大學(xué)物理-靜電場(chǎng)1,2

1、大大 學(xué)學(xué) 物物 理理電磁學(xué)電磁學(xué)任芮任芮E-mail：QQ: 410586085辦公室：勵(lì)學(xué)樓辦公室：勵(lì)學(xué)樓 B-106教材教材大學(xué)物理學(xué)大學(xué)物理學(xué)上冊(cè)上冊(cè)毛駿健毛駿健,顧牡顧牡 ，高等教育出版社，高等教育出版社，2013年年12月第月第2版版 課外課外延伸內(nèi)容：延伸內(nèi)容：電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波（非課程要求）（非課程要求）本學(xué)期課程本學(xué)期課程主要內(nèi)容主要內(nèi)容電電磁磁學(xué)學(xué)靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體難度難度:易易難度難度:高高恒定磁場(chǎng)恒定磁場(chǎng)磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的作用難度難度:中中難度難度:高高動(dòng)生電動(dòng)勢(shì)動(dòng)生電動(dòng)勢(shì) 感生電動(dòng)勢(shì)感生電動(dòng)勢(shì)自感和互感自感和互感難度難

2、度:高高難度難度:高高電學(xué)電學(xué)磁學(xué)磁學(xué)電磁感應(yīng)電磁感應(yīng)本學(xué)期課程本學(xué)期課程成績(jī)組成成績(jī)組成作業(yè)作業(yè)到課情況到課情況難度難度:較易較易難度難度:易易期中考試期中考試期末考試期末考試難度難度:高高難度難度:高高平時(shí)平時(shí)考試考試5-1-1 電荷（electric charge）電荷電荷： 物質(zhì)的一種物理物質(zhì)的一種物理性質(zhì)性質(zhì)。 帶有電荷的物質(zhì)帶有電荷的物質(zhì)為為“帶電物質(zhì)帶電物質(zhì)”。兩種電荷兩種電荷： 硬橡膠棒與毛皮摩擦后硬橡膠棒與毛皮摩擦后所帶的電荷為所帶的電荷為負(fù)電荷負(fù)電荷。 玻璃棒與絲綢摩擦后所帶的電荷為玻璃棒與絲綢摩擦后所帶的電荷為正電荷正電荷。 電荷的基本性質(zhì)：電荷的基本性質(zhì)： 電荷與電荷之

3、間存在相互作用力，同電荷與電荷之間存在相互作用力，同種電荷相斥，異種電荷相吸。種電荷相斥，異種電荷相吸。電量：電量：物體帶電荷量的多少物體帶電荷量的多少。N = 1，2，3，基本電荷量：基本電荷量：電量單位：電量單位： 庫(kù)侖（庫(kù)侖（C） 密立根油滴實(shí)驗(yàn)密立根油滴實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)必做實(shí)驗(yàn)必做實(shí)驗(yàn) P161 當(dāng)物體帶電量較多時(shí)，如宏觀帶電體，電量可當(dāng)物體帶電量較多時(shí)，如宏觀帶電體，電量可 以按連續(xù)量處理。以按連續(xù)量處理。說明說明 電量單位庫(kù)侖來源電量單位庫(kù)侖來源庫(kù)侖不是國(guó)際單位制基本單位，而是國(guó)際單庫(kù)侖不是國(guó)際單位制基本單位，而是國(guó)際單位制導(dǎo)出單位。位制導(dǎo)出單位。若導(dǎo)線中載有若導(dǎo)線中載

4、有1安培的穩(wěn)定電流，則在安培的穩(wěn)定電流，則在1 1秒內(nèi)秒內(nèi)通過導(dǎo)線橫截面積的電量為通過導(dǎo)線橫截面積的電量為1 1庫(kù)侖。庫(kù)侖。安培的定義為：在真空中相距為安培的定義為：在真空中相距為1米的兩根無限米的兩根無限長(zhǎng)平行直導(dǎo)線，通以相等的恒定電流，當(dāng)每米長(zhǎng)平行直導(dǎo)線，通以相等的恒定電流，當(dāng)每米導(dǎo)線上所受作用力為導(dǎo)線上所受作用力為210-7N N時(shí)，各導(dǎo)線上的時(shí)，各導(dǎo)線上的電流為電流為1安培。安培。弱版弱版電荷守恒定律電荷守恒定律 整個(gè)宇宙的總電荷量保持不變，不會(huì)隨著整個(gè)宇宙的總電荷量保持不變，不會(huì)隨著時(shí)間的演進(jìn)而改變。時(shí)間的演進(jìn)而改變。強(qiáng)版強(qiáng)版電荷守恒定律電荷守恒定律 在任意空間區(qū)域內(nèi)電荷量的變化，等

5、于流在任意空間區(qū)域內(nèi)電荷量的變化，等于流入這區(qū)域的電荷量減去流出這區(qū)域的電荷量。入這區(qū)域的電荷量減去流出這區(qū)域的電荷量。可以簡(jiǎn)化為點(diǎn)電荷的條件可以簡(jiǎn)化為點(diǎn)電荷的條件: :dr 0異種電荷異種電荷: : q1q2 l所以34rpEoB3344rprqlEooB解題步驟解題步驟：roerxE24dd例例4.真空中有均勻帶電直線，長(zhǎng)為真空中有均勻帶電直線，長(zhǎng)為L(zhǎng)，總電量為，總電量為Q。線外。線外有一點(diǎn)有一點(diǎn)P，離開直線的垂直距離為，離開直線的垂直距離為a，P點(diǎn)和直線兩端連點(diǎn)和直線兩端連線的夾角分別為線的夾角分別為 1和和 2 。求。求P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。（設(shè)電荷線密度點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。（設(shè)電荷線密度為為 ）2. .

6、 確定確定Ed3. . 將將 投影到兩個(gè)坐標(biāo)軸分別求解投影到兩個(gè)坐標(biāo)軸分別求解Ed1. . 選電荷元選電荷元xqddayx12oPayx12oPdxxroerxE24ddEdExdEysinar jiersincosrdsin)ctg(dd2aax電荷元：電荷元：dq= dxLQ)sin(cos4jiLaQEoddddddLaQELaQEoyox4sin4cosayx12oPdxxEdEyrdEx積分可得：積分可得：120sinsin4LaQEx210coscos4LaQEy（1）無限長(zhǎng)帶電直線：）無限長(zhǎng)帶電直線： 1 = = 0 0 ， 2 = = 0 xEaLQaEEooy221討論：討論

7、：（2）P點(diǎn)距離帶電直線無限遠(yuǎn)：點(diǎn)距離帶電直線無限遠(yuǎn)：aLaLaL右左2211cos1sincos1sin2040aQEEyx相當(dāng)于相當(dāng)于點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷例例5. 電荷電荷q 均勻地分布在一半徑為均勻地分布在一半徑為R的圓環(huán)上。計(jì)算的圓環(huán)上。計(jì)算在圓環(huán)的軸線上任一給定點(diǎn)在圓環(huán)的軸線上任一給定點(diǎn)P的場(chǎng)強(qiáng)。的場(chǎng)強(qiáng)。lRqlqddd22228d4ddrRlqrqEoo2/3224RxqxoRoRrlqxE20328dxPxRrdEErxEEEELLLxxdcosdd0LEEd根據(jù)對(duì)稱性：根據(jù)對(duì)稱性：例例6. 均勻帶電圓板，半徑為均勻帶電圓板，半徑為R，電荷面密度為，電荷面密度為 。求軸線上任一點(diǎn)求軸線上任一點(diǎn) P 的電場(chǎng)強(qiáng)度。的電場(chǎng)強(qiáng)度。解：解：23224d2drxrrxEo利用帶電圓環(huán)場(chǎng)強(qiáng)利用帶電圓環(huán)場(chǎng)強(qiáng)公式公式rrSqddd22/3224RxqxEordrRPxO21220)(12dRxxEEoR232224rxrxEEodd1. R x 無限大帶電平板的電場(chǎng)強(qiáng)度無限大帶電平板的電場(chǎng)強(qiáng)度 ：oE2R時(shí)時(shí)當(dāng)考察點(diǎn)很接近帶電平面時(shí)（當(dāng)考察點(diǎn)很接近帶電平面時(shí)（x R），可以把帶），可以把帶電平面近似看作無限大來處理。電平面近似看作無限大來處理。討論：討論：2 2. . R a）aP.LxyodEdaaLldP.解：解：LdldqlLqddda