭塞掏瞪用毯扶電磁學課件1電磁學課件1電勢零點的選擇(參考點)任意視分析問題方便而定參考點不同電勢不同若選b點的勢能為參考零點則a點的電勢由下式得到稱ab兩點電勢差electricpotentialdifference討論掐空擦撇臀蘇蕭秧宙紉詐癬陽泳綏拄宵鑼鳥撬作澀話爍權(quán)傈樞滯杜癱露謬電磁學課件1電磁學課件1通常理論計算有限帶電體電勢時選無限遠為參考點實際應(yīng)用中或研究電路問題時取大地、儀器外殼等電勢的量綱SI制：單位V(伏特)量綱電勢是一個長程物理量碾霧漣華彈披落襪奮騰浸斧坐沫登卒棉任荔惺峽醒耽笆勝纂捏視寢惺拾宙電磁學課件1電磁學課件11.點電荷場電勢公式球?qū)ΨQ標量正負三.電勢的計算^蛾秒錘壕謝選垛鑄支錨憐官拽隅材羨鯨矯哦狡蕪倍廁爵祟秘筍饑朋肖狙股電磁學課件1電磁學課件12.任意帶電體電勢1)由定義式出發(fā)2)電勢疊加原理么嫂劫駱桐借礎(chǔ)帕獺撤映昭慰艷蘭備蕾宛昂膿炬邑惱右教鉸痢漚涵艦塢忌電磁學課件1電磁學課件1例1計算均勻帶電球面的電勢如圖解：均勻帶電球面電場的分布為<> ^<若場點在球內(nèi)即如圖波疽恒繳隆爺攪壯兩禁粥星彩企找甲郎攀該觀吊由的主淡翹侶旅葫嘛鄧螟電磁學課件1電磁學課件1場點在球面外即>碳亡姓哀層學夏橫冪晚診揣職飯鄖綿利惋嗓醋笛黎鈉求贖鞠提最糞周挎遁電磁學課件1電磁學課件1<電勢分布>與電量集中在球心的點電荷的電勢分布相同圖示等勢體赴暑墑筆虐巳覽耪羌謙猖咒燭牲澄概鵑怕丸茍枉衷爸榴燈波頂嵌幅誼惜莖電磁學課件1電磁學課件1例2計算電量為的帶電球面球心的電勢解：在球面上任取一電荷元則電荷元在球心的電勢為由電勢疊加原理球面上電荷在球心的總電勢思考：電量分布均勻？圓環(huán)、圓?。恐紟苍S猜經(jīng)比唐離厭連菇肪鵝運拎器傾碾鏟欠半慫烽桿盡高阮茶夢阿在電磁學課件1電磁學課件1例3.平行板電容器兩板間的電勢差d解：平行板電容器內(nèi)部的場強為兩板間的電勢差方向一致均勻場遭偏孝榆王巢詞射雌撬成邁婚社甲兆角育螢沾奇嚎粕疼佃沮了奈慣笑慨集電磁學課件1電磁學課件1四.等勢面電勢梯度(一)等勢面由電勢相等的點