【正文】 電磁學 簡介電磁學發(fā)展史 電與磁關系探密 2500多年前（周朝）人類歷史上第一次記載了電與磁的現(xiàn)象：古希臘著名哲學家泰勒斯在愛琴海的海灘上散步時，被一種黃褐色石塊（琥珀）吸引了，他發(fā)現(xiàn)使勁摩擦它以后能吸引麥桿碎渣和羽毛碎片，之后他又仔細觀察魔石（天然磁石）吸引小鐵片的現(xiàn)象，泰勒斯將這兩種現(xiàn)象當作一回事，他把觀察到的現(xiàn)象說得頭頭是道，以至這一錯誤見解被科學界奉為金科玉律長達 2200年左右。 直到 1600年，英國一位叫吉伯的著名醫(yī)生兼物理學家，寫了一本 《 論磁石 》 的書，書中把物體經(jīng)摩擦后產(chǎn)生對其他物體的吸引力或斥力稱為電力，而把磁石對鐵的引力稱為磁力，明確指出電力與磁力是兩碼事。 ，丹麥哥本哈根大學物理學教授奧斯特在實驗中發(fā)現(xiàn)：放在通電導線附近的磁針會出現(xiàn)偏轉。，奧斯特公布了他上述的發(fā)現(xiàn)結果，說明電能產(chǎn)生磁。轟動整個歐洲界。打破塵封千年的電與磁絕對互不相關的舊概念。人們才認識到電與磁兩者既有區(qū)別又有內(nèi)在本質的聯(lián)系。 ，法國數(shù)學家安培成功地完成磁場對通電導線產(chǎn)生力的實驗，有了著名的安培定律。 1821年，英國著名的化學家戴維將金屬導線繞在鐵棒上，當導線通電時，制成第一根人造磁石 ——電磁鐵。 ，英國實驗物理學家、電學巨匠法拉第經(jīng)過 10年實驗終于發(fā)現(xiàn)：當導線在磁場中運動，或磁鐵插到線圈中時，導線或線圈中有電流產(chǎn)生。 就是說磁能生電 —— 原來電與磁之間關系密切，兩者能互相轉化。（亨利）由此出現(xiàn)一門新興學科 —— 電磁學，為無線電電子學奠定了最重要的基礎。 1855年，英國物理學家麥克斯韋發(fā)表了 《 論法拉第力線 》 的論文，法拉第的形象而粗糙的力線觀念被麥克斯韋用 6個嚴謹?shù)臄?shù)學公式表述出來。他還預言電磁波的存在， 1864年，在 《 電磁場的力學理論 》 一文中，他還嚴格地推導出完善的電磁場波動方程式，并且得出電磁波的傳播速度等于光速（ 30萬公里 /秒）的重要結論。 1887年德國青年赫茲設計振蕩偶極子成功地探測到電磁波的存在，宣告了一個新的技術時代 ——無線電電子學時代的開始。 赫茲的名字終于被閃光地鐫刻在科學史的名人堂里 ，可是 ， 作為一個純粹的嚴肅的科學家 ， 赫茲當時卻沒有想到他的發(fā)現(xiàn)里面所蘊藏的巨大的商業(yè)意義 。 在卡爾斯魯厄大學的那間實驗室里 ， 他想的只是如何可以更加靠近大自然的終極奧秘 ， 根本沒有料到他的實驗會帶來一場怎么樣的時代革命 。 赫茲英年早逝 ， 還不到 37歲就離開了這個他為之醉心的世界 。 然而 ， 就在那一年 ， 一位在倫巴底度假的 20歲意大利青年讀到了他的關于電磁波的論文 ,兩年后 ， 這個青年已經(jīng)在公開場合進行了無線電的通訊表演 ， 不久他的公司成立 ，并成功地拿到了專利證 。 到了 1901年 ， 赫茲死后的第7年 ， 無線電報已經(jīng)可以穿越大西洋 ， 實現(xiàn)兩地的實時通訊了 。 這個來自意大利的年輕人就是古格列爾莫馬可尼 （ Guglielmo Marconi） ， 與此同時俄國 或許赫茲只會對此置之一笑 。 他是那種純粹的科學家 ， 把對真理的追求當作人生最大的價值 。 恐怕就算他想到了電磁波的商業(yè)前景 ， 也會不屑去把它付諸實踐的吧 ？ 也許 ， 在美麗的森林和湖泊間散步 ， 思考自然的終極奧秘 ， 在秋天落葉的校園里 ， 和學生探討學術問題 ， 這才是他真正的人生吧 。 今天 ， 他的名字已經(jīng)成為頻率這個物理量的單位 ， 被每個人不斷地提起 ，或許他還會嫌我們打擾他的安寧呢 ？ 的波波夫 （ Aleksandr Popov） 也在無線通訊領域做了同樣的貢獻 。 他們掀起了一場革命的風暴 ， 把整個人類帶進了一個嶄新的 “ 信息時代 ” 。 不知赫茲如果身后有知 ， 又會做何感想 ？ 第七章 真空中的靜電場 內(nèi)容： 1. 電荷 3. 電場強度 高斯定理 5. 靜電場的環(huán)路定理 6. 電勢能 電勢 *7. 電場強度與電勢梯度 8. 靜電場中的電偶極子 重點： 電場強度、電勢及其計算、高斯定律及其應用 難點： 求連續(xù)帶電體的電場，高斯定律的理解，電 勢梯度 ： 正 電荷、 負 電荷 電荷的產(chǎn)生方式： 摩擦起電、靜電感應 電荷 電荷概念 電荷的基本性質 1906～ 1917年，密立根用液滴法測定了電子電荷，證明微小粒子帶電量的變化是不連續(xù)的，它只能是基本電荷 e 的整數(shù)倍，粒子的電荷是量子化的。 neQ ?? 19???e 電荷量子化是個實驗規(guī)律 1986年的推薦值為： e = 1019庫侖 (C) 庫侖是電量的國際單位 電荷量子化已在相當高的精度下得到了檢驗。 迄今所知，電子是自然界中存在的最小負電荷， 質子是最小的正電荷。質子與電子的電量在實驗誤差為 ，中子不帶電，實驗誤差也為 e10 21?? e10 21?? 電荷守恒定律適用于一切宏觀和微觀過程，是物理學中普遍的基本定律之一 。 在孤立系統(tǒng)中，不管系統(tǒng)中電荷如何遷移，系統(tǒng)的電荷的代數(shù)和總保持不變 . 2112 rrr??? ??122122112 r?F rqqk??4. 電荷的相對論不變性 在不同的參照系內(nèi)觀察，同一個帶電粒子的電量不變。 庫侖定律 2112 rr ?? ??表示單位矢量 1231221 r?rqqk? 庫侖定律 的內(nèi)容 r221 erqqkF ?? ? 為由場源電荷指向受力電荷的單位矢量 re?? 庫侖定律只能用于 真空 中的 點電荷（空氣中也近似應用） ? 庫侖定律是直接從實驗總結出來的規(guī)律 ? 電子和質子之間的靜電力與萬有引力的比值為 ?1039 1221 FF?? ??? 庫侖力滿足牛頓第三定律 041???k)m/ ( NC108 5 4 1 8 7 8 1 22120 ??? ??真空介電常數(shù)： 229 C/)mN( ???k 電力的疊加原理 ? ?? ???niniiiii rqq1 10300000 r41FF ?????3q1q4q2q0q01r03r04r02r對分立帶電體 對連續(xù)帶電體 rrdqdqFd ?4 2021???? ?? FdF ?? 兩個以上的點電荷之間的作用力并不因為第三個電荷的存在而有所改變 ， 等于每個電荷單獨存在時對該電荷作用力的矢量和 。 例 7－ 2: 有一帶電量為 q的點電荷與長為 l、線電荷密度為 λ的均勻帶電絕緣細棒沿同一直線放置，棒近端與點電荷相距為 l，求棒與點電荷間的靜電相互作用力的大小。 解： 在細棒上任取電荷元 dq，建立如圖坐標， dq＝?dx， dq電荷元與點電荷 q間的相互作用力為 O x q dx x dF 2020 )2(4)2(4 xldxqxlqdqdF?????????lqxldxqF l00 20 8)2(4 ?????? ??? ? 電場強度 電場 (電場是種特殊形式的物質 ) 歷史上兩種觀點： （ 1）沿襲牛頓力學“超距作用” （ 2）法拉第場論觀點 電場 : 帶電體周圍存在的一種特殊物質 靜電場 : 相對觀測者靜止的電荷周圍存在的電場 ? 變化的電場以光速在空間傳播，表明電場具有動量 電荷 電荷 電場 電場的最重要的表現(xiàn) a）對電荷有力的作用 b）靜電力對電荷做功 F? 電場強度 （場強） （ 1）試驗電荷（ q0） ：帶電量很?。ú挥绊懺妶龅姆植迹?；線度很?。ㄎ恢脺蚀_） （ 2）電場強度的定義 0qFE???（ N/C） 點電荷的電場強度 rerqE ??204 ???qr?o（ q 的正負產(chǎn)生電場方向的討論 ） 電荷在電場中受電場力 EqF ?? ?0q演示程序： 點電荷的電場線 ir2iin1i 0n21 erq4 ππ1EEEE ?????? ???????分立 點電荷系 電場： 電場強度疊加原理 ??iiEE??電場強度滿足矢量疊加原理 ：電場中任意一點的總場強等于各個點電荷在該點各自產(chǎn)生的場強的矢量和 r200erq4 ππ1qFE ?????+q q ?q ?q l 有關場強的計算 例 7－ 3 ： 求電偶極子延長線上和中垂線上任意點的電場強度。 （相隔一定距離的等量異號一對點電荷系，當點電荷 +q和 q的距離 l比從它們到所討論的場點 p的距離小得多時，此電