06--1、库仑定律

麦
克 斯 韦 (Maxwell 1831~1879): 英 国 物 理 学 数学家， 家、数学家，提出了位移 电流， 电流，完成了电磁理论大 统一； 统一；
赫兹(Hertz 1857~1894): 德国物理学家，验证了电磁 德国物理学家， 赫兹 波的存在； 波的存在；
第六章 静电场
Static Electric Field in Vacuum §6--1静电的基本现象及基本规律 --1 一）物体带电及基本现象 1）几个名词 ） 2）基本电现象 3）电荷 的单位和量子化
在理论上则是怎把电磁理论作为更普遍的理论 的特例加以推广并应包括引力理论和量子场论。 的特例加以推广并应包括引力理论和量子场论。
教学要求： 教学要求：
1. 掌握场强和电势概念及叠加原理，掌握场强和 掌握场强和电势概念及叠加原理， 电势的积分关系，了解其微分关系， 电势的积分关系，了解其微分关系，能计算简单 问题的场强和电势； 问题的场强和电势； 2. 了解静电场高斯定理和环路定理，掌握用高斯 了解静电场高斯定理和环路定理， 和方法。 定理计算场强的条件 和方法。
第二篇 电场和磁场
第六章 第七章 第八章 第九章 静电场 静电场中的导体和电介质 恒定电流的磁场 电磁感应 电磁场理论的基本概念
电磁学理论发展简史： 电磁学理论发展简史： 1、积累事实总结基本定律时期 1785年 库仑（法国）总结出库仑定律； 1785年 库仑（法国）总结出库仑定律； 1819年 奥斯特(丹麦）发现了电流的磁效应； 1819年 奥斯特(丹麦）发现了电流的磁效应； 1826年 安培（法国）发现了磁铁对电流的作用； 1826年 安培（法国）发现了磁铁对电流的作用； 1831年 法拉第（英国）发现了电磁感应现象； 1831年 法拉第（英国）发现了电磁感应现象； 1834年 法拉第发现了电解现象。 1834年 法拉第发现了电解现象。 （法拉第虽然提出了电场和磁场的概念，但缺乏一 法拉第虽然提出了电场和磁场的概念， 套完整的理论来指导实践） 套完整的理论来指导实践）
例题2、两个电量都是 的点电荷 相距2a,连线的中点为 的点电荷,相距 连线的中点为o 例题 、两个电量都是+q的点电荷 相距 连线的中点为 今在它们连线的垂直平分线上放另一电荷q’, 与 点相 今在它们连线的垂直平分线上放另一电荷 q’与o点相 所受静电力； 距r。(1)求q’所受静电力； 。 求 所受静电力 (2) q’放在哪一点受力最大 放在哪一点受力最大? 放在哪一点受力最大 v 2 2 解：建立坐标 rqq' = a + r F
2、总结系统理论时期 1865年 麦克斯韦（英国） 1865年 麦克斯韦（英国）在前人和自己发现的 基础上，建立了一套系统且严密的电磁场理论： 基础上，建立了一套系统且严密的电磁场理论： 麦克斯韦方程组” 它揭示了电磁场的内在联系， “麦克斯韦方程组”。它揭示了电磁场的内在联系， 并指出光是一种电磁波。 并指出光是一种电磁波。 3、电子论和近代物理的建立 1895年 洛仑兹（荷兰）建立了经典的电子论； 1895年 洛仑兹（荷兰）建立了经典的电子论； 解释了导体、电介质、磁介质中的现象。 解释了导体、电介质、磁介质中的现象。 二十世纪初建立了相对论和量子力学， 二十世纪初建立了相对论和量子力学，构成了近 代物理学。 代物理学。
q’
θ
r o
v F= 1
q
a a v v v F = F + F2 = 1
v qq ' ˆ x F2 = (−cosθ i +sin θ ˆ) j q 2 2 4πε0 (a + r )
qq ' ˆ (cosθ i +sin θ ˆ) j 2 2 4πε0 (a + r )
qq ' qq ' r ˆ = ˆ sin θ j j 2 2 2 2 3/ 2 2πε0 (a + r ) 2πε0 (a + r )
应用程序
研究宏观电磁现象时不必考虑电子量子化问题
二)两个基本规律 两个基本规律 1)电荷守恒定律及电荷不变性 电荷守恒定律及电荷不变性. 1)电荷守恒定律及电荷不变性
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注意:电荷守恒定律是一个自然界普遍成立的 注意 电荷守恒定律是一个自然界普遍成立的 规律,如铀核的放射性衰变中 电荷守恒. 如铀核的放射性衰变中,电荷守恒 规律 如铀核的放射性衰变中 电荷守恒
基
尔
霍
夫
:Kirchhoff
1824~1887,德国物理学家 ， 德国物理学家， 德国物理学家 节点电流定律和回路电压 定律； 定律；
奥斯特:Oersted 1777~1851, 丹 奥斯特 麦物理学家、 化学家， 麦物理学家 、 化学家 ， 电 的磁效应，旋转力； 的磁效应，旋转力；
安培(Ampere 1775~1836):法国 安培 法国 物理学家， 物理学家 ， 电流与电流相 互作用，分子电流假说； 互作用，分子电流假说；
238 92
U → T + He
234 90 n 4 2
2)库仑定律 2)库仑定律
先介绍点电荷
真空中的库仑定律
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例1：求氢气中电子和质子之间电力与万有引力之比 ：求氢气中电子和质子之间电力与万有引力之比. 已知
mp =1.67×10 kg me = 9.1×10 kg −19 −19 qp =1.60×10 C e = −1.60×10 C 解: qeqp r e k 2 p kqeqp F e r = = memp Gmemp F G G 2 r 9×109(1.60×10−19)2 = −11 −31 −27 6.67×10 ×9.1×10 ×1,67×10
高 斯 ： Carl Friedrich Gauss 1777-1855， 德国数学家、物理学 ， 德国数学家、 家、天文学家和发明家。电磁 学——高斯定理和高斯单位制 高斯定理和高斯单位制 欧姆(Ohm 1787~1854):德国物理学家， 德国物理学家， 欧姆 德国物理学家 欧姆定律（ 欧姆定律（1827）； ）；
前言： 前言： 电磁学---研究电磁现象及其规律的科学 研究电磁现象及其规律的科学。 电磁学 研究电磁现象及其规律的科学。 1）电磁现象是很早发现的现象 ） 公元前600年前，希腊哲学家赛列斯发现琥珀 年前， 赛列斯发现琥珀 公元前 年前 希腊哲学家赛列斯 磨擦可以吸引轻小物体。 磨擦可以吸引轻小物体。 东汉时期王充“论衡”中有； 东汉时期王充“论衡”中有； “顿牟掇芥，磁石引针”的记载 顿牟掇芥， 顿牟掇芥 磁石引针” 1820年奥斯特发现电流的磁效应 改变将电现象 年奥斯特发现电流的磁效应---改变将电现象 年奥斯特发现电流的磁效应 与磁现象分别研究的情况。 与磁现象分别研究的情况。 I 2）两个里程碑 A）Faraday电磁感 ） 电磁感 应定律的发现。 应定律的发现。
2）两个里程碑 A）Faraday电磁感 ） 电磁感 应定律的发现。 应定律的发现。 B）Maxwell方程的建立 ） 方程的建立 解释和推断一切电磁现象，电磁学成为一门完 解释和推断一切电磁现象， 整的科学。预言了光的电磁本性。 整的科学。预言了光的电磁本性。相对论的问 小小毛病 又将电磁学推向了一个新高潮。 世，又将电磁学推向了一个新高潮。 何足道哉！ 何足道哉！ 发展方向： 3）发展方向： 在工程上怎样利用 Maxwell进一步解决 进一步解决 各种实际问题。 各种实际问题。
法拉第(Faraday 1791~1867): 法拉第 英国物理学家、 化学家， 英国物理学家 、 化学家 ， 法拉第 电磁感 应定律 ， 提出场 、 电力 线 、 磁力 线……;
楞次（ 楞次 （ Lenz 1804~1865):俄籍 俄籍 德国物理学家，楞次定律， 德国物理学家，楞次定律， 电磁现象也满足能量守恒 定律； 定律；
−31
−27
= 2.27×10
39
结论:库仑力 万有引力 结论 库仑力>>万有引力 库仑力
例题2、两个电量都是 的点电荷 相距2a,连线的中点为 的点电荷,相距 连线的中点为o 例题 、两个电量都是+q的点电荷 相距 连线的中点为 今在它们连线的垂直平分线上放另一电荷q’, 与 点相 今在它们连线的垂直平分线上放另一电荷 q’与o点相 所受静电力； 距r。(1)求q’所受静电力； 。 求 所受静电力 (2) q’放在哪一点受力最大 放在哪一点受力最大? 放在哪一点受力最大 v F 解：建立坐标 2 2 v y v 电荷所受电场力 rqq' = a + r F2 F 1 θ 由库仑定律： 由库仑定律：
重要人物 吉尔伯特:Gilbert 1540~1603：英国物理学家 ，1600 吉尔伯特 ： 英国物理学家， 年，地磁场； 地磁场；
库仑(Coulomb 1736~1806): 法国物理学家，库仑定律； 法国物理学家，库仑定律； 库仑
伏打(Volta 1745~1827):意大利物理学家，伏打电池； 意大利物理学家， 伏打 意大利物理学家 伏打电池；
v y F2 q’
θ
θ
v F 1
r o
q
a
a r= 2
a
qq ' r ˆ j 2 2 3/ 2 2πε0 (a + 1 3 2r2 q x [ 2 2 3/ 2 − ]=0 2 2 5/ 2 2πε0 (a + r ) 2 (a + r )
v F=
qq ' 代入上式：得极值： 代入上式：得极值： F = (N) 2 3 3πε0a