81-4电场强度电场强度E定义电场（1）相互作用的传递对物体间的作用，自古以来存在着两种作用的争论：?超距作用：不需要任何媒介，也不需要时间的传递。1686年，牛顿发表了万有引力定律，似乎支持超距作用的观点，但牛顿本人并不支持超距作用。在力学发展初期，由于并没有找到近距作用的媒介，同时万有引力在解释太阳系获得巨大的成功，使得超距作用大行其道，Lagrange,Laplace,Poisson发展起来的简洁优美的势论，更为有利地支持了超距作用。电磁学建立初期，Coulomb,Ampere奉行超距作用，Neumann，Weber等用超距作用得到了相应的电磁理论。库仑定律给出了两个静止电荷间的相互作用力，但没有说明这种作用是通过什么途径发生的。超距作用的观点认为一个电荷对另一电荷的作用无需经中间物传递，即电荷电荷超距作用的观点认为带电体之间的相互作用力是以无限大速度在两物体间直接传递的：与存在于两物体之间的物质无关。因此持有超距作用观点的人认为带电体之间的相互作用无需传递时间也不承认电场是传递相互作用的客观物质。超距作用的观点反映了人类认识客观事物的局限（因为在静电学的研究穿范围内，超距作用与近距作用两种观点等价，所以当时多物理学家包括库仑在内都持有超距作用的观点）。1
1 § 电场强度 一 丶 电场强度 E 定义 1· 电场 （1）相互作用的传递 对物体间的作用，自古以来存在着两种作用的争论： ● 超距作用：不需要任何媒介，也不需要时间的传递。 1686 年，牛顿发表了万有引力定律，似乎支持超距作用的观点，但牛顿本人并不支持超距作用。在力学发展初期，由于 并没有找到近距作用的媒介，同时万有引力在解释太阳系获得巨大的成功，使得超距作用大行其道，Lagrange, Laplace, Poisson 发展起来的简洁优美的势论，更为有利地支持了超距作用。 电磁学建立初期，Coulomb, Ampere 奉行超距作用，Neumann, Weber 等用超距作用得到了相应的电磁理论。 库仑定律给出了两个静止电荷间的相互作用力，但没有说明这种作用是通过什么途径发生的。超距作用的观点认为一个 电荷对另一电荷的作用无需经中间物传递，即 超距作用的观点认为带电体之间的相互作用力是以无限大速度在两物体间直接传递的，与存在于两物体之间的物质无 关。因此持有超距作用观点的人认为带电体之间的相互作用无需传递时间，也不承认电场是传递相互作用的客观物质。超距 作用的观点反映了人类认识客观事物的局限（因为在静电学的研究范围内，超距作用与近距作用两种观点等价，所以当时许 多物理学家包括库仑在内都持有超距作用的观点）。 电荷 电荷
近距作用：通过接触或媒介，作用需要时间。近距作用的媒介最初认为是“以太”。直到Faraday,Maxwell提出了力线和场，建立了近距作用的电磁理论并得到实验证实之后，这种状况才得以改变。1881年A.A.Michelson设计了一个精密的实验来测量“以太风"，1887年与E.W.Morley合作，重新实验，仍得到“零”结果。说明“以太”根本不存在，A.A.Michelson因为他的“零”结果而荣获1907年的诺贝尔奖。图1-21A.A.Michelson和E.W.Morley的实验装置2
2 ● 近距作用：通过接触或媒介，作用需要时间。 近距作用的媒介最初认为是“以太”。直到 Faraday, Maxwell 提出了力线和场，建立了近距作用的电磁理论并得到实验证 实之后，这种状况才得以改变。1881 年 A.A.Michelson 设计了一个精密的实验来测量“以太风”，1887 年与 E.W.Morley 合作， 重新实验，仍得到“零”结果。说明“以太”根本不存在， A.A.Michelson 因为他的“零”结果而荣获 1907 年的诺贝尔奖。 图 1-21 A.A.Michelson 和 E.W.Morley 的实验装置
（2）场的提出，法拉第的力线思想MichaelFaraday（1791一1867）是英国伟大的物理学家和化学家，是一位有深刻物理思想的实验物理学家。在电磁学领域，Faraday对电磁现象进行了广泛深入的实验研究，对电磁作用提出了近距作用的物理解释，作出了许多卓越的贡献，其中最重要的是电磁感应的发现、研究和解释。Faraday是电磁场理论的创始者和莫基者，他的工作为Maxwell建立电磁场理论莫定了基础，Faraday和Maxwell一起当之无愧地被誉为19世纪最伟大的物理学家。图1-22场概念的提出者英国伟大的物理学EaradayFaraday近距作用观点的场论思想更多地是用力线语言表达的，因此也称为力线思想。它具有鲜明的实践来源。场概念的许多重要观点，如磁力线是真实存在的、是闭合的等结论，都有独特的实验证明。近距作用观点场论思想的确立开始了Newton以来物理学最伟大的变革，因而受到许多物理学家的重视。W.Thomson指出：3
3 （2）场的提出，法拉第的力线思想 Michael Faraday（1791―1867）是英国伟大的物理学家和化学家，是一位有深刻物理思想的实验物理学家。在电磁学领域， Faraday 对电磁现象进行了广泛深入的实验研究，对电磁作用提出了近距作用的物理解释，作出了许多卓越的贡献，其中最重要 的是电磁感应的发现、研究和解释。Faraday 是电磁场理论的创始者和奠基者，他的工作为 Maxwell 建立电磁场理论奠定了基础， Faraday 和 Maxwell 一起当之无愧地被誉为 19 世纪最伟大的物理学家。 图 1-22 场概念的提出者英国伟大的物理学Faraday Faraday 近距作用观点的场论思想更多地是用力线语言表达的，因此也称为力线思想。它具有鲜明的实践来源。场概念的许多 重要观点，如磁力线是真实存在的、是闭合的等结论，都有独特的实验证明。 近距作用观点场论思想的确立开始了Newton 以来物理学最伟大的变革，因而受到许多物理学家的重视。W·Thomson 指出：
“在Faraday的许多贡献中，最伟大的一个就是力线概念了。我想，借助于它就可以把电场和磁场的许多性质，最简单而又极富启发性地表示出来。”Thomson在自己研究的基础上建议Maxwell研究Faraday的力线思想。Maxwell在Faraday的基础上发展了近距作用观点的场论思想，建立了Maxwell出方程，莫定了经典电动力学的理论基础。（3）电场近代物理的发展证明，超距作用的观点是错误的，近距作用的观点才是正确的。电力（磁力也是这样）虽然以极快的速度传递，但该速度仍然有限。在真空中，它的速度就是真空中的光速℃，c=2.99792458(12)×10*m/s=3×10°m/s但“以太”并不存在，电力（磁力）通过电场（磁场）传递。凡是有电荷的地方，周围就存在电场，即电荷在自己的周围产生电场或激发电场，电场对处在场内的其他电荷有力作用。电荷受到电场的作用力仅由该电荷所在处的电场决定，与其他地方的电场无关，这就是场的观点。按照这种观点，电荷间的相互作用可表示为电荷电荷→电场然而，在电场随时间变化的情况下，例如当场源运动时，两种观点的区别就显示出来了。设两点电荷，电量分别为q和92在某一时刻t，它们的距离为r，这时，92对9有一定的作用力，若92突然改变位置，使两电荷的距离发生变化，按超距作用的观点，所受到的作用应同时变化。但按场的观点，当92位置变化时，9受到的作用力并不立即变化。因为92在新位置产生的场将以有限的速度c向9传播，经过一定的时间t之后，当出所在处的场发生变化时，由受到的作用力才变化。所以，9对9作用力的变化要比92位置的变化推迟一定时间4t.实验结果证明场的观点是正确的。以后我们还将看到，电场和磁场与实物（由原子或分子构成的物质）一样，具有动量和能量，服从一定的运动规律，它们可以脱离电荷和电流单独存在。与物质的实物形式一样，电磁场也是物质的一种形式a
4 “在 Faraday 的许多贡献中，最伟大的一个就是力线概念了。我想，借助于它就可以把电场和磁场的许多性质，最简单而又极富启 发性地表示出来。”Thomson 在自己研究的基础上建议 Maxwell 研究 Faraday 的力线思想。Maxwell 在 Faraday 的基础上发展了近距 作用观点的场论思想，建立了 Maxwell 出方程，奠定了经典电动力学的理论基础。 （3）电场 近代物理的发展证明，超距作用的观点是错误的，近距作用的观点才是正确的。电力（磁力也是这样）虽然以极快的速度传 递，但该速度仍然有限。在真空中，它的速度就是真空中的光速 c， c 2.99792458(12) 10 m/s 3 10 m/s 8 8 = × ≈ × 但“以太”并不存在，电力（磁力）通过电场（磁场）传递。凡是有电荷的地方，周围就存在电场，即电荷在自己的周围产 生电场或激发电场，电场对处在场内的其他电荷有力作用。电荷受到电场的作用力仅由该电荷所在处的电场决定，与其他地方的电 场无关，这就是场的观点。按照这种观点，电荷间的相互作用可表示为 然而，在电场随时间变化的情况下，例如当场源运动时，两种观点的区别就显示出来了。设两点电荷，电量分别为 ql和 q2， 在某一时刻 t，它们的距离为 r，这时，q2对 q1有一定的作用力，若 q2 突然改变位置，使两电荷的距离发生变化，按超距作用的观 点，所受到的作用应同时变化。但按场的观点，当 q2 位置变化时，q1 受到的作用力并不立即变化。因为 q2在新位置产生的场将以 有限的速度 c 向 q1 传播，经过一定的时间∆t 之后，当出所在处的场发生变化时，由受到的作用力才变化。所以，q2对 q1作用力的 变化要比 q2 位置的变化推迟一定时间∆t·实验结果证明场的观点是正确的。 以后我们还将看到，电场和磁场与实物（由原子或分子构成的物质）一样，具有动量和能量，服从一定的运动规律，它们可 以脱离电荷和电流单独存在。与物质的实物形式一样，电磁场也是物质的一种形式。 电荷 电场 电荷
(4)静电场静止电荷产生的电场称为静电场，静电场对其他静止电荷的作用力就是静电力。电场并不限于静电场，凡对静止电荷有作用力的场都是电场。aEap=0.或=0atat2.电场强度（1）试探点电荷为定量研究电场，在电场中引入试探点电荷：·电量充分小，以免改变被研究物体的电荷或电场分布：·线度充分小，即点电荷。（2）电场强度设试探点电荷在r处受到的电场力为Fe，则F。应正比于r处的电场强度E（r）：F=qoE(r)则有：FaE(r)=qo是与试探点电荷无关的物理量，反映了r处空间的本身的特性，E（r）称为r处的电场强度。即：电场内任意一点的电场强度在数值上等于一个单位电量的电荷在该点受到的作用力，电场强度的方向与正电荷在该点受力的方向相同。电场强度是空间坐标的矢量函数，E=E（x，y，z），即矢量场。简称为电场。即，电场就是带电体周围的一个具有特定性质的5
5 （4） 静电场 静止电荷产生的电场称为静电场，静电场对其他静止电荷的作用力就是静电力。电场并不限于静电场，凡对静止电荷有作 用力的场都是电场。 0, = 0 ∂∂ = ∂∂ tE t 或 ρ 2·电场强度 （1）试探点电荷 为定量研究电场，在电场中引入试探点电荷： ● 电量充分小，以免改变被研究物体的电荷或电场分布； ● 线度充分小，即点电荷。 （2）电场强度 设试探点电荷在 r 处受到的电场力为 F0，则 F0 应正比于 r 处的电场强度 E（r）： ( ) 0 0 F = q E r 则有： 0 0 ( ) q F E r = 是与试探点电荷无关的物理量，反映了 r 处空间的本身的特性，E（r）称为 r 处的电场强度。即： 电场内任意一点的电场强度在数值上等于一个单位电量的电荷在该点受到的作用力，电场强度的方向与正电荷在该点受力的方 向相同。 电场强度是空间坐标的矢量函数，E＝E（x，y，z），即矢量场。简称为电场。即，电场就是带电体周围的一个具有特定性质的