电磁学(大学物理下).

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1、电电磁磁学学静电场静电场稳恒磁场稳恒磁场变化的电变化的电场与磁场场与磁场真空中的静电场真空中的静电场静电场中的导体与静电场中的导体与电介质电介质真空中的稳恒磁场真空中的稳恒磁场稳恒磁场中的磁介质稳恒磁场中的磁介质电磁感应电磁感应麦克斯韦方程组与麦克斯韦方程组与电磁波电磁波 第一讲第一讲 静电场静电场 电场强度电场强度 一、电荷：宏观物体或微观粒子处于带电状态，我一、电荷：宏观物体或微观粒子处于带电状态，我们就称其带有电荷，电荷实际上是物体状态的一种们就称其带有电荷，电荷实际上是物体状态的一种属性。属性。电荷的种类：正电荷、负电荷。电荷的种类：正电荷、负电荷。 同号电荷相斥、异号电荷相吸，这种静

2、止电同号电荷相斥、异号电荷相吸，这种静止电荷间的相互作用力，称为静电力。荷间的相互作用力，称为静电力。 物质是由原子组成的，原子本来是电中性的，物质是由原子组成的，原子本来是电中性的，得到电子或者失去电子后就会呈现出带负电或者得到电子或者失去电子后就会呈现出带负电或者带正电，此时我们就说物体带有电荷。带正电，此时我们就说物体带有电荷。电荷守恒定律电荷守恒定律： 对于一个孤立系统，无论在其中对于一个孤立系统，无论在其中发生任何物理过程，系统内的正负电荷的代数和发生任何物理过程，系统内的正负电荷的代数和始终保持不变。始终保持不变。带电体所带电荷的多少，称为电量。单位为库仑，带电体所带电荷的多少，称

3、为电量。单位为库仑，符号：符号：C。实验表明：任何带电体所带电量均为基。实验表明：任何带电体所带电量均为基本电量本电量 的整数倍，这被称为电荷的整数倍，这被称为电荷的量子化。的量子化。 Ce191060.1Neq 电荷的电量与其运动状态无关，即在不同的惯性电荷的电量与其运动状态无关，即在不同的惯性系观察，同一带电粒子的电量不变，这被称为电系观察，同一带电粒子的电量不变，这被称为电荷的相对论不变性。荷的相对论不变性。二、库仑定律：二、库仑定律： 那末，如何来求带电体之间的静电力呢？那末，如何来求带电体之间的静电力呢？ 一般来说，带电体间的相互作用力，不仅与一般来说，带电体间的相互作用力，不仅与它

4、们的电量以及它们之间的距离有关，还与带电它们的电量以及它们之间的距离有关，还与带电体的形状和大小有关。体的形状和大小有关。1、点电荷：当带电体之间的距离远大于带电体、点电荷：当带电体之间的距离远大于带电体本身的尺度时，带电体的形状和大小对问题的本身的尺度时，带电体的形状和大小对问题的研究影响很小，此时可忽略带电体的形状和大研究影响很小，此时可忽略带电体的形状和大小，而将其视为一个带电的点，称为点电荷。小，而将其视为一个带电的点，称为点电荷。 点电荷显然是一个理想模型。点电荷显然是一个理想模型。2、库仑定律、库仑定律122122112rerqqkF 真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力，与真空

5、中两个静止的点电荷之间的相互作用力，与它们所带电量的乘积成正比，与它们之间的距离的平它们所带电量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比，作用力沿着这两个点电荷的连线方向。方成反比，作用力沿着这两个点电荷的连线方向。2q1q12r12re2122112rqqkF讨论讨论122122112rerqqkF(a)q1和和q2同号，则同号，则q1 q20, 和和 同向同向21F12re12F12re00001212qqqq斥力斥力(b)q1和和q2异性，则异性，则q1 q20R对称性分析对称性分析dEdERdEdEESdrREEEEEEE高斯面高斯面均匀带电球面均匀带电球面024qrEdSEEdSS

6、dESSSe204rqE)(Rr rRSdEEEEEEEEE高斯面高斯面042rEdSEEdSSdESSSe0E)(Rr E21rrRORr 204rqERr 0Er例例2. 均匀带电球体的电场。均匀带电球体的电场。已知已知q,RRqErEEEEESd高斯面高斯面ESdr024qrEdSEEdSSdESSSe204rqE)(Rr SdEr0332)3/4()3/4(4RrqrEdSEEdSSdESSSe304RqrE)(Rr 均匀带电球体电场强度分布曲线均匀带电球体电场强度分布曲线OrER304RqrErRR1R2q1q2IIIIII课堂练习课堂练习. 如图所示的均匀同心带电球面，两球面如图所

7、示的均匀同心带电球面，两球面的半径分别为的半径分别为R1和和R2，所带电量分别为，所带电量分别为q1和和q2，求区域求区域I、II和和III的场强分布。的场强分布。0IE1Rr 2014rqEII21RrR20214rqqEIII2Rr R2R1IIIIII例例. 如图所示如图所示,一均匀带电球壳，内外半径分别为一均匀带电球壳，内外半径分别为R1和和R2，带电量为，带电量为q1，球壳外有一半径为，球壳外有一半径为R3的同心均匀带的同心均匀带电球面，带电量电球面，带电量q2，求区域，求区域I、II、III和和IV的场强分布。的场强分布。R3IVr例例6. 如图所示如图所示,一半径为一半径为R的带

8、电球体，其电荷体的带电球体，其电荷体密度分布为密度分布为 ,若在球体内挖去一个半径为若在球体内挖去一个半径为r的小的小球体，求两球心球体，求两球心O和和O处的场强。两球心间的距离处的场强。两球心间的距离为为d。 ORO，drROO，rd032)3/4(4rdEOROdO，rd032)3/4(4ddEO)0)(RrRrAr，（，R例例5. 如图所示一半径为如图所示一半径为R的带电球体，其电荷体密的带电球体，其电荷体密度分布为：度分布为： 求球体内外的场强分布求球体内外的场强分布ERrd rr024qrEdSEEdSSdESSSerdrrAqR024)(Rr Rrd rr024qrEdSEEdSS

9、dESSSerdrrAqr024)(Rr 第二种情形：电场呈现轴对称分布第二种情形：电场呈现轴对称分布例例1、如图所示，一无限长直均匀带电线，单位长、如图所示，一无限长直均匀带电线，单位长度的电量为度的电量为 ，求其空间电场分布。，求其空间电场分布。 dEdEr SdEh高斯面高斯面rhEEdSSdESdESdESdEse2侧面上底侧面下底02hrhE02rE E例例2. 无限长均匀带电圆柱面的电场。无限长均匀带电圆柱面的电场。 沿轴线方向单位长度带电量为沿轴线方向单位长度带电量为 rESd seSdESdESdESdE上底侧面下底 0iq0 Er RrlE200例例3：求无限长均匀带电圆柱体

10、的场强分布，已知求无限长均匀带电圆柱体的场强分布，已知圆柱体的半径为圆柱体的半径为R，单位长度的电量为，单位长度的电量为 。 ErESd seSdESdESdESdE上底侧面下底 22)/(rRlqi202RrEr RrlE200例例4. 如图所示的无限长均匀同心带电圆柱面，内如图所示的无限长均匀同心带电圆柱面，内外圆柱面的半径分别为外圆柱面的半径分别为R1和和R2，沿轴线方向单位，沿轴线方向单位长度的带电量分别为长度的带电量分别为 1和和 2，求区域，求区域I、II和和III的的场强分布。场强分布。IIIIIIR1R2 1 20IE1Rr rEII01221RrRrEIII02122Rr 第

11、三种情形：电场呈现面对称分布（镜像对称）第三种情形：电场呈现面对称分布（镜像对称）例例1. 均匀带电无限大平面的电场，已知电荷面密度为均匀带电无限大平面的电场，已知电荷面密度为 dEdEEE S高高斯斯面面SESES 02110SES 012 02 E 12SSSeSdESdESdESdE侧 EESS例例 两块无限大均匀带电平面，已知电荷面密度为两块无限大均匀带电平面，已知电荷面密度为 ，计算场强分布。计算场强分布。0022EEEII E E E EE EIIIIII0EEEEIIII IIIIII0IIE00222EEEIIII A B例、例、 A、B为真空中两个无限大的带电平面，两平为真空