2019/1/17,1,本学期学习内容：,一、电学部分（上册第五章、第六章） 二、磁学部分（上册第七章、第八章） 三、近代物理部分（下册第十四章、第十五章）,课程特点：教考分离,2019/1/17,2,二、物理课作业要求： 1、交作业时间：每周二上课之前交作业， 迟交者视为补交！ 2、选择题和填空题必须简要写出依据和原因； 计算题要有解题步骤。 3、作业纸上写明班级、姓名和学号。,课程要求：,一、大学物理课程学生成绩评价标准,2019/1/17,3,如何学好物理学,2） 注意尽快适应电子教案的教学方式； 学会有重点地记好笔记!,4）学会物理学中科学分析方法。,1） 弄清概念，不怕难；（数学基础！）,3）养成一丝不苟的作风； （先从笔记、作业入手）,2019/1/17,4,静 电 场,第五章,静电场(electrostatic field) ：相对于观察者静止的电荷所 产生的电场。,基本内容： 1）描述静电场的两个基本量：电场强度，电势 2）描述静电场性质的两个基本定理：高斯定理， 环路定理 3) 一个基本的定律：库仑定律,2019/1/17,6,5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律,一、电荷及其性质,1、电荷(electric charge),1747年富兰克林发现了电。物体所带的电荷有两种，分别称为正电荷(positive charge )、负电荷(negative charge )。同号电荷相斥(repel)，异号电荷相吸(attract)。电荷可以由摩擦起电、静电感应(electrostatic induction)产生。,电量q：物体带电多少的量度。单位：Coulomb,历史上约定：用丝绸摩擦的玻璃棒带正电，用毛皮摩擦的塑料棒带负电。,2019/1/17,7,2、电荷的量子化(charge quantization),19061917年，密立根（R.A.millikan )用液滴法 测定了电子电荷，证明：微小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是基元电荷(elementary charge) e 的整数倍(integral multiple)，即粒子的电荷是量子化的。,迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷， 质子是最小的正电荷。它们的带电量都是基本电荷e 。,1986年的推荐值为：e =1.6021773310-19库仑(C),q=ne ，n=1,2,3, 电荷量子化是个实验规律。,2019/1/17,8,1)电荷e是不是最基本的呢？ 在强子结构的夸克模型(1964年）中，夸克带分数电荷，相应的“反夸克”带等量反号的电荷。上(up)夸克的带电量为2e/3；下(down)夸克的带电量为 - e/3；奇异(strange)夸克的带电量为 - e/3。 在这一模型中，夸克是受到“禁闭”的。迄今为止，尚未在实验中找到自由状态的夸克。,目前，分数电荷仍是一个悬而未决的命题。不过即使分数电荷存在，仍然不会改变电荷量子化的结论，只不过新的基本电荷是原来的1/3而已。,2)由于e的数值比宏观上所观测到的一切微小电荷要小很多，所以对宏观带电体常忽略这种量子性，认为电荷是连续分布的。,2019/1/17,9,罗伯特安德勒斯密立根简 介,（Robert Andrews Millikan）1868-1953 密立根教授是美国杰出的实验物理学家和教育家，他把毕生精力用于科学研究和教育事业，他是电子电荷的最先测定者。 密立根从1907年开始进行测量电子电荷的实验。1909年至1917年他对带电油滴在相反的重力场和静电场中的运动进行了详细的研究。1913年发表的电子电荷测量结果e=4.770* 10-10静电单位电荷。这一著名的油滴实验曾轰动整个科学界，使密立根名扬四海。 1916年密立根又解决了光电效应的精确测量问题，第一次由光电效应实验测量了普朗克常数h。 密立根教授由于测量电荷和研究光电效应的杰出成就,获得1923年度诺贝尔物理学奖金。,10,3、电荷守恒定律（law of conservation of charge),表述：,在一个与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。,（电荷既不能被创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一个物体上，或从物体的一部分转移到另一部分）,地位：,电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程( 例如核反应和基本粒子过程 )，是物理学中普遍的基本定律之一。,4、 电荷的相对论不变性(invariability)：,在不同的参考系内观测，同一个带电粒子的电量不变。,2019/1/17,11,5-2 库仑定律与静电力的叠加原理,1、点电荷(point charge)：形状和大小可忽略的带电体（理想模型）,当带电体的形状和大小与它们之间的距离相比充分小而允许忽略时，可以将带电体看作点电荷。,表述：,在真空中两个静止点电荷之间的作用力与它们的电荷（电量）的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比 。作用力的方向沿着这两个点电荷的连线。,2、 库仑定律(Coulombs law) （1785年）,2019/1/17,12,其中,是国际单位制中的比例系数 k 8.98755 1019 N.m2 .C-2,(为真空电容率或真空介电常量),为单位矢量，,2019/1/17,13,库仑(Charles-Augustin de Coulomb),库仑(Charles-Augustin de Coulomb,17361806年)法国工程师、物理学家。1736年6月14日生于法国昂古莱姆。他在美西也尔工程学校读书。离开学校后，进入皇家军事工程队当工程师。他在西印狄兹工作了9年，因病而回到法国。 法国大革命时期，库仑辞去一切职务，到布卢瓦致力于科学研究。法皇执政统治时期，他回到巴黎，成为新建的研究院成员。 1773年发表有关材料强度的论文，1777年库仑开始研究静电和磁力问题。1779年他分析摩擦力，还提出有关润滑剂的科学理论。他还设计出水下作业法，类似现代的沉箱。17851789年，库仑用扭秤测量静电力和磁力，导出有名的库仑定律。 1806年8月23日库仑在巴黎逝世。,14,1）库仑定律是直接从实验总结出来的规律，适应于点 电荷，是静电场理论的基础。 2）库仑定律与牛顿万有引力定律类似，也不是超距(action-at-a-distance)作用。按照现代物理学的观点， 相互作用是由场以有限速度传播的。,3）适用的空间范围为： ，这分别被 高能电子散射实验和人造地球卫星研究地球磁场时所 证实。,2019/1/17,15,5）库仑定律和万有引力定律都是平方反比规律，从数量级上比较，引力要弱得多，在氢原子内，电子和质子之间的静电力与万有引力的比值为2.271039。,4）在无限大均匀电介质（绝缘体）中，点电荷之间的 静电力:,（比真空中的库仑力小）,2019/1/17,16,5-3 电场强度 （重点）,一、电场(electric field),1. 电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有电场，引入该电场的任何带电体，都受到电场的作用力，这就是近距作用。,场是一种特殊形态的物质,所谓超距作用：,2019/1/17,17,2. 场的物质性体现在：,a. 给电场中的带电体施以力的作用。,b. 当带电体在电场中移动时，电场力作功。表明电场 具能量。,c. 变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量。,2019/1/17,18,二、电场强度(electric field intensity),电场中某点处的电场强度 定义为位于该点处的单位正试验电荷所受的力。,19,三 点电荷的电场强度,球对称性和非均匀性,2019/1/17,20,四 电场强度的叠加原理,由力的叠加原理， 所受合力,点电荷 对 的作用力,故 处总电场强度,电场强度的叠加原理,2019/1/17,21,电荷连续分布情况,电荷体密度,点 处电场强度,2019/1/17,22,电荷面密度,电荷线密度,2019/1/17,23,体电荷分布的带电体的场强,面电荷分布的带电体的场强,线电荷分布的带电体的场强,因为矢量不能直接积分，须先求出场强分量， 对分量积分后再迭加（关键点）。,2019/1/17,24,1.由 能否说 与 成正比，与 成反比？,讨论,2.一总电量为Q0的金属球，在它附近P点产生的场强为 。将一点电荷q0引入P点，测得q实际受力大小 与 q之比为 (， =)P点电场强度的大小,2019/1/17,25,由对称性有,2019/1/17,26,2019/1/17,27,（1）,（点电荷电场强度）,（2）,（3）,2019/1/17,28,2019/1/17,29,解：取电荷元dq,则,由对称性,拓展：求均匀带电细圆弧圆心处的场强，已知 ,R,解 由例,2019/1/17,30,2019/1/17,31,（点电荷电场强度）,2019/1/17,32,电偶极矩（电矩）,五 电偶极子的电场强度,电偶极子的轴,2019/1/17,33,（1）轴线延长线上一点的电场强度,2019/1/17,34,2019/1/17,35,（2）电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度,2019/1/17,36,2019/1/17,37,例（教材没有）、设真空中，有一均匀带电直线，长为L，总电量为Q，线外有一点p离开直线的垂直距离为b，p点和直线两端的连线之间的夹角分别为 ，如图，求p点的场强。,2019/1/17,38,解： 以p点为原点，取坐标轴ox、oy，在带电直线上离oy轴为l处取电荷元dl，带电量为dq，设直线的线密度为，dq=,则dq在p点产生的场强的大小为：,与x轴的夹角为 ， 由图显然可得：,2019/1/17,39,由于,可得,积分得,40,2、若为半无限长直线：,1、若为无限长直线：,即 ，则：,即 ，则：,本次作业（习题集）： 6-3，6-4（与课上所讲不同），6-7， 6-12（好好思考），6-13， 6-15( 课上例题)，6-22， 6-24，6-27,2019/1/17,42,