电场强度在带电表面突变问题的深入探讨

讨论了应用高斯定理求解带电球面和带电球体电场强度分布的问题, 并对其结果关于电场强度在球面 上突变的问题进行了分析讨论, 利用“ 面模型”解释了产生突变的原因     

关于均匀带电球面上电场强度的求解

由于均匀带电球面上的电场强度无法用高斯定理求出,现行大部分大学物理基础教材在讨论均匀带电球面产生的场强分布时,只用高斯定理求出了该带电系统内外空间电场的分布,并没有给出球面上场强的计算方法,只是指出在球面上场强值不连续.文章利用叠加原理和电容器能量的变化两种方法分别导出了均匀带电球面上任一点的场强值,验证了均匀带电球面的场强是不连续的,两种方法思路截然不同,但得到的结果完全相同,该结果使得高斯定理求出的均匀带电球面在空间电场分布的结论更加完整.     

高斯定理与高斯定律

 在目前国内高校所采用的工科大学物理教材中,程守洙、江之永的《普通物理学》(高等教育出版社出版,以下简称教材1)与张三慧的《大学物理学》(清华大学出版社出版,以下简称教材2)使用得较为普遍,涉及的学生人数众多。但两种教材在静电学规律的提法上却有所不同,教材1称为“高斯定理”,而教材2则为“高斯定律”。部分同学虽意识到两种提法不同,但并没有做进一步的思考,认为这只是名称上的不同而已,并无其他深意。其实这两种不同的提法隐含了教材作者对静电场高斯定理(定律)与库仑定律关系的两种不同认识。本文讨论仅限于静电场与静止电荷。     

任意形状带电导体表面的场强

 一、导体表面的实际场强静电平衡状态下任意形状带电导体的电荷一定分布在导体表面,实际的电荷层厚度不可能为零。带电导体表面的场强,是对电荷层外表面而言的。用高斯定理求解导体表面的场强时,要么承认电荷层有厚度,考察点可以贴着导体表面,也可以在导体外并无限接近表面;要么把电荷层当作厚度为零的面电荷,则考察点必须在导体外并无限接近导体表面。这两种思维方式都是为了过考察点做平行于表面的高斯面时,把考察点附近区域的电荷置于高斯面内,二者对求解导体表面的实际场强是等价的。当考察点处电荷面密度为σ,可得该处表面场强大小E=σε0,方向垂直于该处的表面(σ电性为正时向外,为负时向内)。     

电象法解题一例

电象法是电磁学中,用来求解带电物体组在一定区域内电磁场宏观问题的一种特殊方法,在解决实际问题有着一定的应用。在此就应用该方法求解问题,提出一些看法。 一个半径为R的薄导体球壳,内有一点电荷q,位于距球心a处(如下图所示)求球壳内任一点的势,(整个系统处于介电常数为ε0的无穷大介质中)。 现把有的书对此题的解法简述如下: 用球壳外的一个象电荷q′代替球壳上感应 电荷的效应。根据题所给的条件,很容易得 出:　。若没加入象电荷q′, 则球面是一个电位不为零的等位面。加入q′ 后,使球面电位为零了,为了保持球面的电位 不为零,需要在…     

进行启发式的课堂练习, 加深物理概念的理解

由于教材内容多和课堂教学时间少的矛盾,在普通物理静电场部份的教学中,我们讲解用高斯定理计算电场强度E和电位移D时,只讲了平行板电场、均匀带电球面的电场,“无限长”均匀带电园柱面的电场等几种特例,不能做更多形式的电场的分析,学员往往不善于针对各种特殊情况作出相应的高斯面。此外,在电介质中的电场部份,由于主要分析了平行板电容器中与板面平行地插入一层或两层电介质的场强E、电位移D的情况,缺少对比教学的内容,学员容易笼统地形成一种在两种电介质中D是相等的E是不相等的错误印象,而这个结论的前提条件往往被忽略了(即这时介…     

电场线的应用

电磁学的高斯定理、环路定理是静电场的基础,电场线又与高斯定理、环路定理等价:静电场里许多不易定量计算或不用定量计算的问题都可以借助电场线的概念来解决．下面探讨电场线的应用．1电场线的概念     

稳恒磁场高斯定理的一个证明

稳恒磁场的高斯定理是电磁学的重要内容之一。这个定理可以从毕奥-沙伐尔定律出发加以严格证明,不过证明往往需要用到矢量分析的知识,所以很多电磁学教材都把这个证明略去。不加证明直接给出这个定理,使学生感到突然,难以接受,而且也不便进一步讨论它所包含的物理意义。本文目的,是从毕奥-沙伐尔定律出发,利用曲面积分和曲线积分,证明稳恒磁场的高斯定理。 考虑电流元Id所激发的磁场在高斯面上的磁感应通量。 为叙述方便,设电流元Id在 Z轴 O点上,方向与 Z轴正向一致。在磁场中任取一闭合曲面 S,计算磁感应通量B·dS用下面的方法选取面积…     

对称性是物理学的一把双刃剑

 对称性的概念最早源于生活。所谓“对称”,通常是指左右对称。除此之外还有轴对称、球对称等。在近代物理学中,对称性是一个很深刻的问题。在粒子物理、固体物理、原子物理等领域里,对称性问题也很重要。德国大数学家魏尔斯特拉斯(Weierstrass,1815～1897)首先提出了有关“对称性”的普遍定义,即把一个“体系”通过不同的操作达到不同的“状态”,若前后两种不同的“状态”在此操作下不变,我们可以讲这个体系对于这一操作是“对称”的,而这个操作也可以认为是这个体系的“对称操作”。常见的对称操作有空间的平移、转动以及时间的平移。     

科学家称极超新星爆发可能摧毁外星生命

 天体生物学中有一种著名的说法,叫做“大寂静”(the Great Silence)。通俗而言,这个说法的意思大致如下：“考虑到宇宙巨大的空间以及极其古老的历史,宇宙中应当存在许多具有高度发达文明的智慧生命,但我们却没有找到任何相关的证据,这两者之间似乎存在一种矛盾。” 这个说法最早来自著名的美籍意大利物理学家费米,因此也被称为“费米问题”或“费米佯谬”。     

也谈均匀带电球面上的电场强度

在求解均匀带电球面上电场强度问题时存在的一种困惑 ,并给出避免困惑的几种不同的论证和求解方法。     

微纳技术及微纳机电系统(上)

 今天,在一个所谓“云计算”与“大数据”到来的时代,人们面对着大量的数据信息,不仅需要对获取的数据进行传递,而且需要进行处理和分析。之所以如此,是因为人们已经能够将信息的获取从分散、断续、孤立的点扩展到整体、连续、相关的面或体上,即从“点式”扩展到“网式”,从宏观延伸到微观,并能够以更精细的分辨、更快的速率和在更大的尺度上来获取数据。     

一种CCD辅助测量基模(TEM_(00))激光光斑尺寸的方法

激光光束是一种振幅和等相位面都在变化的高斯球面光波 ,其最小光斑的位置和大小不易确定 ,本文在实践的基础上提出一种测量基模 ( TEM0 0 )激光光斑尺寸的方法 ,解决了这一问题     

谈谈气体称量定律及其表达式

 从以往的经验或知识中得出来的科学命题,能否进一步被人们认同为科学定律,这决定于对这个命题的证明(常常是数学证明)是否“真”,而在几种证明“同真”时,则又决定于是否存在“美”。“我选择美”是科学家普遍的心理写照,只有既“真”且“美”的证明,才能使科学命题在人们心目中顺理成章、水到渠成地升华为科学定律。由于在物理实验中充了气的黄铜球比真空时的黄铜球重,所以人们不难从力平衡知识中直觉得到这样一个科学命题,即“气体重量等于下方气压减上方气压”,对于这个可以直觉出来的命题,有关教科书是用微分来证明的。     

开窗放入大江来——新春寄语

 想起了宋代诗人曾公亮七绝《宿甘露僧舍》,那诗言道:“枕中云气千峰近,床底松声万壑哀.要看银山拍天浪,开窗放入大江来.”好一个“开窗放入大江来”!《现代物理知识》杂志,我们心中的圣地.谢希德说她是本“老少读者都欢喜的一本刊物”;王淦昌说她“对于我有很大的好处”;冯端说她的“科学性是有保证的”;赵忠贤说她“生动活泼,可读性强”;朱重远说她是“了解物理各分支领域的知识及进展的主要渠道”;施士元说她“能面向实际,面向世界,面向未来”;卞毓麟说她“能在科学上给不同层次读者以‘实惠’的刊物”;钱临照说她是“我国物理类型的好书”;廖山涛说她“读起来给人以享受”;于敏说她“对拓宽物理学工作者知识面和培养年青一代都会起良好作用;”卢鹤绂说她“是联系我国物理学界的纽带,”…….     

B介子工厂的挑战

 在近年的科技报章上,经常出现“B介子工厂”这个词语。那么,究竟什么是B介子工厂?为什么要建造B介子工厂?它对粒子加速器和探测器技术提出了什么样的挑战?这篇文章就来谈谈这些问题。 （一）什么是B介子工厂? 大家知道,高能物理研究作为构成宏观物质“大厦之砖石的“基本粒子”的结构及其运动规律。“基本粒子”不但非常微小(尺度在10^-子、米量级),而且除质子、中子、电子和光子等少数粒子以外,大多数只能在宇宙线中找到或在实验中产生,而且寿命都很短。要深入研究“基本粒子”的性质,就必须获取尽可能多的粒子事例。那么,这些粒子是如何在实验室中“生产”出来的呢?     

七十二岁的获奖者——玻恩

 1954年,72岁的已经退休的德国物理学家马克斯·玻恩,因“进行量子力学的基本研究,特别是对波函数的统计解释”.荣获了该年度的诺贝尔物理学奖.有人会说玻恩是位“大器晚成”者,其实玻恩一直是位博学多才的优秀的物理学家.玻恩于1882年12月11日出生在德国西里西亚的布雷斯劳.父亲是布雷斯劳大学医学系的教授.因此玻恩自小就生活在一个科学气氛很浓的家庭里,他对什么都好奇,经常到他父亲的实验室去看做实验,或聆听他父亲同朋友间开展的科学讨论.1901年他开始在布雷斯劳大学学习,父亲曾对他提出这样的劝告:“你应该先把各种课程都学一下,然后再决定专门研究哪一门.”于是他没有一进入大学就立即确定专业,他听了数学、哲学、艺术史、天文学等课程.这使他开拓了视野,打下了“博学多才”的基础.     

错在哪里?

有人由高斯定理出发,“证明”了沿任一条电力线上各点的电场强度大小必相等.怎样得出这个错误结论的呢?如图所示,他作了一个包围这一条电力线的圆柱状高斯面.由于面内没有电荷,所以 ,由此得出 而圆柱侧面无通量,故有只须取S1=S2,就得出E1=E2的结论.分析其错误,在于没有分清E和E的通量这两个概念.包围一条E线作一个高斯面这句话是含糊的.S1和S2必须是两个面才能谈到其上的通量,而面上就不能只通过一条电力线.若认为S1、S2已缩小到只通过一条E线,它们就已缩为两点,这时就无法比较它们的通量了.这个问题是应该引起重视的,否则岂不是还可以…     

大数假说与物质层次结构

 1937年,诺贝尔奖获得者,英国物理学家狄拉克在《自然》杂志的139卷323页上发表了《大数假说及其后果》的论文,提出了著名的“大数假说”。宇宙中存在着两个数量级相等的神秘大数,一个大数是氢原子中静电力和万有引力之比:e²/Gmpme=2.3×10³⁹,e是电子或质子的电量,G是万有引力常量,me、mp分别是电子和质子的质量。另一个大数是根据大爆炸宇宙模型,以原子单位来量度的宇宙年龄t=7×10³⁹s,这两个貌似毫不相干的大数,分别来自一个小世界和一个大世界,却有着相同的数量级。狄拉克不认为这仅仅是一种巧合,他说:“这样两个大数如此接近,在自然界一定有某种基本的原因,我们目前不知道这个原因.     

穆斯堡尔谱学三十年

 穆斯堡尔在阅读自己关于¹⁹¹Ir共振的第一篇文章时突然意识到,他可以直接由多谱勒位移实验来确定自然宽度的谱线--他预见到会有一场竞争.他把文章送到在他看来“没有多少人阅读的德文《自然科学》杂志上”发表.当立即有二百多人来索取复印本时,他“迅速意识到这竟是犯了一个多么大的错误”.他因发现这种“无反冲γ射线共振吸收效应”,获得1961年诺贝尔物理奖.鲁道夫·路德维希·穆斯堡尔生于1929年1月31日.他在一些工业实验室花费了一年时间,后来进入慕尼黑工业大学,1952年完成学位课程,1954年完成了他的论文.1955-1957年,他到马克斯-普朗克医学研究所从事研究工作,1958年在慕尼黑工业大学获得博士学位.