电荷守恒定律
实验事实： 通常情况下，物体内部正负电荷数量相等，呈现电中性状态的 物体的带电过程（如摩擦起电、感应带电）是由于这种平衡的破 坏。 定律的内容 在任何时刻，存在于孤立系统内部的正电荷与负电荷的代数 和恒定不变。在通常的宏观电学现象中，可以理解为在变化过程 中基本粒子（电子、质子）的数目保持不变，而只是组合的方式 或者位置发生改变。 适用范围： 一切宏观和微观过程。 所有的惯性系。 电荷守恒的原因： 电荷的量子性（不可再分割）； 电子的稳定性（不能衰变）
在它们的连线上，同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引。
• 表达式：
q1q2 F r12 12 k 2 r12
16.48×10-19C
11.50×10-19C 26.13×10-19C
22.89×10-19C
18.08×10-19C
试根据这些数据，推测基元电荷e的数值。
§1.2
• 库仑定律
• 电量的单位
库仑定律
• 叠加原理
• 库仑定律的应用 • 例题和习题
库仑定律
• 点电荷： 一个具有一定质量和电荷的几何点——理想模型。 • 定律内容： 真空中两个静止点电荷间的相互作用力，跟它们所带电荷量 的乘积成正比，跟它们之间的距离的平方成反比，作用力的方向
第一章
• • • • • • • §1.1 §1.2 §1.3 §1.4 §1.5 §1.6 §1.7
静电学的基本规律
物质的电结构 电荷守恒定律 库仑定律 电场和电场强度 电势 高斯定理 静电场的基本方程式 静电能
§1.1 物质的电结构 电荷守恒定律
• 电荷
• 物质的电结构 • 电荷守恒定律 • 导体和绝缘体 • 例题和习题
自然科学系·物理专业
《电磁学》 贾起民 郑永令 陈暨耀 《电磁学》 赵凯华 陈熙谋 《电磁学》 徐游 《普通物理学》 程守洙
自然科学系 丁毅
2019年7月
电磁学的研究内容
• 电荷、电流产生电场、磁场的规律； • 电场和磁场的相互联系； • 电磁场对电荷、电流的作用；
• 电磁场对物质的各种效应。
电磁学的应用
• 共同点：出现的正负电荷数量一定相等。
物质的电结构
基本粒子： 电子——电量e=－1.6×10-19C， 质量m=9.11×10-31kg 质子——电量e=1.6×10-19C， 质量m=1.67×10-27kg 夸克―组成核子（质子和中子）的微粒。 电荷的量子化： 电荷是不连续的，它由不可分割的基本单元 —— 基本电荷e 所组成。一切物体所带电荷的数量都是基本电荷的整数倍。 原子结构： （1）实验和理论：1911年卢瑟福用α粒子轰击原子，提出原子 的核模型。玻耳和索末菲又提出电子绕原子核转动的模型。 （2）原子结构：原子由带正电的原子核和核外电子构成。原 子核由质子和中子组成。原子直径约为10 -8 cm, 原子核的直径约为 10-12cm。原子的质量几乎全部集中于原子核中。 原子核结构： 放射现象的发现说明原子核具有复杂的结构。带正电的质子 和不带电的中子依靠短程、强大的核力结合在一起。
令比例系数k=1，可以确定电量的单位。这样规定的电量单位称为
CGSE电量。试求出CGSE电量与库仑的换算关系。
计算题：
• 在早期（1911年）进行的许多实验中，密立根测得一些单个油
滴的电量的绝对值如下：
6.653×10-19C 19.71×10-19C 13.13×10-19C 8.204×10-19C
思考题：
• 1、用绝缘柱支撑的金属导体未带电，现将一带正电的金属小球靠近 该金属导体，讨论小球的受力情况。 • 2、为什么摩擦起电常发生在绝缘体上？能否通过摩擦使金属导体起 电？ • 3、在厘米· 克· 秒制静电单位（CGSE）中，长度的单位是厘米，质量 的单位是克，力的单位是达因（1达因=10-5牛顿）。在库仑定律中，
导体和绝缘体
导体： 内部有大量的自由电荷，当其受力作用时，很容易从一处向另一 处迁移，因而有很好的导电性。分为两类—— （1）金属。由带正电的离子和大量自由电子组成。 （2）熔融的盐、酸、碱和盐的水溶液。没有自由电子，却有可以自 由运动的正负离子。 绝缘体： 分子或原子内的电子受核吸引力的约束极强，不能自由运动，在 通常的电力下，基本上不能导电。 半导体： 导电能力介于导体和绝缘体之间，如锗、硅等。
电磁学的概念和理论可以用来说明宏观领域内的 各种电磁现象——
物质的电结构是物质的基本组成形式； 电磁场是物质世界的重要组成部分； 电磁相互作用是物质的基本相互作用之一； 电过程是自然界的基本过程。 因此，电磁学渗透到物理学的各个领域，成为研 究物质过程必不可少的基础，同时也是研究化学和生 物学某些基元过程的基础。
学习本课程的主要目的 • 系统地了解和掌握电磁现象的基本规律 和基本概念； • 获得本课程领域内分析和处理问题的初 步能力，为解决实 际问题打下基础； • 通过电磁场理论的学习，更深刻地领会 电磁场的物质性。
电
磁
学
静 电 场 的 基 本 规 律
静 电 场 与 导 体
稳 恒 电 流
稳 恒 电 流 的 磁 场
电
•
荷
称之为“带
1 、 材料经摩擦后具有吸引轻小物体能力，
电”。 • 2、自然界只存在两类电荷。（富兰克林命名） • 3、电荷之间存在相互作用——同类相斥，异类相吸。 • 4、物体带电的过程： • （1）摩擦起电——电子从一个物体转移到另一个物体
• （2）静电感应——电子从物体的一部分转移到另一部分。
时 变 电 磁 场
匀 速 运 动 电 荷 的 场物 Fra bibliotek 中 的 电 场
物 质 中 的 磁 场
交 流 电 路
第一章
静电学的基本规律
研究问题： 从基本的静电现象出发，讨论静电场的描写方法和基本规律， 进而建立静电场的基本方程式。 重点要求： （1）了解静电理论的基础是库仑定律、叠加原理和电荷守恒定律； 掌握描述静电场分布的两个基本物理量——电场强和电势的定义 及物理意义；熟练掌握某些典型带电体系电场强度和电势的计算 方法； （2）熟练掌握反映静电场性质的两条基本定理——高斯定理和环 流定理，明确其数学表述及物理意义，能够应用高斯定理求解具 有一定对称性的电场。 （3）了解电场强度和电势梯度的关系。