大學(xué)物理-靜電場(chǎng)01

大學(xué)物理電子教案由繼國(guó)1電磁現(xiàn)象的早期認(rèn)識(shí)1.中國(guó)西周(公元前1100-公元前771)青銅銘文就記載有“電”字和“雷”字。先秦:“陰陽(yáng)相薄，感而為雷，激而為霆。霆，電也?！惫湃藢⒋攀Q(chēng)為慈石來(lái)形容磁石“以為母也，故能引其子”的功能。2.英國(guó)人吉爾伯特（1544-1623）——論磁曾為英國(guó)伊麗莎白一世的御醫(yī)，1600年發(fā)表《論磁石》，總結(jié)了前人的經(jīng)驗(yàn)，記載了大量實(shí)驗(yàn)。3.1663年，蓋里克發(fā)明摩擦起電機(jī)。4.1720年，格雷研究了電的傳導(dǎo)現(xiàn)象。5.1733年，杜非分別了兩種電：松脂電和玻璃電。6.1745年，荷蘭人馬森布洛克發(fā)現(xiàn)了萊頓瓶，為貯存電荷找到了一個(gè)方法。2富蘭克林對(duì)雷電現(xiàn)象的研究1.富蘭克林(1706-1790):美國(guó)人在全家17個(gè)孩子中排行15，其父是小手工業(yè)者，家境貧困。他在10歲時(shí)綴學(xué)，12歲當(dāng)印刷所學(xué)徒，閱讀了許多書(shū)籍，后來(lái)成為科學(xué)家和政治家。自己寫(xiě)的墓志銘:“印刷工富蘭克林”。從蒼天那里取得了雷電，從暴君那里取得了民權(quán)?！艩柛瘢ǚǎ?2.費(fèi)城實(shí)驗(yàn)富蘭克林40歲時(shí)，觀看了電學(xué)實(shí)驗(yàn)，從而對(duì)電有了興趣。其中有一個(gè)想法，天上的電和地電是統(tǒng)一的嗎?1752年7月，一個(gè)電閃雷鳴的上午，他將一個(gè)風(fēng)箏放到空中，風(fēng)箏下有一根鐵絲，鐵絲下栓一根麻繩，麻繩的下一端拴絲線，繩線接觸處栓了一把鑰匙。銅鑰匙可以給萊頓瓶充電，與摩擦電性質(zhì)完全相同。4現(xiàn)象:麻繩上的纖維向四周自立，猶如“怒發(fā)沖冠”富蘭克林的工作，揭開(kāi)了雷電的奧秘，統(tǒng)一了“天電”和“地電”，震驚了科學(xué)界。5小插曲：為了驗(yàn)證“地電”與“天電”的相同處，富蘭克林想到雷可以擊死動(dòng)物，于是他就實(shí)驗(yàn)用“地電”去擊殺火雞，結(jié)果被電打昏了。蘇醒后，卻不介意地說(shuō)：“我本想用電殺死一只火雞，結(jié)果差點(diǎn)電死了一個(gè)傻瓜?！比欢L(fēng)險(xiǎn)是的確存在的。1753年，俄國(guó)的里赫曼在做大氣電實(shí)驗(yàn)時(shí)不幸中電身亡，為科學(xué)獻(xiàn)身。63.發(fā)明避雷針:富蘭克林并不滿(mǎn)足，將他的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化為了新的發(fā)明。避雷針誕生了。4.科學(xué)興趣廣泛命名了正電，負(fù)電，發(fā)現(xiàn)了電荷守恒定律，研究了火爐的改良，植物的移植，傳染病的防治。寫(xiě)出了《電學(xué)的實(shí)驗(yàn)和研究》的著作。5.富蘭克林是獨(dú)立宣言和美國(guó)憲法的起草人之一，為祖國(guó)的獨(dú)立和解放作出了貢獻(xiàn)的政治活動(dòng)家。71733年，杜菲(1698—1739)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)區(qū)分出兩種電荷，他分別稱(chēng)之為松脂電（即負(fù)電）和玻璃電（即正電），并由此總結(jié)出靜電作用的基本特性：同性相斥，異性相吸。萊頓瓶的發(fā)明使電現(xiàn)象得到更深入的研究，這是克萊斯特(1700—1748)和馬森布洛克(1692—1761)在(1745—1746)年分別獨(dú)立作出的。富蘭克林(1706—1790)進(jìn)一步對(duì)放電現(xiàn)象進(jìn)行研究。他發(fā)現(xiàn)了尖端放電，發(fā)明了避雷針，研究了雷電現(xiàn)象，從萊頓瓶的研究中，提出了電荷守恒原理。1747年富蘭克林用電流體假說(shuō)闡述了這一思想。接下來(lái)是康頓在1754年用電流體假說(shuō)解釋了靜電感應(yīng)現(xiàn)象。至此，靜電學(xué)三條基本原理：靜電力基本特性、電荷守恒和靜電感應(yīng)原理都已經(jīng)建立，對(duì)電的認(rèn)識(shí)有了初步的成果。然而，如果不建立定量的規(guī)律，電的知識(shí)還不能形成一門(mén)嚴(yán)密的科學(xué)。8

電荷1.電荷是一種物質(zhì)屬性電荷有兩類(lèi)，正電荷、負(fù)電荷。2.電荷性質(zhì)同性相斥、異性相吸。

起電方法電荷從一個(gè)物體，轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。1.摩擦起電2.感應(yīng)起電電荷在一個(gè)物體上移動(dòng)。3.原子核反應(yīng)92、電荷守恒定律電絕緣系統(tǒng)中，電荷的代數(shù)和保持常量。

+-電子對(duì)湮滅

+-電子對(duì)產(chǎn)生3、電荷相對(duì)論不變性+++電荷為Q電荷為Q10一、電場(chǎng)

1.兩種觀點(diǎn)(1)超距作用(2)法拉第新觀點(diǎn)電荷q1電荷q2電荷q1電場(chǎng)（2）（1）電荷q2相對(duì)于觀察者靜止的電荷所激發(fā)的電場(chǎng)靜電場(chǎng)（3）電場(chǎng)對(duì)引入電場(chǎng)中的導(dǎo)體、電介質(zhì)分別產(chǎn)生靜電感應(yīng)和極化現(xiàn)象。2.靜電場(chǎng)的性質(zhì)（1）電場(chǎng)對(duì)引入電場(chǎng)中的帶電體有電場(chǎng)力的作用。（2）電場(chǎng)力對(duì)移動(dòng)的帶電體作功，說(shuō)明電場(chǎng)具有能量。任何電荷都在自已周?chē)目臻g激發(fā)電場(chǎng)第一節(jié)電場(chǎng)強(qiáng)度11二、庫(kù)侖定律

1785年庫(kù)侖總結(jié)出兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的作用規(guī)律。121.點(diǎn)電荷帶電體本身的幾何線度比起它到其它帶電體的距離小的多。2.庫(kù)侖定律k的取值國(guó)際單位制有理化單位制真空介電常數(shù)13兩個(gè)以上的點(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)該電荷的作用力的矢量和。3.電力迭加原理

(1)q0的電量足夠小，以致把

q0放入電場(chǎng)后，在實(shí)驗(yàn)精度內(nèi)，不會(huì)影響原有電場(chǎng)的分布。

三、電場(chǎng)強(qiáng)度（場(chǎng)強(qiáng)）1.試驗(yàn)電荷（q0>0）(2)q0的線度足夠小，以致可以視為點(diǎn)電荷。142.場(chǎng)強(qiáng)的定義式大?。悍较颍赫姾墒芰Ψ较?/p>

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)。3.電場(chǎng)力計(jì)算公式（1）點(diǎn)電荷：（2）任意帶電體：15四、點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)分布公式方向呈放射線狀方向呈匯聚線狀大小：方向：五、場(chǎng)強(qiáng)迭加原理電場(chǎng)中任一點(diǎn)的總場(chǎng)強(qiáng)等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生場(chǎng)強(qiáng)的矢量和。16六、場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算——分割帶電體直接積分法基本知識(shí)點(diǎn)：點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式與場(chǎng)強(qiáng)迭加原理

（1）將帶電體分割成無(wú)限多個(gè)電荷元，每個(gè)電荷元都可看作點(diǎn)電荷，任取電荷元dq。

（2）按點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式，寫(xiě)出點(diǎn)荷元dq在P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。

（3）由場(chǎng)強(qiáng)疊加原理求P點(diǎn)合場(chǎng)強(qiáng)。17在具體問(wèn)題中，采用分量式18例1：一均勻帶電直線段，長(zhǎng)為L(zhǎng),電荷線密度為λ，求：p點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)？解：(1)建坐標(biāo)，分割帶電體，任取電荷dq(2)dq在P點(diǎn)產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)大?。?3)由于方向各不相同，所以采用分量式19統(tǒng)一積分變量20大?。悍较颍河懻摚悍较颍捍怪庇谥本€軸對(duì)稱(chēng)21一、電場(chǎng)電荷q1電場(chǎng)（2）（1）電荷q2靜電場(chǎng)的性質(zhì)對(duì)引入電場(chǎng)中的帶電體有電場(chǎng)力的作用。帶電體在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力將對(duì)帶電體作功。引入電場(chǎng)中的導(dǎo)體、電介質(zhì)分別產(chǎn)生靜電感應(yīng)和極化現(xiàn)象。二、庫(kù)侖定律三、電場(chǎng)強(qiáng)度（場(chǎng)強(qiáng)）四、點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)分布公式五、場(chǎng)強(qiáng)迭加原理六、場(chǎng)強(qiáng)的計(jì)算小結(jié)22例2：真空中有一無(wú)限大均勻帶電平面，電荷面密度為+σ。試求平面附近任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。解：由于對(duì)稱(chēng)性：23方向：無(wú)限大均勻帶電平面兩側(cè)的電場(chǎng)都是勻強(qiáng)電場(chǎng)面對(duì)稱(chēng)24例3：如圖有兩無(wú)限大均勻帶電平行平面。求各區(qū)域的場(chǎng)強(qiáng)？解：由上題已知：無(wú)限大帶正電平面：場(chǎng)強(qiáng)分布如圖（蘭色）無(wú)限大帶負(fù)電平面：場(chǎng)強(qiáng)分布如圖（紅色）由場(chǎng)強(qiáng)迭加原理：Ⅰ區(qū)、Ⅲ區(qū)：Ⅱ區(qū)：EⅠ=EⅢ=0即：平行板電容器兩極板間的場(chǎng)強(qiáng)為均強(qiáng)電場(chǎng)。大?。悍较颍赫龢O板指向負(fù)極板。ⅠⅡⅢ25例4：均勻帶電圓環(huán)，已知：求：解：由于對(duì)稱(chēng)性：方向：由q和x的正負(fù)決定26一、電場(chǎng)電荷q1電場(chǎng)（2）（1）電荷q2靜電場(chǎng)的性質(zhì)對(duì)引入電場(chǎng)中的帶電體有電場(chǎng)力的作用。帶電體在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力將對(duì)帶電體作功。引入電場(chǎng)中的導(dǎo)體、電介質(zhì)分別產(chǎn)生靜電感應(yīng)和極化現(xiàn)象。二、庫(kù)侖定