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1、第十章 真空中的静电场绪论 库仑定律和叠加原理,任何一门科学都有其发展史，都是人类长期实践活动和理论思维的产物。,一、电磁理论的建立和发展,公元 3 世纪，晋朝张华的博物志中有梳头或脱衣服时产生火花和响声的记载，这是人类关于摩擦起电的早期纪录。,东汉已有指南针的前身司南勺；比欧洲更早。,人类有关电磁现象的认识可追溯到公元前600年。,公元前6、7世纪人类发现了磁石吸铁、摩擦起电等现象。,春秋时代的管子 地数（公元前600多年）中有“上有慈石者，其下有铜金”是我国最早关于磁石的记载；,绪 论,1831年，英国物理学家法拉第发现电磁感应现象，进一步证实了电现象与磁现象的统一性。,1865年，麦克斯
2、韦建立了系统的电磁场理论，预测了光的电磁性质，实现了物理学史上又一次大综合。,1820年奥斯特发现电流的磁效应。第一次把电和磁联系起来，并导致了电磁学飞速发展的新阶段。,从1785年（我国清代乾隆五十年），到1865年（我国清朝同治四年）麦克斯韦方程建立，人类花了八十年的时间，终于揭示出电磁现象的基本规律。,1750年米切尔提出磁极之间的作用力服从平方反比定律；1785年库仑公布了用扭秤实验得到电力的平方反比定律，使电学和磁学进入了定量研究的阶段。,系统地对电磁现象进行研究则始于16世纪。,二、电磁学的理论框架,1、场的概念,电磁学的研究对象是场，一种是数学场，另一种是物理场。,1）数学场,在
3、空间的每一点都对应某个物理量的确定值，这个空间就称为该量的场。,若物理量不随时间变化，则称为稳恒场，随时间变化的场称为交变场。,2）物理场,物理场是传递相互作用的媒质，也称为相互作用场。,静电场的理论建立在库仑定律和电场的叠加原理两个基本假设的基础上。根据电场的性质定义了描述电场性质的电场强度和电势两个物理量。首先应用库仑定律和叠加原理，研究研究静止电荷在真空中产生静电场的规律；研究电荷与电势分布的关系。,电流磁效应的发现第一次把电和磁联系起来，为电磁学的发展找到了方向，促进了电磁学的迅速发展。稳恒磁场的理论建立在比-萨定律、磁场的叠加原理和安培定律三个基本假设基础上。根据稳恒磁场的性质定了描
4、述磁场性质的物理量磁感应强度。应用比-萨定律研究电流和运动电荷产生磁场的规律。应用安培定律研究磁场对电流和运动电荷的作用。,应用库仑定律和叠加原理推导出静电场的高斯定理和环路定理。应用比-萨定律和叠加原理推导出稳恒磁场的高斯定理和环路定理。高斯定理和环路定理是研究矢量场的标准理论。为建立麦克斯韦方程组奠定了思想和方法的基础。根据静电场对电荷作用的规律和实物物质微观结构特征研究电场和实物物质相互作用的规律。根据磁场对电流的作用规律和实物物质的微观结构研究磁场和实物物质相互作用的规律。,电磁感应现象的发现从另一方面建立了电和磁之间的联系。为了把静电场和稳恒磁场的高斯定理与环路定理推广到变化的电磁场
5、的普遍情况，对感生电动势对应的非静电力的探讨使麦克斯韦提出涡旋电场假设。对非稳恒情况下安培环路定理应具有怎样的形式的考察和思考，使麦克斯韦提出位移电流假设。把静电场和稳恒磁场的高斯定理与环路定理推广到变化的电磁场，建立了麦卡斯韦方程组。从而建立了电磁学的基本理论体系。在麦克斯韦方程组基础上对电磁波的预言和实验证实标志着经典电磁理论的完成。,三、经典电磁学理论的局限性,在不同的参考系中，电磁规律表现的形式是不相同。,经典电磁学理论在伽利略变换下不具有协变性。,正是经典电磁学的局限性促成了狭义相对论的建立。,三、库仑定律,例题1 在氢原子内，电子和质子的间距为5.310-11m。求这两个粒子间的静电力和万有引力，并比较它们的大小。,解 由于电子的电荷是e，质子的电荷为+e，电子的 质量 为me=9.110-31kg，mp=1.710-27kg，所以由库仑定律 求得两粒子间的静电力为,由此看出：微观领域中，万有引力比库仑力小得多。因此，在原子、分子中，一般忽略万有引力。,由万有引力定律可求得两粒子间的万有引力为,四、静电力的叠加原理,
