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首师大电磁学第一章

电 磁 学 主讲:郑鹉 王海 参考教材:《电磁学》梁灿彬等 高教社 《电磁学》赵凯华等 高教社 §1.1 电荷 一、两种电荷: 1、电荷 电荷有两种: 同种电荷间相互排斥;异种电荷间相互吸引。 第一章 静电场的基本规律 2、电量 3、电荷的量子化 物体所带电荷数量的多少 物体所带电量的最小单元 宏观物体所带电量是该量值的整数倍. n为正或负整数。 4、电荷守恒定律 现象: 电荷守恒定律:电荷既不能创生,也不能消灭,只能从一个物体转移到另一个物体或从物体的一个部分转移到另一个部分。 电荷守恒定律的另一种表述:在一个与外界没有电荷交换的孤立系统中,无论发生任何物理过程,电荷的代数和是守恒的 1、摩擦起电 2、导体静电感应 5、导体、半导体、绝缘体及其内部结构: 一切物质的组成是原子和分子 原子 在外界作用下: 中性 +电子(带负电) =原子核(带正电) 质子(正电) +中子(不带电) (1)导体 内部有大量自由电子,电荷可迅速转移。 (2)绝缘体 内部存在束缚电荷,电荷只能在分子范围内移动,不能脱离原子束缚。 (3)半导体: 内部存在载流子(电子+空穴) 真空中,两个静止的点电荷q1、q2 之间的相互作用力 §1.2 库仑定律 表述: 真空中,两个静止的点电荷q1、q2 之间的相互作用力, 与电量之积成正比, 方向沿连线, 同号相斥,异号相吸。 与距离平方成反比, 数学表达: 3、系数: 2、是宏观、经典实验定律。 适用非相对论的范围。 说明: 1、满足牛顿第三定律 1.2.4 叠加原理 离散点电荷 库仑定律 + 叠加原理 → 静电学的全部问题 §1.3 静电场 电场 1、“超距作用”: 传递“不需要时间”称为超距作用——静电力。 2、场的观点: 1)直接接触的作用力 作用力形式分为两类 2)不直接接触的作用力 任何超距作用都是不存在的,电磁力靠场传递。 场的性质: (1)传播速度很大 (2)除静止场外,电磁场可脱离源单独存在。 (3)电磁场是一种物质,有能量、动量。 1.3.1 电场强度 为了定量的描述场在空间的分布,引入电场强度 定义: 表示空间某一点电场强度的大小和方向。 试探电荷 在场中引入受力的电荷q0的要求 电荷量充分小,其引入不影响原来的场; 称满足上述条件的电荷为试探电荷。 线度充分小,用来确定空间某一点的场。 叠加原理: 1)离散点电荷 2)连续电荷 1.3.2 场强的计算 1)离散点电荷 2)连续分布电荷 ①连续体电荷 ②连续面电荷 ③连续线电荷 电荷密度→元电荷 体密度→元电荷 面密度→元电荷 说明: (1)定义式表示:单位电荷在P点受的电场力为P点电场强度的大小,正电荷在P受的电场力方向为P点电场强度的方向。 (2)特例——均匀场,空间各点电场强度大小方向均相同。 (3)单位:在国际单位制中为: 例1 解 求点电荷q 的电场分布。 1、选球坐标原点与q重合。 2、将试探电荷放在场中任意点p 处 说明: 场具有球对称性 1、点电荷的电场叠加: 例2 1)在两点电荷连线的延长线上一点P 2)在两点电荷中垂线上一点P’ 一对等量异号点电荷,间距为l ,求场强 P和P’到两电荷连线中点的距离均为r。 1)求P点的电场强度 总场 方向向右。 2)求P’点的电场强度 总场 方向沿X轴的反方向。 3)偶极子 等量异号电荷±q,当 l 电荷自身线度 l 系统到场点的距离,称为偶极子系统 偶极子的场: 方向由- q指向+q 略l/r的平方项,且利用 P’点 略l/r的平方项,且利用 例3 解: 求均匀带电细棒中垂面上的场强分布。设棒长为2l ,带电总量为q 。 解 例4 求均匀带电圆环中心轴线上的场强分布。已知圆环半径R,带电总量为q。 例5. 均匀带电圆板,半径为R,电荷面密度为。求轴线上任一点 P 的电场强度。 解: 利用带电圆环场强公式 R P x 无限大带电平板的电场强度 : 当考察点很接近带电平面时(x R),可以把带电平面近似看作无限大来处理。 已知电荷在空间分布,求电场分布问题: 当电荷为点电荷分布时 当电荷为连续分布分布时 四、带电体在电场中受力: 例6 1.受力: 一个电偶极子在均匀电场中所受的力和力矩。 2、计算受力矩: 方向: 矢量表达: 力矩总是使偶极矩转向电场方向。 垂直纸面向里 例7 电子动力学方程: 带电粒子在偏转电场中的轨迹。 解: X方向匀速直线运动: Y方向匀加速运动: 轨迹为抛物线 §1.5 电场线 1.5.1 电场线 又称电力线 规定:电场线是电场中的一组曲线。 其上每一点的切线方向就是该点电场强度

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