电磁学北大王稼军老师讲义ppt1–1库仑定律.pptVIP

北京大学物理学院王稼军编写 北京大学物理学院王稼军编写 第一章? 静电场 教材： 《新概念物理学》电磁学 赵凯华、陈熙谋 * 北京大学物理学院王稼军编写 * 北京大学物理学院王稼军编写 §1. 库仑定律 p71/p88 1-1、4 以库仑定律为例说明： 一个物理定律建立本身就是物理学取得很大进展的标志 物理定律具有丰富、深刻的内涵和外延 对于基本定律，我们究竟从那些方面考察？ * 北京大学物理学院王稼军编写 物理定律建立的一般过程 观察现象； 提出问题； 猜测答案； 设计实验测量； 归纳寻找关系、发现规律； 形成定理、定律（常常需要引进新的物理量或模型，找出新的内容，正确表述）； 考察成立条件、适用范围、精度、理论地位及现代含义等 。 * 北京大学物理学院王稼军编写 一.库仑定律的建立 Franklin 首先发现金属小杯内的软木小球完全不受杯上电荷的影响; 在Franklin的建议下，Priestel做了实验 ——提出问题 * 北京大学物理学院王稼军编写 猜测答案 现象与万有引力有相同规律 由牛顿力学可知：球壳对放置在壳外的物体有引力，而放置在球壳内任何位置的物体受力为零。 类比：电力与距离平方成反比（1766年做的实验，未被重视） * 北京大学物理学院王稼军编写 设计实验 1769年Robison首先用直接测量方法确定电力定律，得到两个同号电荷的斥力 两个异号电荷的引力比平方反比的方 次要小些。（研究结果直到1801年发表 才为世人所知） * 北京大学物理学院王稼军编写 Cavendish实验 1772年Cavendish遵循Priestel的思想设计了实验“验证电力平方反比律”，如果实验测定带电的空腔导体的内表面确实没有电荷，就可以确定电力定律是遵从平方反比律的即 他测出不大于 0.02（未发表，100年以 后Maxwell整理他的大量手稿，才将此结果公诸于世)。 * 北京大学物理学院王稼军编写 1785年Coulomb测出结果 精度与十三年前Cavendish的实验精度相当 库仑是扭称专家; 电斥力——扭称实验，数据只有几个，且不准确（由于漏电）——不是大量精确的实验； 电引力——单摆实验得 电引力单摆周期正比于距离 与万有引力单摆周期类比，得 * 北京大学物理学院王稼军编写 库仑定律的表述 p5 在真空中，两个静止的点电荷q1和q2之间的相互作用力大小和q1 与q2的乘积成正比，和它们之间的距离r平方成反比；作用力的方向沿着他们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。 * 北京大学物理学院王稼军编写 k是引进单位制后引入的常数。 讨论 * 北京大学物理学院王稼军编写 上述公式并非都是大量实验的结果，是在事实基础上理性思维的结果。 如力的方向：分析点电荷受力：只能沿联线，否则空间旋转180°就不对称了 注意 成立条件、适用范围、精度 条件：静止、 真空、 点电荷 * 北京大学物理学院王稼军编写 * 北京大学物理学院王稼军编写 静止： 点电荷相对静止，且相对于观察者也静止 该条件可以拓宽到静源——动电荷， 不能延拓到动源——静电荷？ 因为作为运动源，有一个推迟效应。 问题：上述结论是否与牛顿第三定律矛盾？结果合理吗？ * 北京大学物理学院王稼军编写 被作用者静止，满足牛顿第三定律 被作用者运动，由于推迟势，不满足牛顿第三定律 看上去与牛顿第三定律矛盾 实际上正说明电荷间有第三者——场， 前者电荷静止，场的动量不变——作用力对等 后者场的动量发生变化，作用力不对等 将场包含进去，依然满足牛顿第三定律 * 北京大学物理学院王稼军编写 真空条件 作用：为了除去其他电荷的影响，使两个点电荷只受对方作用。 如果真空条件破坏会如何？——不仅只有两个电荷；总作用力比真空时复杂些，但由于力的独立作用原理，两个点电荷之间的力仍遵循库仑定律 因此可以推广到介质、导体 * 北京大学物理学院王稼军编写 点电荷 理想模型（已学过的） 质点 刚体 理想流体 平衡态（热学） 点电荷：忽略了带电体形状、大小以及电荷分布情况的电荷。 * 北京大学物理学院王稼军编写 适用范围和精度 原子核尺度——地球物理尺度 天体物理、空间物理 大概无问题 精度：Coulomb时代 1971年 * 北京大学物理学院王稼军编写 理论地位和现代含义 库仑定律是静电学的基础，说明了 带电体的相互作用问题 原子结构，分子结构，固体、液体的结构 化学作用的微观本质 都与电磁力有关，其中主要部分是库仑力 静电场的性质 * 北京大学物理学院王稼军编写 后果？ 静电场的基本定理——高斯定理将不成立 动摇了电磁理论的基础 电力平方反比律与m光（静）是否为零有