大學物理-靜電場01

大學物理電子教案由繼國1電磁現(xiàn)象的早期認識1.中國西周(公元前1100-公元前771)青銅銘文就記載有“電”字和“雷”字。先秦:“陰陽相薄，感而為雷，激而為霆。霆，電也。”古人將磁石稱為慈石來形容磁石“以為母也，故能引其子”的功能。2.英國人吉爾伯特（1544-1623）——論磁曾為英國伊麗莎白一世的御醫(yī)，1600年發(fā)表《論磁石》，總結了前人的經(jīng)驗，記載了大量實驗。3.1663年，蓋里克發(fā)明摩擦起電機。4.1720年，格雷研究了電的傳導現(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方法。2富蘭克林對雷電現(xiàn)象的研究1.富蘭克林(1706-1790):美國人在全家17個孩子中排行15，其父是小手工業(yè)者，家境貧困。他在10歲時綴學，12歲當印刷所學徒，閱讀了許多書籍，后來成為科學家和政治家。自己寫的墓志銘:“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?！艩柛瘢ǚǎ?2.費城實驗富蘭克林40歲時，觀看了電學實驗，從而對電有了興趣。其中有一個想法，天上的電和地電是統(tǒng)一的嗎?1752年7月，一個電閃雷鳴的上午，他將一個風箏放到空中，風箏下有一根鐵絲，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，揭開了雷電的奧秘，統(tǒng)一了“天電”和“地電”，震驚了科學界。5小插曲：為了驗證“地電”與“天電”的相同處，富蘭克林想到雷可以擊死動物，于是他就實驗用“地電”去擊殺火雞，結果被電打昏了。蘇醒后，卻不介意地說：“我本想用電殺死一只火雞，結果差點電死了一個傻瓜?！比欢?，風險是的確存在的。1753年，俄國的里赫曼在做大氣電實驗時不幸中電身亡，為科學獻身。63.發(fā)明避雷針:富蘭克林并不滿足，將他的發(fā)現(xiàn)轉化為了新的發(fā)明。避雷針誕生了。4.科學興趣廣泛命名了正電，負電，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。寫出了《電學的實驗和研究》的著作。5.富蘭克林是獨立宣言和美國憲法的起草人之一，為祖國的獨立和解放作出了貢獻的政治活動家。71733年，杜菲(1698—1739)經(jīng)過實驗區(qū)分出兩種電荷，他分別稱之為松脂電（即負電）和玻璃電（即正電），并由此總結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)年分別獨立作出的。富蘭克林(1706—1790)進一步對放電現(xiàn)象進行研究。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闡述了這一思想。接下來是康頓在1754年用電流體假說解釋了靜電感應現(xiàn)象。至此，靜電學三條基本原理：靜電力基本特性、電荷守恒和靜電感應原理都已經(jīng)建立，對電的認識有了初步的成果。然而，如果不建立定量的規(guī)律，電的知識還不能形成一門嚴密的科學。8

電荷1.電荷是一種物質屬性電荷有兩類，正電荷、負電荷。2.電荷性質同性相斥、異性相吸。

起電方法電荷從一個物體，轉移到另一個物體。1.摩擦起電2.感應起電電荷在一個物體上移動。3.原子核反應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。

+-電子對湮滅

+-電子對產生3、電荷相對論不變性+++電荷為Q電荷為Q10一、電場

1.兩種觀點(1)超距作用(2)法拉第新觀點電荷q1電荷q2電荷q1電場（2）（1）電荷q2相對于觀察者靜止的電荷所激發(fā)的電場靜電場（3）電場對引入電場中的導體、電介質分別產生靜電感應和極化現(xiàn)象。2.靜電場的性質（1）電場對引入電場中的帶電體有電場力的作用。（2）電場力對移動的帶電體作功，說明電場具有能量。任何電荷都在自已周圍的空間激發(fā)電場第一節(jié)電場強度11二、庫侖定律

1785年庫侖總結出兩個點電荷之間的作用規(guī)律。121.點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.庫侖定律k的取值國際單位制有理化單位制真空介電常數(shù)13兩個以上的點電荷對一個點電荷的作用力等于各個點電荷單獨存在時對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放入電場后，在實驗精度內，不會影響原有電場的分布。

三、電場強度（場強）1.試驗電荷（q0>0）(2)q0的線度足夠小，以致可以視為點電荷。142.場強的定義式大?。悍较颍赫姾墒芰Ψ较?/p>

電場強度與檢驗電荷無關，只與場源電荷和場點位置有關。3.電場力計算公式（1）點電荷：（2）任意帶電體：15四、點電荷場強分布公式方向呈放射線狀方向呈匯聚線狀大小：方向：五、場強迭加原理電場中任一點的總場強等于各點電荷單獨存在時在該點產生場強的矢量和。16六、場強的計算——分割帶電體直接積分法基本知識點：點電荷場強公式與場強迭加原理

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

（2）按點電荷場強公式，寫出點荷元dq在P點的場強。

（3）由場強疊加原理求P點合場強。17在具體問題中，采用分量式18例1：一均勻帶電直線段，長為L,電荷線密度為λ，求：p點的場強？解：(1)建坐標，分割帶電體，任取電荷dq(2)dq在P點產生的場強大?。?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€軸對稱21一、電場電荷q1電場（2）（1）電荷q2靜電場的性質對引入電場中的帶電體有電場力的作用。帶電體在電場中移動時，電場力將對帶電體作功。引入電場中的導體、電介質分別產生靜電感應和極化現(xiàn)象。二、庫侖定律三、電場強度（場強）四、點電荷場強分布公式五、場強迭加原理六、場強的計算小結22例2：真空中有一無限大均勻帶電平面，電荷面密度為+σ。試求平面附近任一點的場強。解：由于對稱性：23方向：無限大均勻帶電平面兩側的電場都是勻強電場面對稱24例3：如圖有兩無限大均勻帶電平行平面。求各區(qū)域的場強？解：由上題已知：無限大帶正電平面：場強分布如圖（蘭色）無限大帶負電平面：場強分布如圖（紅色）由場強迭加原理：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強為均強電場。大?。悍较颍赫龢O板指向負極板。ⅠⅡⅢ25例4：均勻帶電圓環(huán)，已知：求：解：由于對稱性：方向：由q和x的正負決定26一、電場電荷q1電場（2）（1）電荷q2靜電場的性質對引入電場中的帶電體有電場力的作用。帶電體在電場中移動時，電場力將對帶電體作功。引入電場中的導體、電介質分別產生靜電感應和極化現(xiàn)象。二、庫侖定