真空中靜電場

真空中靜電場第四篇電磁學基本內容真空中的靜電場靜電場中的導體和電介質穩(wěn)恒電流的磁場電磁感應和電磁場實驗基礎

庫侖定律電荷守恒定律場的疊加原理點電荷系②有能量③對導體、電介質作用電場強度E高斯定理電勢靜電場是保守力場電勢能Wa環(huán)路定理靜電場

場源電荷（靜電荷）

相對于觀察者靜止的點電荷物質性①存在力的作用力能量感應極化電荷連續(xù)分布帶電體第一章真空中的靜電場基本內容1.電荷庫侖定律2.電場電場強度電場線電通量高斯定理3.靜電場力的功環(huán)路定理電勢三條規(guī)律、兩個概念兩類計算、兩條定理第一章真空中的靜電場§1電荷及其相互作用自然界只存在兩種電荷，同種電荷相排斥，異種電荷相吸引美國物理學家富蘭克林首先稱其為正電荷和負電荷一、兩種電荷帶電的物體叫帶電體規(guī)定:用絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電荷；用毛皮摩擦過的橡膠棒帶負電荷。1.摩擦起電二、物體帶電的方法和電荷守恒定律使物體帶電的方法有以下幾種2.接觸起電++AB++AB++AB摩擦起電的本質：電子從一個物體轉移到另一個物體接觸起電的本質：電荷的轉移，電子的轉移3.感應起電：電荷守恒定律：電荷只能從一物體轉移到另一物體，或從物體的一部分轉移到另一部分，電荷既不能被創(chuàng)造，也不能被消滅，即在任何物理過程中，電荷的代數和都是守恒的。感應電量等值異號質子和電子是自然界存在的最小正、負電荷，其數值相等，常用+e和-e表示

e的值為C（庫侖）：電量的單位實驗表明：任何帶電體或微觀粒子所帶電量都是e的整數倍----電荷量值不連續(xù)電荷量子化：電荷量不連續(xù)的性質三、電荷量子化密里根油滴實驗（1913）r四、電荷相互作用——庫侖定律（Coulomb’sLaw)如果二個帶電體本身的線度與二者之間的距離相比，可忽略不計，即d<<r，就稱為帶電體為點電荷，它是一種理想模型。1.點電荷：——理想模型

可以忽略形狀和大小以及電荷分布情況的帶電體，看作一個帶有電荷的點——點電荷。d1d2----單位矢量2.庫侖定律:1785年法國科學家?guī)靵鐾ㄟ^扭秤實驗得到兩個靜止點電荷之間相互作用的基本規(guī)律其中實驗測得

k常用常量0

表示：

0=8.8510-12C2/Nm2----真空介電常量（1）矢量性：的方向與電荷電性有關（2）適用范圍：①真空②點電荷庫侖定律討論：對于不能抽象為點電荷的帶電體，不能直接應用庫侖定律計算相互作用力設空間中有n個點電荷q1、q2、q3…qn-----靜電力疊加原理實驗表明，qi受到的總靜電力等于其它各點電荷單獨存在時作用于qi上靜電力的矢量和即（3）靜電力疊加原理①點電荷系------矢量和（平行四邊形法則）②帶電體------矢量積分PQdqq0?P由庫侖定律，電子與質子之間的靜電力大小為解:由萬有引力定律有----可不考慮引力的作用Fg[例1]氫原子中電子與質子之間的距離為5.310-11m，試計算電子和質子之間的靜電力和萬有引力各為多大？已知引力常數G=6.710-11Nm2/kg2。實驗基礎

庫侖定律電荷守恒定律場的疊加原理點電荷系②有能量③對導體、電介質作用電場強度E高斯定理電勢靜電場是保守力場電勢能Wa環(huán)路定理靜電場

場源電荷（靜電荷）

相對于觀察者靜止的點電荷物質性①存在力的作用力能量感應極化電荷連續(xù)分布帶電體三條規(guī)律、兩個概念兩類計算、兩條定理真空中的靜電場超距的觀點:電荷電荷一、電場

歷史上的兩種觀點:

電場的觀點:電荷電場電荷近代物理的觀點認為：凡是有電荷存在的地方，其周圍空間便存在電場§2電場

電場強度靜電場的主要表現:力：放入電場中的任何帶電體都要受到電場所作用的力----電場力功：帶電體在電場中移動時，電場力對它作功感應和極化：電場中的導體或介質將分別產生靜電感應或極化現象將同一試探電荷q0

放入電場的不同地點：帶電量充分?。嚎珊雎云鋵υ须妶龇植嫉挠绊憅0

所受電場力大小和方向逐點不同對試探電荷的要求是：線度充分?。涸囂诫姾煽梢暈辄c電荷,以便能夠確定場中每一點的性質二、電場強度實驗指出：電場中某點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F不能反映某點的電場性質定義：電場強度同一點F/q0的方向和大小與q0無關，只與場中P點的性質有關單位：牛頓/庫侖（N/C）或伏特/米（V/m）

電場強度（ElectricFieldIntensity）定義：電場中某點的電場強度等于位于該點的單位正電荷所受的電場力。注意：①矢量性（大小和方向）但在給定電荷分布的電場中，某點的場強大小和方向與試驗電荷所帶電量無關②試探電荷在電場中所受的電場力的方向與試探電荷所帶電量的正負有關設空間有點電荷q1、q2

、q3…qnP點處的試探電荷q0

所受電場力為場強疊加原理：在多個電荷源激發(fā)的電場中，任一點處的場強等于每個電荷源單獨存在時在該點各自產生的場強的矢量和三、電場強度的疊加原理

q1????q2

qnP?q0P點的場強：四、場強的計算1.點電荷的場強P點的試探電荷q0所受的電場力為由場強的定義可得P點的場強為----點電荷的場強討論：1.的大小與q成正比，而與r2成反比2.的方向取決于q的符號q>0：的方向沿的方向(背向q)

q<0：的方向與的方向相反(指向q)點電荷的電場是輻射狀球對稱分布電場設空間電場由點電荷q1、q2、…qn激發(fā)則各點電荷在P點激發(fā)的場強分別為:P點的總場強為

----點電荷系的場強Pq1qi2.點電荷系的場強3.任意連續(xù)帶電體的電場強度實際遇到的帶電體，其電荷分布在線、面、體上，不能再把它看作點電荷；注意：此式為矢量式，其在直角坐標系中標量分量式為:則：計算帶電體在空間所激發(fā)的電場的場強的方法是：可把連續(xù)帶電體分成許多電荷元dq，若每個電荷元dq在空間P點處的場強為dE，則帶電體在空間P點處的場強為整個帶電體在P點產生的總場強為例：若電荷元

dq可作點電荷，在帶電體上任取一個電荷元

dq，則在某點P處的場強為根據電荷分布的情況，dq

可表示為[例1]如圖，一對等量異號電荷+q和-q，其間距離為l且很近，這樣的電荷系稱為電偶極子。定義為電偶極矩，簡稱電矩，的方向由-q指向+q。求(1)兩電荷延長線上任一點A的電場強度；(2)兩電荷連線中垂線上任一點B的電場強度。解:(1)設兩電荷延長線上任一點A到電偶極子中點O的距離為r

+q和-q在A點處的場強大小分別為