真空中靜電場(5)課件

1、關(guān)于真空中的靜電場 (5)第一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月真空中的靜電場靜電場：相對于觀察者靜止的電荷所產(chǎn)生的電場第九章第二張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月9-1電荷.庫侖定律1.自然界只存在兩種電荷，同種電荷相排斥，異種電荷相吸引2.美國物理學(xué)家富蘭克林（Franklin )首先稱其為正電荷和負(fù)電荷一.兩種電荷(electric charge)第三張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 3.帶電的物體叫帶電體4.質(zhì)子和電子是自然界存在的最小正、負(fù)電荷，其數(shù)值相等，常用+e和-e表示1986年 e 的推薦值為C(庫侖)為電量的單位第四張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于20

2、22年6月 二.電荷量子化1.實(shí)驗(yàn)表明:任何帶電體或其它微觀粒子所帶的電量都是 e 的整數(shù)倍2.電荷量子化：電荷量不連續(xù)的性質(zhì)Q =Ne-物體所帶電荷量量值不連續(xù)第五張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 摩擦起電摩擦起電的本質(zhì)：電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體三.電荷守恒定律(law of electric charge conservation)常見的兩種起電方式：第六張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 感應(yīng)起電：感應(yīng)電量等值異號第七張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 電荷守恒定律：電荷只能從一物體轉(zhuǎn)移到另一物體，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分，但電荷既不能被創(chuàng)造，也不能

3、被消滅.四.庫侖定律(Coulomb law)1.點(diǎn)電荷：可以忽略形狀和大小以及電荷分布情況的帶電體 第八張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月2.庫侖定律： 1785年庫侖(Coulomb 法)通過扭秤實(shí)驗(yàn)得到兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間相互作用的基本規(guī)律：或其中-單位矢量第九張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3.實(shí)驗(yàn)測得 4.k常用常數(shù) 0 表示：其中 0=8.8510-12 C2/Nm2-真空介電常量第十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月說明: 對于不能抽象為點(diǎn)電荷的帶電體，不能直接應(yīng)用庫侖定律計(jì)算相互作用力 庫侖定律表達(dá)式中引入“4”因子，稱為單位制的有理化，這可使以后的推導(dǎo)

4、結(jié)果簡單些第十一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 例1氫原子中電子與質(zhì)子之間的距離為 5.310-11m，試計(jì)算電子和質(zhì)子之間的靜電力和萬有引力各為多大？已知萬有引力常數(shù)G=6.710-11 Nm2/kg 2 由庫侖定律，電子與質(zhì)子之間的靜電力大小為解:第十二張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 由萬有引力定律有-可不考慮 Fg第十三張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 五.靜電力疊加原理 設(shè)空間中有n個(gè)點(diǎn)電荷q1、q2 、q3 qn-靜電力疊加原理實(shí)驗(yàn)表明，qi受到的總靜電力等于其它各點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)作用于qi上靜電力的矢量和，即第十四張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于202

5、2年6月一.電場(electric field) 歷史上的兩種觀點(diǎn):超距的觀點(diǎn):電荷 電荷 電場的觀點(diǎn): 電荷 場 電荷近代物理的觀點(diǎn)認(rèn)為：凡是有電荷存在的地方，其周圍空間便存在電場9-2 電場 電場強(qiáng)度第十五張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月靜電場(electrostatic field)的主要表現(xiàn):1 力：放入電場中的任何帶電體都要受到電場所作用的力-電場力2 功：帶電體在電場中移動時(shí)，電場力對它作功3 感應(yīng)和極化：電場中的導(dǎo)體或介質(zhì)將分別產(chǎn)生靜電感應(yīng)現(xiàn)象或極化現(xiàn)象第十六張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月二.電場強(qiáng)度(electric field entensity)1 試

6、探電荷：滿足A.線度充分?。涸囂诫姾煽梢暈辄c(diǎn)電荷, 以便能夠確定場中每一點(diǎn)的性質(zhì)B.帶電量充分小：可忽略其對原有電場分布的影響第十七張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 2.實(shí)驗(yàn)：將同一試探電荷 q0 放入電場的不同地點(diǎn)： q0 所受電場力大小和方向逐點(diǎn)不同 電場中某點(diǎn)P處放置不同電量的試探電荷: 所受電場力方向不變，大小成比例地變化-電場力不能反映某點(diǎn)的電場性質(zhì)第十八張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月3.定義：電場強(qiáng)度 單位：牛頓/庫侖(N/C)或伏特/米(V/m)三.場強(qiáng)疊加原理 設(shè)空間有點(diǎn)電荷q1、q2 、q3 qnP點(diǎn)處的試探電荷 q0 所受電場力為第十九張，PPT共四十

7、五頁，創(chuàng)作于2022年6月 P點(diǎn)的場強(qiáng)為 場強(qiáng)疊加原理：電場中任一點(diǎn)處的場強(qiáng)等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)各自產(chǎn)生的場強(qiáng)的矢量和第二十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月四.場強(qiáng)的計(jì)算1.點(diǎn)電荷的場強(qiáng) P點(diǎn)的試探電荷q0所受的電場力為由場強(qiáng)的定義可得P點(diǎn)的場強(qiáng)為-點(diǎn)電荷的場強(qiáng)第二十一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 討論： 的大小與 q 成正比，而與 r2成反比 的方向取決于 q 的符號 q0 的方向沿 的方向(背向q) ql 時(shí)有方向沿x方向第二十七張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月或與電矩的方向一致(2)設(shè)電偶極子中垂線上任一點(diǎn)B到 O點(diǎn)的距離為 r則第二十八張，P

8、PT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 在 y 方向上， 和 的分量相互抵消第二十九張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月當(dāng) rl 時(shí)方向沿x負(fù)方向即與電矩的方向相反第三十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 在帶電體上任取一個(gè)電荷元 dq，dq在某點(diǎn)P處的場強(qiáng)為3.連續(xù)分布電荷的場強(qiáng)整個(gè)帶電體在P點(diǎn)產(chǎn)生的總場強(qiáng)為第三十一張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 根據(jù)電荷分布的情況，dq 可表示為 在直角坐標(biāo)系中第三十二張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 例3設(shè)有一長為L的均勻帶電q的直線，求直線中垂線上一點(diǎn)的場強(qiáng)解：建立如圖坐標(biāo)系，O為直線中點(diǎn)，P為直線中垂線上任一點(diǎn)任取一

9、長為dy的電荷元dq第三十三張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月即第三十四張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月第三十五張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 當(dāng)xL時(shí)，即在遠(yuǎn)離帶電直線的區(qū)域即帶電直線可看作點(diǎn)電荷q第三十六張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 例4一半徑為R、均勻帶電為q的細(xì)圓環(huán)，求(1)軸線上某一點(diǎn)P的場強(qiáng)；(2)軸線上哪一點(diǎn)處的場強(qiáng)極大？并求其大小解：以圓環(huán)圓心O為原點(diǎn)建立如圖坐標(biāo)系在圓環(huán)上任取一線元dl則第三十七張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月由對稱性有第三十八張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月為定值且-可看作集中在環(huán)心的點(diǎn)電荷討論： 當(dāng)xR時(shí)，有第三十九張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月 x =0時(shí) E的極值位置令可得第四十張，PPT共四十五頁，創(chuàng)作于2022年6月例5一半徑為R的均勻帶電薄圓盤，電荷面密度為, 求圓盤軸線任一點(diǎn)的場強(qiáng)解：可將帶電圓盤看成是由許多同心帶電細(xì)圓環(huán)組成的在圓盤上取一半徑為r，寬度為dr 細(xì)圓環(huán)則第四十一張，