电磁场
第三篇 电磁相互作用和电磁场 Electromagnetic field 四种基本相互作用 电磁 引力 强 弱 电磁相互作用 重要 清楚 通过电磁场说明 场的 基本性质 基本特征 基本方法 场论
内容： 一.静电场及基本性质 二.稳恒电流的电场、磁场及基本性质 三.电磁感应现象及规律 四.Maxwell 电磁场方程组 电磁场的统一性 物质性 相对性 电磁场量的相对论变换 五.引力场 思路：实验规律 场的性质 场与物质的相互作用
第一章 真空中的静电场 Electrostatic field §1 库仑定律 一.电荷守恒定律 1.对电荷的基本认识 两种 电荷量子化 (charge quantization ) 1906-1917年，密立根用液滴法首先从实验上证明了，微小粒子带电量的变化不连续。
电量是相对论不变量 电荷守恒定律 (law of conservation of charge) 讨论 电荷守恒定律的表述： 在一个和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。 电荷守恒定律是物理学中普遍的基本定律
二.库仑定律( Coulomb Law) 1785年，库仑通过扭称实验得到。 1.表述 在真空中， 两个静止点电荷之间的相互作用 力大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们 之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着它 们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。
从电荷1指向电荷2 电荷2 受电荷 1的力 若表示 电荷1受电荷2的力 表达式仍为 但 从电荷2指向电荷1
2 . K的取值 一般情况下物理上处理K的方式有两种： 1)如果关系式中除K以外，其它物理量的单位已经确定 那么只能由实验来确定 K 值 K 是具有量纲的量 如万有引力定律中的引力常量G就是有量纲的量 2)如果关系式中还有别的量尚未确定单位 则 令就 K=1 (如牛顿第二定律中的K )
库仑定律 (两种) 第一种 国际单位制中 第二种 高斯制中 电量的单位尚未确定 令 K = 1 3.SI中库仑定律的常用形式 有理化 令 库仑定律 (两种) 第一种 国际单位制中 第二种 高斯制中 电量的单位尚未确定 令 K = 1 3.SI中库仑定律的常用形式 有理化 令 真空介电常量 真空电容率
施力 受力 讨论 ? 1)基本实验规律 宏观 微观 适用 2)点电荷 理想模型 三.电力叠加原理
§2 电场 电场强度 早期：电磁理论是超距作用理论 后来: 法拉第提出近距作用 并提出力线和场的概念 一.电场 (electric field) 电荷周围存在电场。 1.电场的基本性质 对放其内的任何电荷都有作用力 电场力对移动电荷作功
2.静电场 相对于观察者静止的电荷产生的电场 是电磁场的一种特殊形式 二.电场强度 (electric field strength) 空间带电体 电量为 描述场中各点电场的强弱的物理量 是电场强度
条件 电量充分地小 线度足够地小 试验电荷 试验电荷放到场点P处， 试验电荷受力为 与试验电荷无关 试验表明：确定场点 比值 电场强度定义
讨论 矢量场 量纲 国际单位制 单位 或 点电荷在外场中受的电场力
三.电场强度的计算 1.点电荷的场强公式 根据库仑定律和场强的定义 讨论 由库仑定律 球对称 由场强定义 从源电荷指向场点 由上述 两式得 场强方向 正电荷受力方向
2.场强叠加原理 任意带电体的场强 根据电力叠加原理 和场强定义 如果带电体由 n 个点电荷组成，如图 由电力叠 加原理 由场强定义 整理后得 或
若带电体可看作是电荷连续分布的，如图示 把带电体看作是由许多个电荷元组成， 然后利用场强叠加原理。 P 体电荷密度 面电荷密度 线电荷密度 电荷密度
例1 电偶极子的场 首先看 一对等量异号电荷 相距 一般方法 点电荷场叠加
若从电荷连线的中点向场点P画一位矢 若 >> 则这一对等量异号电荷 称为电偶极子(electric dipole) 电偶极矩 (electric moment) 电偶极子
讨论 特殊情况 连线上，正电荷右侧一点 P 的场强 垂直连线上的一点
的推导 出发 从 由图
例2 长为 均匀带电直线 电荷线密度为 求：如图所示 点的电场强度 解：在坐标 x 处取一个 电荷元dq 该点电荷在 p 点的场强方向如图所示 大小为 各电荷元在 p 点的场强方向一致 场强大小直接相加
例3 均匀带电圆环轴线上的场 解： 在圆环上任取电荷元 由对称性分析知 垂直x 轴的场强为0
>> 若 点电荷
讨论 理想模型 点电荷 电偶极子 >> 无限长带电线 >> 无限大带电面 << 叠加原理