1、电磁场,第三篇 电磁相互作用和电磁场 Electromagnetic field,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,内容： 一.静电场及基本性质 二.稳恒电流的电场、磁场及基本性质 三.电磁感应现象及规律 四.Maxwell 电磁场方程组 电磁场的统一性 物质性 相对性 电磁场量的相对论变换 五.引力场思路：实验规律,1.对电荷的基本认识 两种 电荷量子化 (charge quantization )1906-1917年，密立根用液滴法首先从实验上证明了，微小粒子带电量的变化不连续。,一.电荷守恒定律, 电荷守恒定律
2、的表述：在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。 电荷守恒定律是物理学中普遍的基本定律, 电量是相对论不变量 电荷守恒定律 (law of conservation of charge),二.库仑定律( Coulomb Law) 1785年，库仑通过扭称实验得到。1.表述,在真空中， 两个静止点电荷之间的相互作用力大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着它们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。,电荷2 受电荷 1的力,从电荷1指向电荷2,若表示 电荷1受电荷2的力 表达式仍为,2 . K的取值一般情况下物理上处理K的方式有
3、两种：1)如果关系式中除K以外，其它物理量的单位已经确定 那么只能由实验来确定 K 值 K 是具有量纲的量如万有引力定律中的引力常量G就是有量纲的量 2)如果关系式中还有别的量尚未确定单位 则 令就 K=1 (如牛顿第二定律中的K ),第二种 高斯制中电量的单位尚未确定 令 K = 1,3.SI中库仑定律的常用形式,令,有理化,库仑定律 (两种)第一种 国际单位制中,1)基本实验规律 宏观 微观 适用2)点电荷 理想模型三.电力叠加原理,施力 受力,2 电场 电场强度,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,一.电场 (electric field) 电荷
4、周围存在电场。1.电场的基本性质 对放其内的任何电荷都有作用力 电场力对移动电荷作功,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,二.电场强度 (electric field strength),空间带电体 电量为,描述场中各点电场的强弱的物理量是电场强度,电量充分地小线度足够地小,试验电荷放到场点P处，,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, 矢量场 量纲,国际单位制,单位,或, 点电荷在外场中受的电场力,三.电场强度的计算,1.点电荷的场强公式根据库仑定律和场强的定义, 球对称,由库仑定律,由场强定义,从源电荷指向场点, 场强方向
5、正电荷受力方向,2.场强叠加原理任意带电体的场强,如果带电体由 n 个点电荷组成，如图,整理后得,或,若带电体可看作是电荷连续分布的，如图示,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。, 体电荷密度 面电荷密度 线电荷密度,例1 电偶极子的场 首先看 一对等量异号电荷相距,一般方法点电荷场叠加,若从电荷连线的中点向场点P画一位矢,则这一对等量异号电荷称为电偶极子(electric dipole),电偶极矩 (electric moment), 特殊情况连线上，正电荷右侧一点 P 的场强,从,出发,由图,电荷线密度为,求：如图所示 点的电场强度,解：在坐标 x 处取一个电荷元dq,该点电荷在 p 点的场强方向如图所示大小为, 各电荷元在 p 点的场强方向一致 场强大小直接相加,例2 长为 均匀带电直线,例3 均匀带电圆环轴线上的场,解：在圆环上任取电荷元,由对称性分析知垂直x 轴的场强为0,点电荷, 理想模型点电荷电偶极子无限长带电线无限大带电面,叠加原理,
