绪论第一电磁学剖析.ppt

我国古代人民对电磁现象的认识： * 大约在1660年马得堡的盖利克发明了第一台摩擦起电机。在静电实验研究中起着重要作用，直到十九世纪霍耳兹和特普勒分别发明感应起电机后才被取代。1729年英国的格雷研究琥珀的电效应是否可传递给其它物体时，发现导体和绝缘体的区别。1733年法国的杜费把电区分为“玻璃的”和“树脂的”两种，他得到：带相同电的物体互相排斥，带不同电的物体彼此吸引。他把电想象为二元流体，当它们结合在一起时，彼此中和。1745年荷兰莱顿的穆欣布罗克为了避免电在空气中逐渐消失，试图寻找一种保存电的方法。从而发明了电容器的原形—莱顿瓶。这种贮存电的方法同时也被德国的克莱斯特独立地发现 * 1747年美国的夫兰克林认为，在正常条件下电是以一定的量存在于所有物体中的一种元素；电象流体一样可以流动。这种电的一元流体理论在今天看来并不正确，但他使用的正电和负电的术语至今仍被采用。他观察到导体的尖端易于放电等等。他最著名的实验是风筝实验。他还建议用避雷针来防护建筑物免遭雷击。1754年首先由狄维施实现，这是迄今所知的电的第一个实际应用。 * 电子是麦克斯韦电磁理论的一个基本粒子，麦克斯韦电动力学相对论协变性本身要求基本粒子本身不具有几何尺寸，而应当是一个几何点。但是在计算电子固有能时，在r=0处 * 当光波（电磁波）入射到金属与介质分界面时，金属表面的自由电子发生集体振荡，电磁波与金属表面自由电子耦合而形成的一种沿着金属表面传播的近场电磁波，如果电子的振荡频率与入射光波的频率一致就会产生共振，在共振状态下电磁场的能量被有效地转变为金属表面自由电子的集体振动能，这时就形成的一种特殊的电磁模式：电磁场被局限在金属表面很小的范围内并发生增强，这种现象就被称为表面等离激元现象。 * * * * * * * * * * * 扭秤的结构是：在细金属丝下悬挂一根横杆，它的一端有小球，另一端有平衡体，横杆可在水平面内旋转。在可动小球旁还有一个与它一样大小的固定小球。为了研究带电体之间的作用力，先使两个小球各带一定的电荷，这时横杆会因带电小球受电力作用而偏转。转动悬丝上端的旋钮，使小球回到原来位置。这时是丝的扭力矩等于施于杆端小球上电力的力矩。如果悬丝的扭力矩与扭转角度之间的关系已事先校准、标定，则由旋钮上指针转过的角度和横杆的长度，可知在此距离下两带电小球之间的相互作用力。 * * * * * * * * 环量表明矢量场的“旋转”程度。对于静电场有明确的物理意义。试探电荷q0在静电场E中沿闭合曲线L缓慢移动一周，则静电场作功： 即：静电场的环量等于静电场对沿该闭合路径移动的单位点电荷所作的功。 §1-6 环路定理 静电场的环量定义为 一、点电荷电场的无旋性 点电荷电场线为辐射状的，不出现涡旋状的闭合电力线。这样的电场为无旋场。即 证明：点电荷电场环路为0 结论：点电荷产生的电场力做功只与试探电荷的始末位置有关，与路径无关。因此点电荷的电场环路为0 二、静电场的环路定理 任何带电体系的静电场，都可以写成： 包括连续分布的电荷的电场 都可以写成这样的形式。 其中 那么 [推广] 任何静电场都是无旋场 三、讨论 1. 环路定理的微分形式 由数学上的Stokes定理： 2. 来源于库仑定律（有心力） 有心力： 有心力场的环量均为零。 3. 由环路定理可以证明静电场的电力线不可能是闭合的 §1-7 电势 一、电势与电势差 静电场是保守力场 电场力作功和路径无关。 如图，由环路定理： A B 2. 静电场是有势场 保守力场是有势场，可以引入电势差和电势的概念 （1）电势能（类比引力势能） 引力：质点由P?Q，引力作功等于势能减少。 APQ=WP-WQ 电场：试探电荷由P?Q，电场力作功等于电势能减少。 WP即P点的电势能，若选?处为参考点，W?＝0，则： 单位：J （2）电势与电势差 电势：单位正电荷的电势能 电势差： 单位：J/C=V 静电场电势零点选择的任意性 通常选?为电势零点；在实际问题中，常用大地做电势零点。 电势零点的改变使所有电势改变一个相同量，不影响电势差。 孤立地谈论某一点的电势没有意义，电势差才是具有实际意义的物理量。 电力线总是由高电势指向低电势 二、电势的一般表达式 点电荷的电势 点电荷电场： 电势： 电势的叠加原理 电场的叠加原理?电势的叠加原理 3. 一般表达式 N点电荷系统： 带电体： + + + + + + + + + + + + + + 求均匀带电圆环轴线上某一点的电势 discuss 均匀带电圆盘在轴线上某点电势 三、等势面 1. 概念 电势处处相等的面 2. 特性 一根电力线不可能和一个等势面相交两次 电力线和等