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本书根据*颁布的“大学物理课程教学基本要求”，结合本校实际，为配合研究型教学编写。全书共20章，分别讲述质点力学、刚体力学、狭义相对论、振动和波、气体动理论、热力学基础、静电场、静电场中的导体与电介质、稳恒电流的磁场、电磁感应、麦克斯韦方程组、波动光学和量子物理基础等方面的内容。

本书在编写过程中，力求概念简明清晰，讲述深入浅出，难度适于中等，可作为大专院校非物理类理工科学生学习大学物理课程的辅助教材，也可供大中专院校物理教师参考。

目录

第8章静电场

8.1库仑定律

8.1.1电荷

8.1.2库仑定律

8.2电场强度

8.2.1电场强度的定义

8.2.2点电荷的电场强度

8.2.3场强叠加原理

8.3高斯定理

8.3.1电场线

8.3.2电场强度通量

8.3.3高斯定理

8.3.4高斯定理的应用

8.4电场的环路定理电势

8.4.1静电场的保守性——环路定理

8.4.2电势能电势

8.4.3电势的计算

8.5电场强度与电势的关系

8.5.1等势面和电场线

*8.5.2电场强度和电势梯度

8.6静电场中的导体

8.6.1静电平衡

8.6.2静电平衡时导体上的电荷分布

8.6.3静电屏蔽

8.7静电场中的电介质

8.7.1电介质的极化

8.7.2电介质对电场的影响

8.7.3电介质中的电场强度

8.7.4有电介质时的高斯定理

8.8电容电容器

8.8.1电容器的电容

8.8.2电容器的连接

8.9静电场的能量

8.9.1电容器的能量

8.9.2静电场的能量

8.10稳恒电场

8.10.1电流密度矢量

*8.10.2稳恒电流与稳恒电场

8.10.3电源电动势

阅读材料八动物电的研究和伏打电堆的发明

本章提要

陈春彩，女，1986年生，闽南理工学院讲师。2009年毕业于三明学院物理与机电工程系物理学专业，并于同年攻读西南交通大学凝聚态物理专业全日制硕士研究生，2012年获理学硕士学位。同年8月，任教于闽南理工学院，讲授大学物理课程。2016年获得福建省教育厅特批的厦门大学访问学者访学一年的资格。主持福建省中青年教师教育科研项目1项并结题，教改项目1项，发表论文6篇。曾获闽南理工学院优秀教师、优秀共产党员等荣誉称号。

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第8章静电场

电学起源于古希腊哲学家塞利斯（Thales，公元前600年）所知道的一种现象： 一块琥珀经摩擦后会吸引草屑。直到18世纪以后电学理论才建立在“场”的基础上，场是物质的一种存在形式，它看不见摸不着，但场是客观存在的。场在某些方面特性和实物粒子一样，也具有能量、动量和质量等； 但场又与实物粒子具有很大的不同，几个场可以同时占有同一个空间。电荷之间的相互作用是通过电场来实现的。一般来说，运动电荷将同时激发电场和磁场，电场和磁场是相互关联的。但是，在某些情况下，比如当我们所研究的电荷相对某参考系静止时，电荷在这个静止参考系中就只激发电场，而无磁场。我们把相对于观察者静止的电荷所激发的电场称为静电场。本章将讨论静止电荷之间的相互作用和静电场的基本性质，以及静电场与导体、电介质的相互作用，同时指出稳恒电流的电场具有与静电场相似的性质。本章结构框图

8.1库仑定律8.1.1电荷 

电是物质的一种基本属性，物质的电性质来自物质的微观结构。物体带电的多少称为电荷量，简称电荷或电量。在国际单位制（SI）中，电量的单位是库仑，符号是C。自然界中，物体或者微观粒子所带的电荷有两种，一种是正电荷，一种是负电荷。同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引。我们知道，原子核中质子带正电，核外电子带等量负电。由于原子核内质子数与核外电子数相等，通常原子呈现电中性，宏观物体也呈电中性。一个电子所带电量的值叫做基本电荷（或叫元电荷），用e表示，大小近似等于

e=1.602×10-19C

实验证明，自然界中的任何带电体（除了夸克或反夸克以外）所带电量都是基本电量e的整数倍。像这种电量只能取分立的、不连续的量值的性质称为电荷的量子化。由于宏观物体带有大量的基本电荷，而e非常小，所以电荷的量子性在研究宏观现象的绝大多数实验中没有表现出来。因此通常把带电体看成电荷连续分布的带电体来处理，并认为电荷的变化是连续的。近代物理从理论上预言每个夸克或反夸克带电量为±e3或±2e3，但是实验上至今尚未发现单独存在的夸克，即使得到证实，在夸克这一层面上，以e为基本电荷，电荷仍是量子化的。由物质的分子结构知识可知，在一般状态下，物体是电中性的，物体内部的正电荷和负电荷的代数和为零。使物体带电的过程就是使它获得或者失去电子的过程，假如在一个系统中有两个电中性的物体，由于某些原因，使一些电子从一个物体转移到另一个物体上，失去电子的物体带正电，得到电子的物体带负电，不过两物体的正、负电荷的代数和仍为零。所以，对于一个系统，如果没有电荷出入其边界，那么该系统正、负电荷的代数和将保持不变，这就是电荷守恒定律。电荷守恒定律也是自然界的基本守恒定律之一，无论是在宏观领域还是在微观范围内，电荷守恒定律都是成立的。同时，它也是自然界对称性（规范对称性）的一种反映。实验还证明，一个电荷的电量与它的运动状态无关，在不同的参考系观察同一带电粒子的电量不变，电荷的这一性质叫电荷的相对论不变性。8.1.2库仑定律研究带电体间相互作用时采用的一种理想模型是点电荷。当带电体本身的线度d与它们之间的距离r相比足够小时，即dr时，带电体可近似看成“点电荷”。任何带电体均可以视为点电荷的集合。1785年法国物理学家库仑用扭秤实验测定了两个带电球体之间的相互作用力，并在实验的基础上提出了两个点电荷之间的相互作用的规律，即库仑定律，可表述如下： 在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小与它们电荷的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比； 作用力的方向沿着两点电荷的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。设真空中有两个点电荷，电量分别为q1、q2，两个点电荷之间的距离为r，并把电荷q1指向电荷q2的矢量用r表示，如图81所示，则电荷q2受到q1的作用力F表示为

F=kq1q2r2er

式中，er指从电荷q1指向电荷q2的单位矢量，即er=rr； 而k是比例系数，在SI中k≈9.0×109N·m2·C-2。为了使以后的电磁学公式简化，引入真空中的电容率ε0，ε0的值为

ε0=14πk=8.85×10-12C2·N-1·m-2(C2·N-1·m-2就是F·m-1)

则库仑定律可以表示为

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编辑推荐

目前我国工科大学使用的大学物理教材适用的课时数多在126课时左右，教材的深度、难度也各不相同。北京工大通过多年的教学经验，编写了一套适合自己学校，难度适中，有一定特色的大学物理教材。以利于更好实现人才培养目标，并为今后在实际工作中打一个好的基础。

书摘插图

前言

前言

近

年来随着教学改革的不断深入，一些新建本科高等院校正在向培养应用型人才转型。各专业对教材的要求既有普通本科的共性，又有别于普通本科的自身特点，即更加注重实践性、应用性和技术性。为适应这类应用型本科院校的需要，我们根据*近制定的《理工科非物理专业课程教学基本要求》及应用型本科院校工科专业需求的特点，结合编者多年的教学实践，参照国内外教学改革的成果编写本教材。

由于本教材是以培养应用型人才为目标，所以在编写过程中注重物理知识与生产技术、生活实际和自然现象相结合。本教材的主要特点表现在以下几个方面：

1. 为适应企业生产技术的需要，本教材以经典物理为主要内容，近代物理压缩为一章，仅介绍狭义相对论和量子物理的基本概念，且尽量做到通俗易懂，拓宽学生的知识面，有助于培养学生树立正确的世界观、价值观。

2. 各章节内容的编写重点强调物理思想和物理图像的构建，在正文的叙述中某些定理、定律等知识能用物理图像说清楚的就不用复杂的数学推证。

3. 书中的例题和练习题的选取注重对基础知识的理解和巩固，选择与生产实际联系紧密的应用题及对其基本解题方法进行训练，避开需要复杂的数学推导的例题和练习题。

4. 每章开头设计了本章内容的知识框架图，每章后列出了内容概述，以便学生、读者把握教材的知识要点和线索。

5. 本教材配有多媒体课件（PPT）、电子教案和习题集等教学资源。

考虑到新建本科应用型高等院校不同专业教学计划学时可能存在较大差异，本教材各章内容相对独立，使用时可根据具体情况对内容进行重组或取舍。教学可在72~96学时范围内，对有“*”号标示的内容可作为学生阅读或拓展内容，删除也不影响整本书的完整性和连续性。

本书由闽南理工学院具有多年教学与实际工作经验的教师集体编写而成。由陈春荣老师策划并撰写前言，由陈春彩、陈源福统稿。其中第1章的全部内容，第2~4章的插图及阅读材料由施一峰执笔；

第2~4章其他内容由余小刚执笔；

第5章由蔡琳敏执笔；

第6、7章由陈源福执笔；

第8、9、12章（除了第8章图81至图824插图由章进炳绘制外）全部由陈春彩执笔；

第10章由骆明辉执笔；

第11章由陈荣泉执笔。

本书在编写过程中得到了哈尔滨工业大学郭重雄教授悉心指导，也得到了闽南理工学院领导的大力支持，在此表示衷心的感谢！并向本书编写过程中参阅的书籍、文献的作者表示感谢！

由于我们水平有限，时间仓促，书中难免有不足之处，敬请有关老师和读者批评指正。我们将在今后再版中加以改正，使本教材在使用中不断完善。

编者

2017年7月于闽南理工学院