电磁学教程.ppt

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1、第一章第一章 真空中静电场的基本规律真空中静电场的基本规律第一章第一章 真空中静电场的基本规律真空中静电场的基本规律电电 磁磁 学学 课课 件件1.11.1电电 荷荷1.21.2库仑定律库仑定律1.31.3电场电场 电场强度电场强度1.41.4高斯定理高斯定理1.51.5电电 势势1.61.6等势面等势面 场强与电势梯度场强与电势梯度第一章第一章 真空中静电场的基本规律真空中静电场的基本规律电电 磁磁 学学 课课 件件1.1 1.1 电电 荷荷电荷电荷电电 磁磁 学学 课课 件件1.1.11.1.1电荷电荷电电 荷：物体具有吸引轻小物体的性质荷：物体具有吸引轻小物体的性质带电体：带有电荷的物体

2、带电体：带有电荷的物体电电 量：带电体已带电荷的多少量：带电体已带电荷的多少 （净，代数和）（净，代数和）说明：以上三者往往用一个词说明：以上三者往往用一个词“电荷电荷”来表示来表示电荷电荷电电 磁磁 学学 课课 件件1.1.21.1.2电荷的基本特性电荷的基本特性电荷电荷电电 磁磁 学学 课课 件件对称性：对基本粒子而言，存在相应的对称性：对基本粒子而言，存在相应的 带等量异号电荷的一对基本粒子带等量异号电荷的一对基本粒子 相对论不变性：在不同的参考系，同一带相对论不变性：在不同的参考系，同一带 电粒子的带电量不变电粒子的带电量不变守恒律：在一个与外界无电荷交换的系统守恒律：在一个与外界无电

3、荷交换的系统 内，在任何物理过程中电荷代数内，在任何物理过程中电荷代数 和保持不变和保持不变电荷电荷电电 磁磁 学学 课课 件件第一章第一章 真空中静电场的基本规律真空中静电场的基本规律电电 磁磁 学学 课课 件件1.2 1.2 库库 仑仑 定定 律律1.2.11.2.1库仑定律的一般表述库仑定律的一般表述1.2.21.2.2静电力的叠加原理静电力的叠加原理库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件1.2.11.2.1库仑定律的一般表述库仑定律的一般表述（1 1）点电荷）点电荷 当带电体的形状，大小，电荷当带电体的形状，大小，电荷分布对相互分布对相互 作用力的影响可忽略时作用力的影响可忽略时

4、,把此带电体看成一个点电荷把此带电体看成一个点电荷 可忽略大小，形状，电荷分布的带可忽略大小，形状，电荷分布的带电体，有电荷几何点，理想化，相对性，电体，有电荷几何点，理想化，相对性，具体情况具体分析具体情况具体分析库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件（2 2）库仑定律的表述）库仑定律的表述库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件（3 3）库仑定律的矢量表示）库仑定律的矢量表示库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件1.2.21.2.2静电力的叠加原理静电力的叠加原理原理内容：当空间存在多个

5、静止点电原理内容：当空间存在多个静止点电 荷时，作用于每个点电荷荷时，作用于每个点电荷 上的总静电力等于其它电上的总静电力等于其它电 荷单独存在时，作用于该荷单独存在时，作用于该 电荷的静电力的矢量和电荷的静电力的矢量和库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件立体角与平面角立体角与平面角库仑定律库仑定律电电 磁磁 学学 课课 件件第一章第一章 真空中静电场的基本规律真空中静

6、电场的基本规律电电 磁磁 学学 课课 件件 1.3 1.3 电场电场 电场强度电场强度1.3.11.3.1电场电场1.3.21.3.2电场强度电场强度1.3.31.3.3电场强度的计算电场强度的计算电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件1.3.11.3.1电场电场问题的提出问题的提出:电荷间作用力是如何发生的电荷间作用力是如何发生的两种观点两种观点:超距作用超距作用 不需要媒质和时间不需要媒质和时间.瞬间是无限大速度瞬间是无限大速度 完成完成.近距作用近距作用 通过电荷周围的一种特殊物质相通过电荷周围的一种特殊物质相互作用互作用电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课

7、件件(1)(1)电场电场物质性物质性:具有能量，质量具有能量，质量,动量可与实粒子相动量可与实粒子相 转化转化特殊性特殊性:独立性独立性,有限性有限性,叠加性叠加性(2)(2)静电场静电场相对于观察者静止的电荷所激发的电场相对于观察者静止的电荷所激发的电场带电体周围客观存在的一种特殊物质带电体周围客观存在的一种特殊物质电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件1.3.21.3.2电场强度电场强度试探内容试探内容:电场对电荷的作用电场对电荷的作用 场场 点点:电场中所要研究的点电场中所要研究的点源电荷源电荷:产生电场的电荷产生电场的电荷电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课

8、 件件(2)(2)点电荷电场的探讨点电荷电场的探讨电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件（3 3）电）电 场场 强强 度度大小：单位试探电荷在该点所受的电场大小：单位试探电荷在该点所受的电场 力的大小。力的大小。方向：正试探电荷在该点所受电场力的方向：正试探电荷在该点所受电场力的 方向。方向。电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件匀强电场：匀强电场：电场的各点场强大小和方向都相同。电场的各点场强大小和方向都相同。电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件1.1.点电荷电场的场强点电荷电场的场强源电荷源电荷 Q Q 场点场点P P试探电荷试探电荷q q

9、1.3.3 1.3.3 电电 场场 强强 度度 的的 计计 算算电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件2 2 点电荷系电场的场强点电荷系电场的场强.场强叠加原理场强叠加原理电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件 例：电偶极子电场的场强例：电偶极子电场的场强电偶极子：两个相距很近，等量异号的点电电偶极子：两个相距很近，等量异号的点电荷体系荷体系 电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件电场电

10、场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件3 电荷连续分布带电体电场的场强电荷连续分布带电体电场的场强电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件例例3 3 计算半径为计算半径为R R，带电量为，带电量为q q的均匀带电的均匀带电 圆盘轴线上的场强圆盘轴线上的场强 电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课

11、 件件电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件电场电场 电场强度电场强度电电 磁磁 学学 课课 件件第一章第一章 真空中静电场的基本规律真空中静电场的基本规律电电 磁磁 学学 课课 件件1.4 1.4 高斯定理高斯定理1.4.11.4.1电场线，电通量电场线，电通量1.4.2 1.4.2 高斯定理高斯定理1.4.3 1.4.3 应用高斯定理求场强应用高斯定理求场强高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件1.4.11.4.1电场线，电通量电场线，电通量1.1.电场线（辅助工具，形象表示场强电场线（辅助工具，形象表示场强）电场

12、线电场线在电场中描绘一曲线，在电场中描绘一曲线，使曲线上每一点的使曲线上每一点的 切线方向与该点的切线方向与该点的 场强方向一致场强方向一致（1 1）电场线与场强）电场线与场强高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件 有始有终有始有终,始于正电荷（或无穷远处）始于正电荷（或无穷远处）终于负电荷（或无穷远处）。不能在没有电终于负电荷（或无穷远处）。不能在没有电荷处中断荷处中断不闭合不闭合 电力线不能形成闭合曲线电力线不能形成闭合曲线不相交不相交 任何两条电力线都不会在无电荷任何两条电力线都不会在无电荷 处相交处相交（2 2）电场线的性质）电场线的性

13、质高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件2.2.电电 通通 量量高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件(2)(2)电电 通通 量量高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件1.4.2 1.4.2 高斯定理高斯定理高斯定理高斯定理高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件说明说明 1 1）高斯定理的重要性）高斯定理的重要性:表达电表达电 场是有源场、用高斯定理求场强场是有源场、用高斯定理求场强高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件2.2.高斯定理的证明高斯定理的证明（1 1）点电荷电场）

14、点电荷电场闭合曲面（高斯面）是以闭合曲面（高斯面）是以q q为球心的球面为球心的球面高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件闭闭 合合 曲曲 面面 为为 任任 意意 形形 状状高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件闭闭 合合 曲曲 面面 不不 包包 围围 点点 电电 荷荷 q q高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件（2 2）点电荷组的电场）点电荷组的电场（3 3）任意带电体的电场证明从略）任意带电体的电场证明从略,要求学生自学要求学生自学高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件1.4.31.4.3应用高斯定理求场强应用高斯定理求

15、场强高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件例例1.1.均匀带电无限大平面的电场均匀带电无限大平面的电场高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件简简 单单 总总 结结 解解 题题 步步 骤骤高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件例例1.51.5求半径为求半径为R,R,带电量为带电量为q q的均匀带电球内外的均匀带电球内外的场强的场强高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学

16、 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件高斯定理高斯定理电电 磁磁 学学 课课 件件第一章第一章 真空中静电场的基本规律真空中静电场的基本规律电电 磁磁 学学 课课 件件1.5 1.5 电电 势势1.5.21.5.2电势差与电势电势差与电势1.5.11.5.1静电场的静电场的”环路定理环路定理”1.5.31.5.3电势的计算电势的计算电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件1.5 1.5 电电 势势1.5.11.5.1静电场的静电场的”环路定理环路定理”1.1.静电场是位场静电场是位场(保守场保守场)结论结论:电荷在静电场中移动时电荷在静

17、电场中移动时,静电场力对电荷作功静电场力对电荷作功 只与电荷的始末位置有关只与电荷的始末位置有关,与电荷的运动路径无关与电荷的运动路径无关电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件第二步第二步:任意带电体的电场任意带电体的电场电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件2.2.静电场的环路定理静电场的环路定理3.3.静电场的特性静电场的特性从力学角度从力学角度电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件从矢量场角度从矢量场角度电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件1.5.21.5.2电势差与电势电势差与电势1.1.电场力的功与电势能电场力的功与电

18、势能(与引力场对比与引力场对比)电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件2.2.电势差（电压）电势差（电压）表表 述：述：P P，Q Q两点电势差等于将单位两点电势差等于将单位 正电荷从正电荷从P P点移动到点移动到Q Q点电场点电场 力所做的功力所做的功电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件3.3.电电 势势电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件（1 1）电势零点的选择：）电势零点的选择：电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件（3 3）能量的另一单位）能量的另一单位 电子伏特电子伏特电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件1.5.31.5.3电势的计算电势的计算电势电势

19、电电 磁磁 学学 课课 件件例例1.1.半径为半径为R R，带电量为，带电量为q q的均匀带电的均匀带电 球面电场的电势分布球面电场的电势分布电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件例例2.2.电偶极子的电场的电势电偶极子的电场的电势+电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件例例3.3.半径半径R R，带电量为，带电量为q q的均匀带电圆环的均匀带电圆环 轴线上的电势轴线上的电势电势电势电电 磁磁 学学 课课 件件第一章第一章 真空中静电场的基本规律真空中静电场的基本规律电电 磁磁 学学 课课 件件1.6 1.6 等势面等势面 场

20、强与电势梯度场强与电势梯度1.6.11.6.1等势面等势面1.6.21.6.2场强与电势梯度场强与电势梯度等势面等势面 场强与电势梯度场强与电势梯度电电 磁磁 学学 课课 件件1.6 1.6 等势面等势面 场强与电势梯度场强与电势梯度1.6.11.6.1等势面等势面1.1.等势面的定义，形状等势面的定义，形状定义：电场中电势相等的点组成的曲面定义：电场中电势相等的点组成的曲面形状：与场源有关形状：与场源有关 点电荷电场点电荷电场球面球面 均匀带电无限大平面均匀带电无限大平面平面平面等势面等势面 场强与电势梯度场强与电势梯度电电 磁磁 学学 课课 件件2.2.等势面的性质等势面的性质（1 1）等

21、势面与电力线处处垂直）等势面与电力线处处垂直,电力线指向电电力线指向电 势降低的方向势降低的方向等势面等势面 场强与电势梯度场强与电势梯度电电 磁磁 学学 课课 件件（2 2）等势面密处场强大，等势面疏处场强小）等势面密处场强大，等势面疏处场强小等势面等势面 场强与电势梯度场强与电势梯度电电 磁磁 学学 课课 件件1.6.21.6.2场强与电势梯度场强与电势梯度等势面等势面 场强与电势梯度场强与电势梯度电电 磁磁 学学 课课 件件2.2.证明见上图证明见上图等势面等势面 场强与电势梯度场强与电势梯度电电 磁磁 学学 课课 件件等势面等势面 场强与电势梯度场强与电势梯度电电 磁磁 学学 课课 件

22、件等势面等势面 场强与电势梯度场强与电势梯度电电 磁磁 学学 课课 件件等势面等势面 场强与电势梯度场强与电势梯度电电 磁磁 学学 课课 件件第一章小结第一章小结电电 磁磁 学学 课课 件件小小 结（要求学生自己作）结（要求学生自己作）一一.实验规律实验规律二二.描述场（力学）性质的两个物理量描述场（力学）性质的两个物理量第一章小结第一章小结电电 磁磁 学学 课课 件件1.1.电场强度电场强度单单 位位第一章小结第一章小结电电 磁磁 学学 课课 件件形象描述：电力线形象描述：电力线2.2.电电 位位第一章小结第一章小结电电 磁磁 学学 课课 件件3.3.场强与电势的关系场强与电势的关系4.4.

23、描述电场（向量场）性质的两个定理描述电场（向量场）性质的两个定理第一章小结第一章小结电电 磁磁 学学 课课 件件性性 质：静电场是有源场质：静电场是有源场性性 质：静电场是无旋场质：静电场是无旋场第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题一一

24、.高斯定理的应用高斯定理的应用1.1.对高斯定理的理解对高斯定理的理解 思考思考1.3 1.41.3 1.42.2.利用高斯定理求磁通量利用高斯定理求磁通量第一章习题第一章习题点电荷点电荷均匀带电球面均匀带电球面4.4.高斯定理求场强高斯定理求场强第一章习题第一章习题均匀带电球体均匀带电球体第一章习题第一章习题非均匀带电球体非均匀带电球体第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题二二.电势的计算电势的计算第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题（2 2）电势叠加）电势叠加 1.251.25题题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题三三.场强与电势梯度的关系场强与电势梯度的关系第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题第一章习题