流体的流量Q 是单位时间内流过管道横截面的液体体积 , 同理 , 电流I 是单位时间内流过某一横截面的电荷量 。 如图1所示 , 当理想流体通过一段封闭管道 , 流量是处处相同的 , 若管道是不同粗细的 , 则流速v 是和横截面积S 成反比的 。 将流体与电流进行对照 , 则流速v 与场强E 就有了直观的对应关系 。
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图1 流体与电流
在三维空间里 , 假设位于参考系原点有一个流体“源” , 单位时间流出的流体体积为Q , 在与此流体源径向距离为r的位置流速大小为
r的位置流速大小为v与点电荷的场强E也就有了对应关系 。 如图2所示 , 一正电电荷的电场线会从原点出发 , 一直到无穷远处 , 通过每一个闭合曲面的电场线的条数是不变的 , 即通量是不变的 。 此即电通量的概念 , 与流量是具有类似性的 。 进一步联系我们熟悉的磁通量 , 拓展不熟悉的引力场通量 , 能够让我们对物理中的不变量有更深刻的认识 。
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【物理|这些物理概念穿上马甲你就不认识啦?】图2 点电荷位于不同闭合球面内部
1686年 , 牛顿提出了著名的万有引力定律:
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概念规律间的横向联系
“场”的概念是物理学的一个重要概念 , 也是近代物理学与经典力学在物质观的认识上的最大区别 。 这种物质与通常的实物不同 , 不是由分子原子组成 , 却也是客观存在 。 带电体周围存在电场 , 人们会引入试探电荷q 来探究电场的性质 。 对于电场中的同一点 , 试探电荷受到的电场力与其电荷量之比
F 跟电流I和直导线长度L 的乘积成正比 。 因该比值
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图3 静电场、磁场与引力场
在会计算点电荷电场的基础上 , 人们还想知道一般带电体产生的电场强度E 和电势φ 的定量计算的数学方法 。 笛卡尔在关于自然科学的哲学本质上提出了一个“指导法则”:为了解决所遇到的难题必须把它们分成几部分 , 必须从最简单的(对象)开始 , 逐步进入到对复杂的(对象)认识 。 这种方法系统地渗透在从力学、电学到原子物理等物理学各个分支中 。 例如 , 运动的合成、力的合成等都体现了这样的思想 , 其前提条件是“部分”之间的相加必须服从“叠加原理” 。 力学部分从质点运动开始 , 再到质点系;电学部分从点电荷产生的电场引入 , 再到电荷系;对于连续体层次上的力学和电学的讨论方法体现了“从简单到复杂”的思维原则 。 当然 , 线性系统只是自然界的一种近似的、理想化的模型系统 , 真实的系统更多的是非线性系统 。
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