11真空中的靜電場資料課件

第一篇電磁學(xué)

實驗基礎(chǔ)

庫侖定律電荷守恒定律場的疊加原理相對于觀察者靜止的點電荷系②有能量③對導(dǎo)體、電介質(zhì)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(zhì)性①存在力的作用

力

能量感應(yīng)極化相對于觀察者靜止的電荷連續(xù)分布帶電體如何分布如何分布第一章真空中的靜電場基本內(nèi)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(xué)家富蘭克林首先稱其為正電荷和負電荷一、兩種電荷帶電荷的物體叫帶電體

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(zhì)：電子從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體接觸起電的本質(zhì)：電荷的轉(zhuǎn)移，電子的轉(zhuǎn)移3.感應(yīng)起電：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，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(shù)和都是守恒的。感應(yīng)電量等值異號質(zhì)子和電子是自然界存在的最小正、負電荷，其數(shù)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(shù)倍------電荷量值不連續(xù)

電荷量子化：電荷量不連續(xù)的性質(zhì)三、電荷量子化

密里根油滴實驗（1911年）

電荷的相對論不變性：電荷量與運動狀態(tài)無關(guān)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。d1d22.庫侖定律:1785年法國科學(xué)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----單位矢量

庫侖定律：其中

實驗測得

k常用常量0

表示：

0=8.8510-12C2/Nm2----真空介電常量單位制有理化（1）矢量性：

的方向與電荷電性有關(guān)（2）適用范圍：①真空（或空氣）中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(yīng)用庫侖定律計算相互作用力（3）庫侖力是自然界的一種基本相互作用力，原子和分子結(jié)構(gòu)中，該靜電力遠比萬有引力大。由庫侖定律，電子與質(zhì)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(zhì)子之間的距離為5.310-11m，試計算電子和質(zhì)子之間的靜電力和萬有引力各為多大？已知引力常量G=6.710-11Nm2/kg2。

設(shè)空間中有n個點電荷q1、q2

、q3

、…、qn和點電荷q03.靜電力的疊加原理

實驗表明：q0受到的總靜電力等于其它各點電荷單獨存在時作用于q0上靜電力的矢量和-----靜電力的疊加原理即

討論：①點電荷系對點電荷q0的作用

矢量和（平行四邊形法則）②帶電體對點電荷q0

的作用Qdqq0?P

矢量積分

實驗基礎(chǔ)

庫侖定律電荷守恒定律場的疊加原理或點電荷系②有能量③對導(dǎo)體、電介質(zhì)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(zhì)性①存在力的作用

力

能量感應(yīng)極化或電荷連續(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一、電場歷史上的兩種觀點:

（1）“超距作用”的觀點；

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(xiàn):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(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)或極化現(xiàn)象（2）“近距作用”的觀點；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(zhì)二、電場強度實驗指出：電場中某固定點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不能反映固定點的電場性質(zhì)定義：電場強度（ElectricFieldIntensity）同一點F/q0的方向和大小與q0無關(guān)，只與場中P點的性質(zhì)有關(guān)（5）單位：牛頓/庫侖（N/C）或伏特/米（V/m）

場強

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）（2）在給定帶電體分布的電場中，某點的場強大小和方向與試驗電荷所帶電量無關(guān)，只是空間位置的函數(shù)（3）帶電體不同，電場分布不同，則其場強分布也不同；（4）若電場空間各點場強的大小和方向都相同，這種特殊的電場稱為“勻強電場”設(shè)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(chǎn)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、電場強度E的計算

1.點電荷的電場強度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?qū)ΨQ分布電場設(shè)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.點電荷系的電場強度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(biāo)系中標(biāo)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(chǎn)生的總場強為例：在電荷線分布的帶電體上任取一個電荷元

dq（線元），電荷元

dq可作點電荷，則在某點P處的場強為

根據(jù)電荷分布的情況，dq可表示為

實驗基礎(chǔ)

庫侖定律電荷守恒定律場的疊加原理或點電荷系②有能量③對導(dǎo)體、電介質(zhì)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(zhì)性①存在力的作用

力

能量感應(yīng)極化或電荷連續(xù)分布帶電體如何計算？如何計算？三條規(guī)律、兩個概念兩類計算、兩條定理[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(shè)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