电磁学第一章(3)电子教案.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电磁学第一章(3),3,、电学与磁学的第三次融合：完整的经典宏观电磁学的建立,（1）麦克斯韦的伟大贡献,力线 场的数学描述；位移电流；感应（涡旋）电场；,预言电磁波的存在变化的电场可以产生变化的磁场，反之亦然；,提出了光的电磁学说实现了光与电磁波的统一；,电磁通论,将静态的、动态的电场（磁场）用简洁的数学形式实现完美的统一；,预言电磁波的存在；,奠定了电子学和现代通信技术的理论基础,为什么要学习电磁学？,物理学的承上启下：,牛顿力学麦克斯韦的电磁理论爱因斯坦的相对论,（2）赫兹的贡献,（3）马可尼 A.C.波波夫的贡献,无线电技术的发明,用实验验证了电磁波的存在，,并且证明具有干涉、衍射和偏振等性质,光所具有的,4,、信息技术的理论基础,微电子学 微电子学技术：广播、电视、通信、计算机集成电路,和现代通信技术的理论基础,为什么要学习电磁学？,就理论基础来说，仅仅学习电磁学还不够，,还要进一步学习电磁场理论；高等数学是关键！,第一章 静止电荷的电场,1.1,电荷,一、,电荷的种类,1,、富兰克林 命名正、负电荷,2,、电子的“半径”,3、质子、中子的电荷分布,质子内部的电荷分布,中子内部的电荷分布,二、,电荷的量子性,1、电荷的基本单元电子：一个模糊的概念,2、电荷基本单元的实验测定密立根油滴实验,3、分数基本单元电荷的假定夸克,4、点电荷 理想模型,四、,电荷的相对论不变性,三、,电荷守恒,1,、电荷守恒定律,文字表述：,一个系统,意义：,解释物体带电；电中和；电流,2,、电子对的湮灭,氢分子,氦原子,四、,电荷的相对论不变性,氢分子,氦原子,1、两种粒子的电子的运动状态差异,不大,两个电子作为核外电子,2、,氦原子的能量,远远,大于氢分子的能量,100万倍核内质子的,运动状态,差异,很大,3、但是，,氦原子和氢分子都是,电中性,的,4、所以，,电荷的电量与其运动状态无关,电荷的电量与其运动状态无关,1.2,库仑定律与叠加原理,一、,库仑定律,2、,库仑定律,的文字表述,3、,库仑定律的定量表述及图示,1、,库仑定律的意义,静电力的基本定律库仑力,符合牛顿第三定律,静电场是有源场,是两个静止,电荷连线方向,的单位矢量,什么叫单位矢量,库仑定律,4、,真空中的介电常数,5、,例题：比较万有引力与静电力的大小；,真空中介电常数是普适常数,介电常数是一个非常重要的物理量，不同物质，其值不同,一般物质的光、电特性主要体现在其介电常数上,看看原子核内的静电斥力有多大？,计算表明：氦原子中的电子与质子静电力是其万有引力的 倍！,二、,静电力的叠加原理,1、,文字表述,2、,满足矢量运算法则,注意矢量的书写方法,粗黑斜体,或加箭头,3、,一般矢量场都满足叠加原理,叠加原理以独立原理为前提,静电力的叠加原理矢量图,什么叫,叠加原理,？,一般地,对于点电荷系统,1.3,电场与电场强度,一、电场的含义,2、,电场强度的定义,3、,场强的叠加原理,1、,场源电荷、检验电荷（试探）电荷,二、电场强度,2、,场的局域性,3、,场的传播速度光速,1、,超距观点与场的观点,单位正电荷所受的电场力,大小和方向,1.4,静止点电荷的,电场及其叠加,一、静止点电荷的,电场,2,、,场源点电荷的电场强度,3,、,场强的叠加原理,1,、,检验电荷所受到的电场力,单位正电荷所受的电场力,大小和方向,点电荷系统,检验电荷,场源电荷,静止点电荷的电场,3.1,电荷是,线分布,系统,当电荷连续分布时,关键是取微元！,3.2,电荷是,面分布,系统,3.3,电荷是,体分布,系统,例,1.3P17,电偶极子：大小,ql,方向,q,指向,+,q,P点,4、,场强叠加的计算学习重点,电偶极子的电场,P点,P点和场强,电偶极子的电矩（电偶极矩）,例,1.4P18：,带电直线周围的电场,Y对称,P,点,x,处，其电场微元只有,带电直线中垂线上的电场,y,轴,l,处，其微元,dl,上的电荷,dq,为,几何关系,Y对称,P点,x,处，当,x,L,时,P,点,x,处，当,x,L,时,相当于点电荷电场,均匀带电细圆环轴线上的电场,例1.6P21:带电圆盘,圆盘,r,处环带的电荷微元为,均匀带电圆面轴线上的电场,该电荷微元在产生的电场为,P点,x,处，当,x,L,时,相当于点电荷电场,P点,x,处，当,x,R,时,无穷大带电平面,产生匀强电场,均匀带电圆面轴线上的电场,正、负电荷所受的电场力,电偶极子：大小,ql,方向,q,指向,+,q,电偶极子在外电场的受力,例,1.7P22：电场中的,电偶极子,END1-1,本次作业：P39：1.2；1.3；1.5,1.5,电场线和电通量,一、电场线的含义与性质,1、,电场线含义,电场线数密度与,场强大小的关系,2、,电场线性质物理意义,3、,电场线的数学意义,请你用语言表述,该式的含义！,电场线的所疏密度表示电场强度的大小,电场线的切线表示电场强度的方向,同一电荷发出的任意两条,电场线不相交,电场线的方向指向电势降落最快的方向,电场中某点电场强度的大,小等于该点电场线数密度,4、几种静止电荷的,电场线,电偶极子,点电荷,带电直线,几种静止电荷的电场线分布,二、电通量的含义与性质,通过电场中,某面积元,电场线的条数,通过,某封闭面积,的电通量,注意面积元的方向与,场强方向的关系,面积元的方向如何表示？,二重积分曲面积分,通过,dS,面积元的电通量,通过封闭曲面的电通量,通过,某封闭面积,的电通量,曲面积分,通过,任意面积,的电通量,通过任意曲面的电通量,曲面积分,1.6,高斯定律,一、高斯定律的含义,用电通量表示电场和场源之间的关系,1、封闭球面,S,包围,点电荷的,情况图(a),高斯定律的物理意义,几何意义和数学意义,1、封闭球面,S,包围,点电荷的,情况图(a),由电通量与,场强之间的关系，得,与封闭球面的面积、位置无关；,仅仅与封闭球面所 包围的电荷,有关,这是,最重要的结论！,高斯定律的物理意义,几何意义和数学意义,2、,任意,封闭面,S,（不是球面）,包围,点电荷的,情况图(a),由电通量与,场强之间的关系，得,高斯定律的物理意义,几何意义和数学意义,3、封闭球面（或任意封闭曲面）,不包围,点电荷的,情况图(b),由电通量与,场强之间的关系，得,有多少电通量进入封闭面,就有多少电通量出封闭面！,4、多个点电荷组成点电荷系统,二、高斯定律的数学表式,三、高斯定律的文字表述,P,29,四、注意,高斯定律中的场强由,封闭面内、外的电荷,共同决定！,高斯定律中的电通量只与,封闭面内的电荷,有关,为什么？,1.7,利用,高斯定律求静电场的分布,例,1.8P30,用,高斯定律求,点电荷,q,的电场分布,球面是最简单的高斯面,如果,P,处有点电荷，则,对称性,场或电荷分布,高斯定律应用的关键,球面是最简单的高斯面,例,1.9P31,用,高斯定律求,均匀,带电球面,的电场分布,在球外,P,点,均匀带电球面的电场分布,在球内,P,点,均匀带电球面的电场分布,例,1.10P32,用,高斯定律求,均匀带电体,的电场分布,均匀带电体,外某点,(球面上),电场相当于点电荷,均匀带电球体的电场分布,均匀带电体,内某点,(球面上),电场,均匀带电球体的电场分布,例,1.11P34,取闭合圆柱面作为,高斯面,圆柱体的上底面、下底面和,侧面的法线与场强的方向如何？,什么叫面的法线？,无限长均匀带电,直线的电场分布,如何应用,高斯定律?,用,高斯定律求,无限长均,匀带电直线,的电场分布,无限长均匀带电,直线的电场分布,例,1.12P35,用,高斯定律求,无限大均,匀带电平面,的电场分布,取闭合圆柱体作为,高斯面,无限大均匀带电,平面的电场分布,圆柱体的上底面、下底面和侧面的法线与场强的方向如何？,什么叫面的法线？,如何应用,高斯定律?,无限大均匀带电平面电场分析,匀强电场 为什么？,例,1.13P35,用,高斯定律求,两个平行,无限,大均匀带电平面,的电场分布,用无限大均匀带电平面的结论,带电平行平面的电场分析,平行板电容器内部为什么是匀强,电场,外部电场为什么等于零?,为什么？,电容器内部场强结论,为什么？,用无限大均匀带电平面的结论,在,区,在,区,在,区,带电平行平面的电场分析,提 要,1,、电荷的基本性质,：,两种电荷，量子性、电荷守恒，相对论不变性。,2,、库仑定律：,真空介电常量,其中的,3,、电力叠加原理：,两个静止的点电荷,之间的作用力,5,、场强叠加原理,6,、电通量,用叠加法求电荷系的静电场,7,、高斯定律,4,、电场强度,点电荷,系统,电荷连续,分布系统,END1-2,8,、典型静电场,均匀带电无限长直线,均匀带电球体,均匀带电球面,（球面内）,（球面外）,（球体内）,（球体外）,方向垂直于带电直线,均匀带电无限大平面,方向垂直于带电平面,9,、电偶极子在电场中受到的力矩,作业,P40：1.8；1.13；1.27,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,