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1、1,电 磁 篇,2,电磁相互作用和电磁场,四种基本相互作用 电磁 引力 强 弱,电磁相互作用 重要 清楚,通过电磁场说明 场的 基本性质 基本特征 基本方法,宏观的电磁学理论,3,一.恒定场 1.静电场 2.稳恒电流的电场 3.稳恒电流的磁场 二.感生场 1.感生电场 2.感生磁场 三.电磁场的统一性 相对性,4,场的性质,场与物质的相互作用,基本思路,实验规律,麦克斯韦电磁场方程组,5,第6章 恒定电场和恒定磁场 6.1 真空中的静电场 6.2 导体存在时的静电场 6.3 有电介质时的静电场 6.4 恒定电流的电场 6.5 真空中的稳恒磁场 6.6 磁介质,6,1.对电荷的基本认识 两种 正
2、 负 电荷量子化 电量是相对论 不变量,6.1 真空中的静电场 一.电荷守恒定律和库仑定律,7,2.基本实验规律 1） 电荷守恒定律,2） 电力叠加原理,3） 库仑定律,从施力电荷指向受力电荷,8,库仑定律表述： 1785年 库仑通过扭称实验得到,真空中，两个静止点电荷之间的相互作用力的大小与它们电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比， 作用力的方向沿着它们的连线， 同号电荷相斥， 异号电荷相吸。,9,从施力电荷指向受力电荷,若两电荷同号 斥力 若两电荷异号 吸引力,方向 方向,10,第二种 高斯制中 当时电量的单位尚未确定 令 K = 1 库仑定律的形式简单,库仑定律中的K有两种取法
3、第一种 国际单位制中,11,施力 受力,3. SI中库仑定律的常用形式,令,（有理化）,真空中的介电常数或真空电容率,12,早期：电磁理论是超距作用理论 后来: 法拉第提出近距作用 并提出力线和场的概念,1. 电场 电荷周围存在电场 1）电场的宏观表现 对放其内的任何电荷都有作用力 电场力对移动电荷作功,（电场强度） （电势）,二. 电场 电场强度,13,2）静电场 相对于观察者静止的电荷产生的电场 是电磁场的一种特殊形式,2.电场强度,电量为Q的带电体在空间产生电场,描述场中各点电场强弱的物理量是 电场强度,14,思考 试验电荷必须满足两小：,电量充分地小 线度足够地小,试验电荷放到场点P处
4、，,试验电荷受力为,试验表明：确定场点 比值,与试验电荷无关,电场强度定义,定义方法：,为什么？,15,1),2) 矢量场 3) SI中单位,4) 电荷在场中受的电场力 点电荷在外场中受的电场力,或,一般带电体在外场中受力,16,三.电场强度的计算,1.点电荷Q的场强公式,由库仑定律有,首先 将试验点电荷q放置场点P处,解决的问题是 场源点电荷Q的场中各点电场强度 解决的办法是 库仑定律和场强的定义,17,1) 球对称,由库仑定律,由场强定义,2)场强方向：正电荷受力方向,18,2.场强叠加原理 任意带电体的场强,1）如果带电体由 n 个点电荷组成，如图,整理后得,或,19,2）如果带电体电荷
5、连续分布 如图,把带电体看作是由许多个电荷元组成 然后利用场强叠加原理求解,20,体电荷密度 面电荷密度 线电荷密度,21,例1 一对相距为l 的等量异号点电荷的电场强度,根据场强叠加原理：,原理式 均为代数量,22,若场点P距正电荷一端为a，则场强：,方向如图,方向如图,合场为,方向：连线向右,23,讨论： 一对等量异号电荷系统 若从电荷连线的中点向场点P画一位矢,且满足： r l 的条件 则这一对等量异号点电荷 叫做电偶极子(electric dipole),描述的物理量是电偶极矩,方向：从负点电荷指向正点电荷,24,再利用电偶极子必须满足 r l 的条件 得：,推导,电偶极子的场强： 由
6、一对等量异号点电荷的场出发：,研究物质分子对场的贡献时，将分子看作电偶极子,25,电介质（绝缘体）的微观图象,有极分子 无极分子,无电场时,故对外不产生电场,26,解：建坐标如图,例2 长为l 的 均匀带电直线，电荷线密度为 求：如图所示 P 点的电场强度,在坐标 x 处取一长度为dx 的电荷元,电量为,电荷元到场点P距离为r,27,电荷元 dx 在 P 点的场强方向如图所示 大小为,28, 各电荷元在 P 点的场强方向一致 场强大小直接相加,自解,方向：导线延线,29,例3 求电偶极子在电场中的力和力矩 如图，,解：正负电荷受力：,系统质心速度不变,各力对质心的力矩,该力矩总是使电矩转向场强
7、的方向,30,电介质（绝缘体）的极化会改变场的分布 1.电介质的微观图象,有极分子 无极分子,2.电介质分子对电场的影响 无电场时,31,有电场时 电介质分子的极化,结论：极化的总效果是介质边缘出现电荷分布,称呼：由于这些电荷仍束缚在每个分子中 所以称之为束缚电荷或极化电荷, , ,32,3.自由电荷与极化电荷共同产生场,例1 介质细棒的一端放置一点电荷,P点的场强？,自由电荷产生的场 束缚电荷产生的场,介质棒被极化，产生极化电荷q1 q2 。 极化电荷q1 q2和自由电荷Q0共同产生场。,33,点电荷 电偶极子 无限长带电线(柱面 柱体） 无限大带电面（板）,r d,r l,r L,r d,条件 带电体 P场点,结束,34,附：,的推导,35,由图有,进而得,从而又得,36,得,场强公式写成,再利用关系式,得证,