物理-真空中靜電場1.doc資料

1、物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物理-真空中靜電場1.12-112-1電荷電荷物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版一一 電荷電荷1 電荷電荷 摩擦起電摩擦起電兩種不同材質(zhì)的物體互相兩種不同材質(zhì)的物體互相摩擦后，能吸引輕微物體。摩擦后，能吸引輕微物體。這表明兩種物體經(jīng)摩擦后，這表明兩種物體經(jīng)摩擦后，處于一種處于一種特殊狀態(tài)特殊狀態(tài)，處于，處于這種狀態(tài)的物體稱為帶電這種狀態(tài)的物體稱為帶電體，它們分別帶有電荷。體，它們分別帶有電荷。注意：電荷不是物質(zhì)而是物體的屬性。注意：電荷不是物質(zhì)而是物體的屬性。摩擦起電摩擦起電12-112-1電荷電荷物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版2 種類種類:正電荷，負電荷正電荷，負電荷+-3 電性力電

2、性力:同種相斥，異種相吸同種相斥，異種相吸帶同號電荷的物體互相排斥，帶異號電帶同號電荷的物體互相排斥，帶異號電荷的物體互相吸引，這種相互作用稱為荷的物體互相吸引，這種相互作用稱為電性力。電性力。12-112-1電荷電荷物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版5 電荷的量子化電荷的量子化: :庫侖庫侖（C）4 電量電量:C10602. 119e)321(,nneq描述物體所帶電荷多寡的物理量稱為電描述物體所帶電荷多寡的物理量稱為電荷量，用符號荷量，用符號q或或Q表示。表示。12-112-1電荷電荷物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版宏觀上宏觀上: :大量基本單元的集合大量基本單元的集合, ,呈連續(xù)分布呈連續(xù)分布. .闡明微

3、觀本質(zhì)時，常需要從電荷的量子性闡明微觀本質(zhì)時，常需要從電荷的量子性出發(fā)出發(fā). .電荷量只能取分立的、不連續(xù)量值的性質(zhì)，電荷量只能取分立的、不連續(xù)量值的性質(zhì)，稱為電荷的量子化。稱為電荷的量子化。量子化是微觀世界的一個基本性質(zhì)，在微量子化是微觀世界的一個基本性質(zhì)，在微觀世界中，能量、角動量等也是量子化的。觀世界中，能量、角動量等也是量子化的。12-112-1電荷電荷物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版6 原子的微觀結(jié)構(gòu)原子的微觀結(jié)構(gòu): :宏觀物體由分子、原子組成，宏觀物體由分子、原子組成，原子都由一個帶正電的原子核和原子都由一個帶正電的原子核和一定數(shù)目的電子所組成，一定數(shù)目的電子所組成，原子核又由帶正電的質(zhì)子

4、和不帶原子核又由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子組成。電的中子組成。 12-112-1電荷電荷物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版帶正電的原子帶正電的原子帶負電的原子帶負電的原子中性原子中性原子(a) (a) 電子質(zhì)量非常小，根據(jù)其得失，原子呈現(xiàn)電性電子質(zhì)量非常小，根據(jù)其得失，原子呈現(xiàn)電性. .(b)(b) 原子若得到電子便帶負電，失去原子若得到電子便帶負電，失去電子便帶正電電子便帶正電.12-112-1電荷電荷物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版1913年密立根油滴實驗測得年密立根油滴實驗測得電荷具有量子性，任何帶電體的電荷只能電荷具有量子性，任何帶電體的電荷只能是某一基本單位的整數(shù)倍，這個基本單位是某一基本單位的整數(shù)倍

5、，這個基本單位就是電子電量絕對值就是電子電量絕對值e e。摩擦起電摩擦起電，實際上是通過作功實現(xiàn)電荷的，實際上是通過作功實現(xiàn)電荷的分離、轉(zhuǎn)移，從而使物體處于帶電狀態(tài)。分離、轉(zhuǎn)移，從而使物體處于帶電狀態(tài)。 12-112-1電荷電荷物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版二二 電荷守恒定律電荷守恒定律 不管系統(tǒng)中的電荷如何遷移，系統(tǒng)的不管系統(tǒng)中的電荷如何遷移，系統(tǒng)的電荷的代數(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）問題：電荷能否產(chǎn)生和消失？問題：電荷能否產(chǎn)生和消失？如：高能光子如：高能光子在重荷附近可以轉(zhuǎn)在重荷附近可以轉(zhuǎn)化為電子偶，電子化為電子偶，電子偶也能湮沒為光

6、子。偶也能湮沒為光子。光光子子12-212-2庫侖定律庫侖定律物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版庫侖庫侖 (C.A.Coulomb 1736 1806） 法國物理學(xué)家，法國物理學(xué)家，17851785年通過年通過扭秤實驗扭秤實驗創(chuàng)立創(chuàng)立庫庫侖定律侖定律, , 使電磁學(xué)的研使電磁學(xué)的研究從定性進入定量階段究從定性進入定量階段. . 電荷的單位庫侖以他的電荷的單位庫侖以他的姓氏命名姓氏命名. .12-212-2庫侖定律庫侖定律物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版一一 點電荷的概念點電荷的概念影響帶電體之間影響帶電體之間的相互作用的因素相互作用的因素 帶電體的間距帶電體的間距 電荷電量電荷電量 帶電體大小、形狀及電荷在帶電

7、體上的分布帶電體大小、形狀及電荷在帶電體上的分布。當帶電體本身的幾何線度遠比帶電體間的當帶電體本身的幾何線度遠比帶電體間的距離小得多時，在測量的精密范圍內(nèi)，帶距離小得多時，在測量的精密范圍內(nèi)，帶電體的形狀與其上的電荷分布對作用力沒電體的形狀與其上的電荷分布對作用力沒有影響，此時可以引入點電荷的概念。有影響，此時可以引入點電荷的概念。12-212-2庫侖定律庫侖定律物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版當帶電體的大小和帶電體間的距離相比很當帶電體的大小和帶電體間的距離相比很小時，可將其視為點電荷。小時，可將其視為點電荷。點電荷點電荷簡化為點電荷的條件簡化為點電荷的條件: :Q1rddrr的解，得的解，得12-

8、212-2庫侖定律庫侖定律物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版若改為若改為QA=+4Q，QB=Q，均固定，他們相距均固定，他們相距r r，若一，若一電荷電荷q q放于何處才能平衡？放于何處才能平衡？rx4Q -Q解：解：要求第三個點電荷所受的合力為零，只要求第三個點電荷所受的合力為零，只可能放在兩個電荷的右側(cè)，設(shè)它距可能放在兩個電荷的右側(cè)，設(shè)它距B為為x2020444)(xrQqxQqrx 12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版近近代代物物理理證證明明，這這兩兩者者都都是是錯錯誤誤的的。 一、電性力作用機制一、電性力作用機制歷史上曾經(jīng)有兩種觀點。歷史上曾經(jīng)有兩種觀點。一種觀點認為電荷之間

9、的相互作用力是通一種觀點認為電荷之間的相互作用力是通過充滿在空間的彈性媒體過充滿在空間的彈性媒體“以太以太”來實現(xiàn)來實現(xiàn)力的傳遞的，這種觀點叫做力的傳遞的，這種觀點叫做“近距作用近距作用”；另一種觀點則認為它們不需要任何媒體，另一種觀點則認為它們不需要任何媒體，也不需要時間，能夠由一個物體立即作也不需要時間，能夠由一個物體立即作用到另一個物體上，這種觀點叫做用到另一個物體上，這種觀點叫做“超超距作用距作用”。12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版電磁力的傳遞需要時間，同時，所謂的電磁力的傳遞需要時間，同時，所謂的“以太以太”也是不存在的。其相互作用是通也是不存在的。其相互作用

10、是通過特殊物質(zhì)場來實現(xiàn)的。過特殊物質(zhì)場來實現(xiàn)的。電電 場場電電 荷荷1電電 荷荷2產(chǎn)生產(chǎn)生作用作用作用作用產(chǎn)生產(chǎn)生任何電荷都在其周圍空間激發(fā)電場，而電任何電荷都在其周圍空間激發(fā)電場，而電場的基本特征是對處在其中的任何電荷都場的基本特征是對處在其中的任何電荷都有作用力。有作用力。二二 電場電場12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版電場對外表現(xiàn)電場對外表現(xiàn):(1) 電場中的任何帶電體都有將受到電場所電場中的任何帶電體都有將受到電場所作用的力作用的力;電場能使電場中的導(dǎo)體產(chǎn)生靜電電場能使電場中的導(dǎo)體產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象感應(yīng)現(xiàn)象,使電場中的電介質(zhì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象使電場中的電介質(zhì)產(chǎn)生極化現(xiàn)象;

11、(2) 當帶電體在電場中移動時當帶電體在電場中移動時,電場所作用的電場所作用的力將對帶電體作功力將對帶電體作功,這表示電場具有能量。這表示電場具有能量。 理論和大量實驗證明場的觀點是正確的。理論和大量實驗證明場的觀點是正確的。12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版物物 質(zhì)質(zhì)實物實物場場電磁場是物質(zhì)存在的一種形態(tài)電磁場是物質(zhì)存在的一種形態(tài),它分布在它分布在一定范圍的空間里一定范圍的空間里,并和一切物質(zhì)一樣并和一切物質(zhì)一樣,具具有能量、動量、質(zhì)量等屬性。有能量、動量、質(zhì)量等屬性。靜電場靜電場: 靜止電荷周圍存在的電場靜止電荷周圍存在的電場電場力：電場對處在其中的其他電荷的作用力電

12、場力：電場對處在其中的其他電荷的作用力靜電力：靜電場對電荷的作用力靜電力：靜電場對電荷的作用力12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版 電場強度電場強度為了測定空間電場的存在和性質(zhì)，可以在為了測定空間電場的存在和性質(zhì)，可以在空間引入一個電荷，根據(jù)該電荷的受力大空間引入一個電荷，根據(jù)該電荷的受力大小和方向來判定電場的存在和性質(zhì)。小和方向來判定電場的存在和性質(zhì)。1 試驗電荷試驗電荷 點電荷點電荷 以便能精確定位某點的電場以便能精確定位某點的電場 電荷足夠小電荷足夠小 不對原電場產(chǎn)生顯著的影響不對原電場產(chǎn)生顯著的影響12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版2 電場強度

13、電場強度Q 場源電荷場源電荷F試驗電荷試驗電荷0q激發(fā)電場的電荷叫做激發(fā)電場的電荷叫做場源電荷。場源電荷。Q所在位所在位置置源點源點試探電荷放在不同電場空間，它的受力大小試探電荷放在不同電場空間，它的受力大小和方向不同，如圖所示。同一位置放置不同和方向不同，如圖所示。同一位置放置不同的試探電荷時，它們的受力大小不同。的試探電荷時，它們的受力大小不同。0qFE12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版 單位單位: :11mVCN, 和和試試驗電荷無關(guān)驗電荷無關(guān) 0qFE 電荷電荷q受電場力受電場力: : EqF 定義定義: : 單位正試驗電荷所受的電場力單位正試驗電荷所受的電場力Q

14、 場源電荷場源電荷F試驗電荷試驗電荷0q12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版),(zyxEE 場強是空間的點函數(shù)，大小方向隨位置而變場強是空間的點函數(shù)，大小方向隨位置而變（矢量場）。（矢量場）。如空間各點的場強大小和方向都相同，這如空間各點的場強大小和方向都相同，這種場稱為均勻場，否則稱為非均勻場。種場稱為均勻場，否則稱為非均勻場。12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版四四 點電荷電場強度點電荷電場強度12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版rooerqqF241 rooerqqFE241/ 點電荷場強公式點電荷場強公式重要！重要！12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版q E負點電荷產(chǎn)生的場是以負點電荷產(chǎn)生的場是以點電荷為中心成輻射狀點電荷為中心成輻射狀指向點電荷的場。指向點電荷的場。E-12-312-3電場強度電場強度物理學(xué)物理學(xué)第五版第五版練習練習 兩個點電荷兩個點電荷QA=+4Q，QB=Q，均固定，他們相距，均固定，他們相距r r，若