大学物理第二册.pptx

1电磁学概述电磁学概述1 1、定义：、定义：电磁学是研究电磁现象基本规律的学科电磁学是研究电磁现象基本规律的学科即即电电荷荷、电电流流及及其其激激发发的的电电场场、磁磁场场的的规规律律以及物质的电磁学性质。以及物质的电磁学性质。为为物物理理学学的的重重要要分分支支，渗渗透透至至天天文文、化化学学、生生物物、地地质质等等各各个个学学科科，整整个个物物质质世世界界，从从天天体体到到微微观观粒子都与电磁现象有着密切的联系。粒子都与电磁现象有着密切的联系。2观察记录阶段：观察记录阶段：公公元元前前6 6世世纪纪：希希腊腊泰泰勒勒斯斯 布布摩摩擦擦过过的的琥琥珀珀能能吸引轻小物体吸引轻小物体中国：战国中国：战国韩非子韩非子 司南司南吕氏春秋吕氏春秋慈石招铁慈石招铁 十十六六世世纪纪末末：吉吉尔尔伯伯特特：较较详详细细的的观观察察和和记记录录了了磁磁石的相互作用石的相互作用中中国国的的“电电”字字最最早早见见于于周周朝朝的的青青铜铜器器的的铭铭文文中中，是对是对“雷电雷电”这种自然现象的记录这种自然现象的记录2 2、历史背景：、历史背景：公元前公元前3-4世纪：世纪：3定量研究阶段：定量研究阶段：1785 1785 库仑：电荷相互作用规律库仑：电荷相互作用规律 泊松、高斯等泊松、高斯等 静电场理论静电场理论(超距超距)1786 1786 伽伐尼：发现电流伽伐尼：发现电流 伏特、欧姆、法拉第等伏特、欧姆、法拉第等 电流定律电流定律18201820 奥斯特：发现电流的磁效应奥斯特：发现电流的磁效应 毕奥、萨法尔、安培、拉普拉斯等进一步定量研究毕奥、萨法尔、安培、拉普拉斯等进一步定量研究1831 1831 法拉第：电磁感应现象，提出场、力线的概念法拉第：电磁感应现象，提出场、力线的概念1865 1865 麦克斯韦：建立完整的经典电磁学理论麦克斯韦：建立完整的经典电磁学理论41888 1888 赫兹：电磁波，开创无线电电子学赫兹：电磁波，开创无线电电子学1905 1905 爱因斯坦：相对论爱因斯坦：相对论 电磁规律满足洛伦兹变换电磁规律满足洛伦兹变换电场与磁场随参考系而变，是一个统一的整体电场与磁场随参考系而变，是一个统一的整体第三个发展阶段：第三个发展阶段：2020世纪以来世纪以来探索微观领域与高速领域的电磁理论探索微观领域与高速领域的电磁理论量子电动力学量子电动力学量子场论量子场论相对论电动力学相对论电动力学（注：大学物理偏重（注：大学物理偏重“场场”的观点，的观点，“路路”一般不讲）一般不讲）51.1.电荷电荷电荷电荷对电的最早认识：摩擦起电和雷电对电的最早认识：摩擦起电和雷电两种电荷：正电荷和负电荷两种电荷：正电荷和负电荷 （富兰克林）（富兰克林）电性力：同号相斥、异号相吸电性力：同号相斥、异号相吸电荷量：物体带电的多少电荷量：物体带电的多少8-1 电荷电荷 库仑定律库仑定律第八章第八章 真空中的静电场真空中的静电场讨论在真空中相对观察者静止的电荷所产生的电场讨论在真空中相对观察者静止的电荷所产生的电场的性质的性质6 2 2、电荷守恒定律、电荷守恒定律 在一个与外界没有电荷交换的系统内，无论进行怎在一个与外界没有电荷交换的系统内，无论进行怎样的物理过程，系统内正、负电荷量的代数和总是样的物理过程，系统内正、负电荷量的代数和总是保持不变。保持不变。-电荷守恒定律电荷守恒定律 物理学中的基本定律之一物理学中的基本定律之一例：例：7 物物体体所所带带的的电电荷荷量量不不可可能能连连续续地地取取任任意意量量值值，而而只只能能取取电电子子或或质质子子电电荷荷量量的的整整数数倍倍值值电电荷荷量量的的这这种种只只能能取取分分立立的的、不连续量值的性质，称为不连续量值的性质，称为电荷的量子化电荷的量子化。一个电子电荷量为：一个电子电荷量为：一个电子电荷量为：一个电子电荷量为：e=1.60218924610=1.60218924610 19 19 库仑库仑3 3、电荷的量子化电荷的量子化 (Quantization of Electric Charge)夸克夸克 -1906-1917 1906-1917年，密立根用液滴法年，密立根用液滴法首先从实验上证明了，微小粒子带首先从实验上证明了，微小粒子带电量的变化不连续。电量的变化不连续。在在宏宏观观电电现现象象中中，NN很很大大，量量子子性性观观察察不不到到，可可不不考考虑虑其其量量子子性性，看看成成电电荷荷是是连续分布在带电体上。连续分布在带电体上。84.4.库仑定律库仑定律 1773 1773年发表有关材料强度的论文，所年发表有关材料强度的论文，所提出的计算物体上应力和应力分布情况提出的计算物体上应力和应力分布情况的方法沿用到现在。的方法沿用到现在。17771777年开始研究年开始研究静电和磁力问题，发明扭秤。静电和磁力问题，发明扭秤。17791779年年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。科学理论。1785-17891785-1789年，用扭秤测量年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。静电力和磁力，导出著名的库仑定律。扭秤扭秤扭秤扭秤库仑库仑(1736 1806)法国工程师、法国工程师、物理学家。物理学家。9点电荷点电荷可以简化为点电荷的条件可以简化为点电荷的条件:Q1rddr观察点P库仑定律：库仑定律：在真空中，两个静止点电荷之间相互在真空中，两个静止点电荷之间相互作用力与这两个点电荷的电荷量作用力与这两个点电荷的电荷量q1和和q2的乘积成正的乘积成正比，而与这两个点电荷之间的距离比，而与这两个点电荷之间的距离r12（或（或r21）的）的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，同号相斥，异号相吸。连线，同号相斥，异号相吸。库仑定律库仑定律忽略形状、大小的带电的点忽略形状、大小的带电的点（理想模型）（理想模型）（在惯性系中观察）（在惯性系中观察）10中学：真空中，两个静止的点电荷间相互作用力中学：真空中，两个静止的点电荷间相互作用力静电力恒量静电力恒量写成矢量式：写成矢量式：是单位矢量是单位矢量11目的：目的：使后面的大量电磁学公式不出现使后面的大量电磁学公式不出现 因子，因子，适用范围适用范围 :目前认为在目前认为在 范围均成立。范围均成立。引入真空电容率：引入真空电容率：数量级：四种基本相互作用相对强度数量级：四种基本相互作用相对强度 强力强力电磁力电磁力弱力弱力引力引力