清华大学电磁学(9)
54页1、大学物理 A(1)电磁学(第三册)12005年春季学期 陈信义编 第1章 静止电荷的电场电磁学(第三册)2【演示实验】点电荷平面电荷电力线、静电跳 球摆球滚筒、日光灯的静电启辉1.1 电荷1.3 电场和电场强度1.5 -6 电通量 高斯定理1.2 库仑定律与叠加原理1.4 静止的点电荷的电场及其叠加1.7 利用高斯定理求静电场的分布补充:高斯定理的微分形式目 录31.1 电荷m密立根(R.A.Millikan)带电油滴实验( 19061917 ,1923年诺贝尔物理奖)2、电荷是量子化(quantization)的基本电荷e =1.60217733(49)10-19C1、电荷只有正、负两种 电磁现象归因于电荷及其运动m宏观电磁学电荷值连续m夸克(quark)带分数电荷 和 但实验未发现自由夸克(夸克囚禁)4在不同惯性系中观测,同一带电粒子的电量 相同。4、电荷是一个洛仑兹不变量3、电荷守恒:在宏观和微观上,电荷总量守恒。5、有电荷就有质量静质量为零的粒子,例如光子,只能是电中 性的。,但是,都精确电中性!不确定关系:例如:H2He质子动量:51/40= 8.9880109 Nm2/C2
2、 9109 Nm2/C20真空介电常数 (Permittivity of vacuum) 0 = 8.8510-12 C2/Nm21.2 库仑定律与叠加原理惯性系,真空中的两静止(或低速)点电 荷间的作用力为q2q1一、库仑定律6平方反比规律 (与万有引力定律类似)如果指数严格等于2,则光子静质量为零。光子静质量上限为10-48 kg.实验结果7【例】比较氢原子中的质子和电子间的库仑力 和万有引力。8库仑力引力:强力电磁力弱力引力原子核中的核子(质子、中子)靠强力吸 引,库仑排斥很弱。宏观物体靠分子、原子间的库仑力维系。9二、电力的叠加原理实验表明:两个点电荷之间的作用力并不因第三个点电荷的存在而改变。在电磁场的量子效应中,经典叠加原理不成立。两个以上的点电荷对一个点电荷的作用力,等于各个点电荷单独存在时对该点电荷作用力 的矢量和101.3 电场和电场强度检验电荷 (静止)q0定义电场强度:即,静止的单位正电荷 所受的电力。静止或运动任意电荷分布F测受力惯性系,点 p(x,y,z)11场的观点 Maxwell电磁理论 静止电荷间的作用也可认为是“超距作用”m 场的观点:电荷之间的相互作
3、用是通过电场 传递的,或者说电荷周围存在电场。变化的电磁场以光速传播:场具有动量、质量移动带电体,电场力作功:场具有能量电场中的带电体,受电场的作用力。m电场物质性的表现m真空 (vacuum)什么都没有吗?电磁场的零点振动 真空涨落 自发辐射12静静动动源电荷qq电荷间的作用力与电场的关系13静电场 在相对场源电荷静止的参考系中观 测到的电场。 静止点电荷的电场1.4 静止点电荷的电场及其叠加电力的叠加原理电场叠加原理:在 n 个点电荷产生的电场中,某点的电场强 度等于每个电荷单独在该点产生的电场强度的 矢量和14连续分布电荷的电场:库仑定律+电场叠加原理 完备描述静电场15【例】求电偶极子中垂线远点的场强电偶极子 (Electric dipole):靠得很近的等量异号点电荷对-qql电偶极矩 (Dipole moment):16电偶极子中垂线上远点的场强:E r -3 ,比点电荷的电场的衰减得快。17【例】电场中的电偶极子在均匀电场中,受合力为零。+-在均匀电场中受的力矩:力矩使 p 尽量和 E 方向一致。电场不均匀,合力不为零。在电场中,受力矩作用。18+-计算关于任意一点O的力
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