大學(xué)物理11電荷庫(kù)侖定律

一、電荷1.電荷是物質(zhì)一種屬性電荷有兩類，正電荷、負(fù)電荷。2.電荷性質(zhì)同性相斥、異性相吸Chapter1

靜止電荷的電場(chǎng)我們今天要學(xué)的內(nèi)容

1.1電荷應(yīng)用:preview1.2庫(kù)侖定律1.3電場(chǎng)1.4靜止點(diǎn)電荷的電場(chǎng)電荷連續(xù)分布帶電體的電場(chǎng)1.1電荷

ElectricCharges3電量定義：帶電體所帶電荷的多少單位：庫(kù)侖C注：1）帶電體所帶電量通常用Q或q表示2）一個(gè)帶電體所帶總電量為其所帶正、負(fù)電量的代數(shù)和二、電荷守恒定律

電荷不能創(chuàng)造，也不會(huì)自行消失，只能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在整個(gè)過(guò)程中電荷的代數(shù)和守恒（或不變）。一個(gè)物體得到一些負(fù)電荷,同時(shí)一些其它物體得到等量的正電荷。2.

中性，沒(méi)有電荷顯示的物體包含著等量的正電荷和負(fù)電荷。存在一個(gè)基本單元，自然界中任何帶電體所帶電量都是這個(gè)基本單元的整數(shù)倍。e=1.6021910-19C三、電荷的量子化習(xí)慣上，電子電量為負(fù)的基本單元質(zhì)子電量為正的基本單元電荷的電量是與電荷的相對(duì)運(yùn)動(dòng)無(wú)關(guān)的：電荷是獨(dú)立于電荷本身的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的。四、電荷的相對(duì)論不變性1.2

Coulomb’sLaw

庫(kù)侖定律1773年發(fā)表有關(guān)材料強(qiáng)度的論文，所提出的計(jì)算物體上應(yīng)力和應(yīng)變分布情況的方法沿用到現(xiàn)在，是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。1777年開(kāi)始研究靜電和磁力問(wèn)題。當(dāng)時(shí)法國(guó)科學(xué)院懸賞征求改良航海指南針中的磁針問(wèn)題。庫(kù)侖認(rèn)為磁針支架在軸上，必然會(huì)帶來(lái)摩擦，提出用細(xì)頭發(fā)絲或絲線懸掛磁針。研究中發(fā)現(xiàn)線扭轉(zhuǎn)時(shí)的扭力和針轉(zhuǎn)過(guò)的角度成比例關(guān)系，從而可利用這種裝置測(cè)出靜電力和磁力的大小，這導(dǎo)致他發(fā)明扭秤。1779年對(duì)摩擦力進(jìn)行分析，提出有關(guān)潤(rùn)滑劑的科學(xué)理論。還設(shè)計(jì)出水下作業(yè)法，類似現(xiàn)代的沉箱。1785-1789年，用扭秤測(cè)量靜電力和磁力，導(dǎo)出著名的庫(kù)侖定律。

庫(kù)侖——法國(guó)工程師、物理學(xué)家。1736年6月14日生于法國(guó)昂古萊姆。1806年8月23日在巴黎逝世。

早年就讀于美西也爾工程學(xué)校。離開(kāi)學(xué)校后，進(jìn)入皇家軍事工程隊(duì)當(dāng)工程師。法國(guó)大革命時(shí)期，庫(kù)侖辭去一切職務(wù)，到布盧瓦致力于科學(xué)研究。法皇執(zhí)政統(tǒng)治期間，回到巴黎成為新建的研究院成員。§1.電荷、庫(kù)侖定律/五、庫(kù)侖定律靜電力1785年庫(kù)侖總結(jié)出兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用規(guī)律在慣性參考系中兩靜止電荷q1

對(duì)q2

的作用力§1.電荷、庫(kù)侖定律/五、庫(kù)侖定律

庫(kù)侖定律點(diǎn)電荷-理想模型:帶電體本身的線度<<到其它帶電體的距離該帶電體的形狀和電荷分布均無(wú)關(guān)緊要，此時(shí)，可將其看作一個(gè)帶電的點(diǎn)注：點(diǎn)電荷并非指帶電體所帶電量少，或其大小很小(1)力與r12的平方成反比,r12是兩個(gè)電荷之間的距離，方向沿著它們的連線方向;(2)力與q1

和q2兩個(gè)電荷的電量乘積成正比。(3)同性相斥，異性相吸。庫(kù)侖定律遵守牛頓第三定律庫(kù)侖常數(shù)：NOTE:真空介電常數(shù)：

電力疊加原理兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用力，并不因第三個(gè)點(diǎn)電荷的存在而有所改變，因此，多個(gè)點(diǎn)電荷對(duì)一個(gè)點(diǎn)電荷的作用力等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)對(duì)該點(diǎn)電荷的作用力的矢量和。第二節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度場(chǎng)疊加原理電場(chǎng):電荷q1電場(chǎng)E電荷q2產(chǎn)生作用于產(chǎn)生作用于靜電場(chǎng)

由靜止電荷產(chǎn)生的場(chǎng)。電場(chǎng)是電荷周圍存在的一種傳遞相互作用的特殊物質(zhì)。

在空間的某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E被定義為正的檢驗(yàn)電荷放在該點(diǎn)處所受到的電場(chǎng)力F除以檢驗(yàn)電荷q0的大小。2.電場(chǎng)(強(qiáng)度)矢量：?jiǎn)挝?N/C=V/m3.方向：正檢驗(yàn)電荷在該點(diǎn)的受力方向。描寫電場(chǎng)性質(zhì)的物理量。注意幾點(diǎn)1.電場(chǎng)強(qiáng)度與檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，只與場(chǎng)源電荷和場(chǎng)點(diǎn)位置有關(guān)。2.檢驗(yàn)電荷電量和線度要很小4.靜電場(chǎng)具有單值性。當(dāng)產(chǎn)生電場(chǎng)的電荷分布已知時(shí)，電場(chǎng)強(qiáng)度的分布就可以確定了3.E與F的方向一致1.4

靜止點(diǎn)電荷的電場(chǎng)及其疊加二、電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算1.點(diǎn)電荷Q的場(chǎng)強(qiáng)公式由庫(kù)侖定律有首先，將試驗(yàn)點(diǎn)電荷q放置場(chǎng)點(diǎn)P處1)

球?qū)ΨQ由場(chǎng)強(qiáng)定義討論2)場(chǎng)強(qiáng)方向：正電荷受力方向Q·r×2.場(chǎng)強(qiáng)疊加原理1）如果帶電體由n

個(gè)點(diǎn)電荷組成，如圖根據(jù)電力疊加原理和場(chǎng)強(qiáng)定義由電力疊加原理由場(chǎng)強(qiáng)定義整理后得2）如果帶電體電荷連續(xù)分布，如圖

把帶電體看作是由許多個(gè)電荷元組成，然后利用場(chǎng)強(qiáng)疊加原理求解。體電荷密度面電荷密度線電荷密度電荷密度rP三、解題思路及應(yīng)用舉例1.建立坐標(biāo)系2.確定電荷密度:4.確定電荷元的場(chǎng)5.求場(chǎng)強(qiáng)分量Ex、Ey求總場(chǎng)體dq=dV

3.求電荷元電量：體

,面,線面dq=dS線dq=dl例題1求均勻帶電細(xì)棒中垂線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。

設(shè)棒長(zhǎng)為l,帶電量q

，電荷線密度為解：由對(duì)稱性可知，中垂面上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)只有x方向的分量，在z

和y方向無(wú)分量。利用公式：1.無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電細(xì)棒的場(chǎng)強(qiáng)方向垂直于細(xì)棒。2.相當(dāng)于點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)。正負(fù)決定場(chǎng)強(qiáng)方向的正負(fù)。討論解：由對(duì)稱性可知，P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)只有x分量例題2均勻帶電圓環(huán)中心軸線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。設(shè)圓環(huán)帶電量為，半徑為討論：當(dāng)場(chǎng)點(diǎn)距圓環(huán)的距離遠(yuǎn)大于環(huán)的半徑時(shí)，方向在x

軸上，正負(fù)由的正負(fù)決定。說(shuō)明遠(yuǎn)離環(huán)心的場(chǎng)強(qiáng)相當(dāng)于點(diǎn)電荷的場(chǎng)。環(huán)心：例3:均勻帶電薄圓盤的電場(chǎng)：半徑為R

電荷面密度。問(wèn)圓盤沿軸方向上的電場(chǎng),從圓心起取x

方向.利用帶電量為Q，半徑為R的均勻帶電圓環(huán)在其軸線上任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)公式