第九章--靜電場(chǎng)

1、1 人類對(duì)電和磁的認(rèn)識(shí)可追溯到2000多年前。 古代的中國(guó)人和希臘人早就知道靜電現(xiàn)象，知道磁石的吸引和排斥現(xiàn)象。 中國(guó)發(fā)明的指南針就是一個(gè)證明。 文藝復(fù)興開(kāi)始之后才對(duì)電和磁進(jìn)行科學(xué)、系統(tǒng)的研究。2 1600年前后，英國(guó)醫(yī)生吉爾伯特對(duì)磁和電做了初步的科學(xué)研究. 他指出：任何磁體都同時(shí)存在兩極，沒(méi)有單磁極存在。 他發(fā)現(xiàn)了鐵的磁化現(xiàn)象。 吉爾伯特還正確地指出，地球是一個(gè)大磁體。 他研究了摩擦起電現(xiàn)象，發(fā)明了第一個(gè)驗(yàn)電器。 英文中電這個(gè)詞，就是吉爾伯特最先提出來(lái)的，它來(lái)自希臘文“琥珀”一詞的譯音，這是由于古代最早的摩擦起電實(shí)驗(yàn)，就是希臘人用琥珀做的3 定定 量量 研研 究究 從1785年庫(kù)侖研究電荷之

2、間的相互作用算起. 其后泊松、高斯等人研究相成了靜電場(chǎng)理論 1786年伽伐尼發(fā)現(xiàn)了電流， 后經(jīng)伏特、歐姆、法拉第等人發(fā)現(xiàn)了關(guān)于電流的定律。 1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)， 很快畢奧、薩伐爾、安培、拉普拉斯等進(jìn)一步做了定量研究。 1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，提出了場(chǎng)和力線的概念，進(jìn)一步揭示了電和磁的聯(lián)系。 邁克斯韋集前人之大成，建立電磁方程組成為整個(gè)電磁學(xué)的基礎(chǔ)。4 電電 磁磁 學(xué)學(xué) （Electromagnetism） 研究研究:電磁現(xiàn)象電磁現(xiàn)象的的 基本概念基本概念和和基本規(guī)律基本規(guī)律 電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互聯(lián)系；電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互聯(lián)系； 電磁場(chǎng)對(duì)電荷、電流的作用；電磁場(chǎng)對(duì)電荷、電流的

3、作用； 電磁場(chǎng)對(duì)物質(zhì)的各種效應(yīng)電磁場(chǎng)對(duì)物質(zhì)的各種效應(yīng)。 電荷、電流產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)的規(guī)律；電荷、電流產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)的規(guī)律；5 處理電磁學(xué)問(wèn)題的基本觀點(diǎn)和方法處理電磁學(xué)問(wèn)題的基本觀點(diǎn)和方法著眼于場(chǎng)的分布著眼于場(chǎng)的分布（一般）（一般）歸納歸納假設(shè)假設(shè) 電磁學(xué)的教學(xué)內(nèi)容電磁學(xué)的教學(xué)內(nèi)容: 靜電學(xué)（真空、電介質(zhì)、導(dǎo)體）靜電學(xué)（真空、電介質(zhì)、導(dǎo)體） 穩(wěn)定磁場(chǎng)穩(wěn)定磁場(chǎng) （真空、磁介質(zhì)）（真空、磁介質(zhì)） 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 電磁場(chǎng)與電磁波電磁場(chǎng)與電磁波 對(duì)象：對(duì)象：彌散于空間的電磁場(chǎng)，彌散于空間的電磁場(chǎng)，方法：方法： 基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律綜合的普遍規(guī)律綜合的普遍規(guī)律（特殊）（特殊）6第九章第九章（Inten

4、sity of Electrostatic Field in Vacuum） 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng) 靜電場(chǎng)靜電場(chǎng) 相對(duì)相對(duì)觀測(cè)者觀測(cè)者靜止的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)靜止的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)79.1 電荷的量子化、電荷守恒定律電荷的量子化、電荷守恒定律9.2 庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律9.3 電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度 9.4 電場(chǎng)強(qiáng)度通量電場(chǎng)強(qiáng)度通量 高斯定理高斯定理 9.5 靜電場(chǎng)的環(huán)路定理靜電場(chǎng)的環(huán)路定理 電勢(shì)能電勢(shì)能 9.6 電勢(shì)電勢(shì) 9.7 電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度本章目錄本章目錄8一一 電荷電荷 強(qiáng)子的強(qiáng)子的夸克模型夸克模型具有具有分?jǐn)?shù)電荷分?jǐn)?shù)電荷（ 或或 電子電荷）電子電荷）但實(shí)驗(yàn)上尚未直接證明但實(shí)

5、驗(yàn)上尚未直接證明. .3132基本性質(zhì)基本性質(zhì)C10602. 119e2 2 同種相斥，異種相吸同種相斥，異種相吸3 3 電荷量子化；電荷量子化； 1 1 電荷的種類：電荷的種類：有正、負(fù)之分；有正、負(fù)之分；), 3 , 2, 1(nneq電荷的基本單元電荷的基本單元：一個(gè)電子電量的絕對(duì)值：一個(gè)電子電量的絕對(duì)值富蘭克林富蘭克林湯姆孫湯姆孫1897、密立根、密立根19139.1 電荷、電荷守恒定律電荷、電荷守恒定律9二二 電荷守恒定律電荷守恒定律 在在孤立孤立系統(tǒng)中系統(tǒng)中, ,電荷的代數(shù)和保持不變電荷的代數(shù)和保持不變. .（自然界的基本守恒定律之一）（自然界的基本守恒定律之一）三三 電荷相對(duì)論不

6、變性電荷相對(duì)論不變性 在不同的參考系內(nèi)觀察，同一帶電粒子的電量不變。在不同的參考系內(nèi)觀察，同一帶電粒子的電量不變。101q12r12r21F12F 一一. 點(diǎn)電荷模型點(diǎn)電荷模型d）（12rd 21F12F2q1q2q9.2 庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律（Coulomb s law） 在在真空中真空中，兩個(gè)，兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作之間的相互作用力，其大小與點(diǎn)電荷的電量用力，其大小與點(diǎn)電荷的電量乘積成正比乘積成正比，與兩，與兩電荷間距離的電荷間距離的平方成反比平方成反比。作用力在兩電荷的。作用力在兩電荷的連連線上線上，同號(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。，同號(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。2 2、數(shù)學(xué)表達(dá)

7、數(shù)學(xué)表達(dá)：122122112erqqkF17851785年年, , 庫(kù)侖利用扭稱實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定兩個(gè)帶電球庫(kù)侖利用扭稱實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定兩個(gè)帶電球體之間的相互作用力的規(guī)律體之間的相互作用力的規(guī)律二、庫(kù)侖定律二、庫(kù)侖定律1. 1. 文字表述文字表述1q2q12r12e12q1q2 0, , 與與 同向；同向；q1q2 EBVA VBEA EBVA VB87+ + + + + + + + + + + + 88+891 1、積分關(guān)系、積分關(guān)系BABAABlEVVUd2 2、微分關(guān)系、微分關(guān)系VVEgradkzVjyVixV zkyjxi903 3）為我們了提供一種計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)的方法）為我們了提供一種計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)的方法

8、2 2）“-”-”號(hào)表示場(chǎng)強(qiáng)指向電勢(shì)降落的方號(hào)表示場(chǎng)強(qiáng)指向電勢(shì)降落的方向向1 1）電勢(shì)不變的空間，電場(chǎng)強(qiáng)度為零）電勢(shì)不變的空間，電場(chǎng)強(qiáng)度為零kzVjyVixVkEjEiEEzyx 91 二二 理解理解高斯定理及靜電場(chǎng)的環(huán)路定理是靜電場(chǎng)高斯定理及靜電場(chǎng)的環(huán)路定理是靜電場(chǎng)的兩個(gè)重要定理，它們表明靜電場(chǎng)是的兩個(gè)重要定理，它們表明靜電場(chǎng)是有源有源場(chǎng)和場(chǎng)和保守保守場(chǎng)場(chǎng). 三三 掌握掌握用點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度和疊加原理以及高斯用點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度和疊加原理以及高斯定理求解帶電系統(tǒng)電場(chǎng)強(qiáng)度的方法；并能用電場(chǎng)強(qiáng)度定理求解帶電系統(tǒng)電場(chǎng)強(qiáng)度的方法；并能用電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度的關(guān)系求解較簡(jiǎn)單帶電系統(tǒng)的電場(chǎng)強(qiáng)度與電勢(shì)梯度的關(guān)系求

9、解較簡(jiǎn)單帶電系統(tǒng)的電場(chǎng)強(qiáng)度. 四四 掌握掌握用點(diǎn)電荷和疊加原理以及電勢(shì)的定義式用點(diǎn)電荷和疊加原理以及電勢(shì)的定義式求解帶電系統(tǒng)電勢(shì)的方法求解帶電系統(tǒng)電勢(shì)的方法. 五五 了解了解電偶極子概念，能計(jì)算電偶極子在均勻電偶極子概念，能計(jì)算電偶極子在均勻電場(chǎng)中的受力和運(yùn)動(dòng)電場(chǎng)中的受力和運(yùn)動(dòng). 一一 掌握掌握描述靜電場(chǎng)的兩個(gè)物理量描述靜電場(chǎng)的兩個(gè)物理量電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度和和電勢(shì)電勢(shì)的概念，的概念，理解理解電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 是矢量點(diǎn)函數(shù)，而是矢量點(diǎn)函數(shù)，而電勢(shì)電勢(shì)V 則是標(biāo)量點(diǎn)函數(shù)則是標(biāo)量點(diǎn)函數(shù).E92真空中靜電場(chǎng)小結(jié)提綱真空中靜電場(chǎng)小結(jié)提綱一一. 線索（基本定律、定理）：線索（基本定律、定理）： iEEqFE

10、0/庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律還有電荷守恒定律，它時(shí)刻都起作用。還有電荷守恒定律，它時(shí)刻都起作用。 iirireqEi204 LSlEqsE0dd0 內(nèi)內(nèi)93從受力從受力的角度的角度描述描述 電電 場(chǎng)場(chǎng)從功能從功能的角度的角度描述描述定定量量描描述述EqF 力力形形象象描描述述電場(chǎng)線電場(chǎng)線等勢(shì)面等勢(shì)面1）相互垂直）相互垂直2）電場(chǎng)線密）電場(chǎng)線密 等勢(shì)面也密等勢(shì)面也密Ee SeSEd二二. 基本物理量之間的關(guān)系：基本物理量之間的關(guān)系：VaEVAlEAVP dgr 0 d VA能能AqVPAE94三三. 求場(chǎng)強(qiáng)的方法：求場(chǎng)強(qiáng)的方法：VEsqsEqqrreEiiEEE 0d d204 .1微分法：內(nèi)高斯定理法：；，疊加法：求95。），（零點(diǎn)要同）；疊加法：；分段，積分也要分段）（場(chǎng)強(qiáng)積分法：求 0 4d d0 . 20)()(VqrqViVVElEAVViA96例：例：質(zhì)量為質(zhì)量為M的帶電質(zhì)點(diǎn)，開(kāi)始質(zhì)點(diǎn)做自由落體運(yùn)動(dòng)。的帶電質(zhì)點(diǎn)，開(kāi)始質(zhì)點(diǎn)做自由落體運(yùn)動(dòng)。若若M下落