高二下學(xué)期物理強(qiáng)基培訓(xùn)：庫侖定律和電場強(qiáng)度

COSMOS庫侖定律和電場強(qiáng)度強(qiáng)基培訓(xùn)-靜電場目錄1、庫侖定律2、電場和電場強(qiáng)度3、電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理4、結(jié)論相對于觀察者為靜止的電荷稱為靜電荷。它在空間所產(chǎn)生的場為靜電場，它是電磁場的一種特殊狀態(tài)。重點(diǎn)討論真空中的靜電場?，F(xiàn)在我們開始學(xué)習(xí)“強(qiáng)基培訓(xùn)”中的“靜電場”部分第一節(jié)庫侖定律第一節(jié)庫侖定律---是產(chǎn)生電磁場的源；1.兩種電荷產(chǎn)生電荷的方法:摩擦起電和靜電感應(yīng)第一節(jié)

庫侖定律正電荷

負(fù)電荷適用于一切宏觀和微觀過程(例如核反應(yīng)和基本粒子過程)，是自然界中普遍的基本定律之一。表述：2.電荷守恒定律在一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，正負(fù)電荷的代數(shù)和在任何物理過程中保持不變。一、電荷摩擦起電3.電荷量子化1906～1917年，密立根（R.A.millikan)用液滴法測定了電子電荷e，證明微小粒子帶電量的變化是不連續(xù)的，它只能是元電荷e

的整數(shù)倍,即粒子的電荷是量子化的。迄今所知，電子是經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的自然界中存在的最小負(fù)電荷，質(zhì)子是最小的正電荷。1986年的推薦值為：e=1.60217733×10-19庫侖(C)第一節(jié)庫侖定律1、點(diǎn)電荷（理想模型）

當(dāng)帶電體的大小和帶電體之間的距離相比很小時(shí)，這種帶電體就可看作點(diǎn)電荷。（忽略其形狀和大小）2、定律內(nèi)容

真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷相互作用力大小:與電量乘積成正比與距離平方成反比方向:沿著電荷的連線方向

庫侖力滿足牛頓第三定律二、庫侖定律（靜電場的基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律）第一節(jié)庫侖定律

q1q2

3、庫侖力的方向

4、庫侖定律

第一節(jié)庫侖定律

實(shí)驗(yàn)值在[SI]中的庫侖定律的比例系數(shù)稱為真空電容率或真空介電常量

5、靜電力的疊加原理

第一節(jié)庫侖定律

所以庫侖力與萬有引力數(shù)值之比為

考慮帶電粒子間的相互作用力時(shí)，

可忽略萬有引力。

電子與質(zhì)子之間的萬有引力為

(N)電子與質(zhì)子之間靜電力（庫侖力）為吸引力(N)例1:在氫原子中，電子與質(zhì)子的距離為5.3×10-11米，試求靜電引力及萬有引力，并比較這兩個(gè)力的數(shù)量關(guān)系。解：由于電子與質(zhì)子之間距離約為它們自身直徑的105倍，因而可將電子、質(zhì)子看成點(diǎn)電荷。第一節(jié)庫侖定律第二節(jié)電場和電場強(qiáng)度外來電荷處于其中時(shí)會(huì)受到電場力的作用.電荷電場電荷帶電體周圍空間存在的一種特殊的物質(zhì)。電場與實(shí)物之間的不同在于電場具有可疊加性第二節(jié)電場和電場強(qiáng)度第二節(jié)

電場和電場強(qiáng)度一、電場及其物質(zhì)性如：溫度場、引力場、速度場、電場、磁場等。代表場的性質(zhì)物理量標(biāo)量場矢量場場具有可入性——可疊加性某一個(gè)物理量的空間分布場量第二節(jié)電場和電場強(qiáng)度二、場

場強(qiáng)與試驗(yàn)電荷無關(guān)，反映電場本身的性質(zhì)。1.試驗(yàn)電荷

2、電場強(qiáng)度的定義如何檢驗(yàn)電場的存在和描述電場的強(qiáng)弱？利用“電場對處于其中的電荷有力的作用”這一性質(zhì)。

本身攜帶電荷足夠小的點(diǎn)電荷。牛頓/庫侖N/C伏特/米

V/m第二節(jié)電場和電場強(qiáng)度三、電場強(qiáng)度——描述電場強(qiáng)弱的物理量第三節(jié)電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理1、點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場強(qiáng)度位矢

場點(diǎn)

場源電荷

沿矢徑指向外沿矢徑指向內(nèi)

球面對稱性第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理第三節(jié)

電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理2、場強(qiáng)疊加原理點(diǎn)電荷系統(tǒng)連續(xù)帶電體

電場是一個(gè)矢量場

所以總場強(qiáng)第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理例2：如圖所示：電荷q均勻地分布在長為L的細(xì)棒上，求：（1）棒延長線上P點(diǎn)的電場；（2）P點(diǎn)的電勢。（3)把一點(diǎn)電荷q0放在P點(diǎn)，它所受的電場力是多少？解：建立坐標(biāo)系。設(shè)桿的左端為坐標(biāo)原點(diǎn)O，x軸沿直桿方向．第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理在x處取一電荷元：dq=ldx=qdx/L，它在P點(diǎn)的場強(qiáng)：

總場強(qiáng)：

方向沿x軸，即桿的延長線方向．等量異號電荷+q

、-q

，相距為

l，它相對于求場點(diǎn)很小，稱該帶電體系為電偶極子。

例2：求電偶極子中垂線上距離中心較遠(yuǎn)處一點(diǎn)的場強(qiáng)第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理

3、連續(xù)帶電體產(chǎn)生電場中的場強(qiáng)：將帶電體分成很多元電荷

dq

,先求出dq在任意場點(diǎn)

p的場強(qiáng)再對場源求積分，可得總場強(qiáng)：

積分法求場強(qiáng)的一般步驟：1）根據(jù)帶電體的形狀，選取合適的電荷元dq；2）寫出dq產(chǎn)生的元場強(qiáng)dE，并搞清dE的方向是否變化；3）如dE的方向是變化的，將dE向各坐標(biāo)軸方向分解得到元分量；4）對各元分量分別進(jìn)行積分，得到總場強(qiáng)的分量；5）將各分量合成，得到總場強(qiáng)E，并加以適當(dāng)?shù)挠懻摗５谌?jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理電荷的體密度電荷的面密度電荷的線密度4、三種常見的帶電體及其場強(qiáng)計(jì)算公式：

線分布面分布體分布

第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理5、空間對稱性與電場強(qiáng)度的分布空間：包括場源電荷在內(nèi)的物理空間對稱性：

如球面對稱性、平面對稱性、柱面對稱性等。在具有某種對稱性的物理空間中存在的物理量，也會(huì)具有與該物理空間相應(yīng)的對稱性。第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理例3、設(shè)有一均勻帶電直線，長度為L,總電荷量為q,線外一點(diǎn)P離開直線的垂直距離為d,P點(diǎn)和直線兩端的連線與直線之間的夾角分別為θ1和θ2。求P點(diǎn)的電場強(qiáng)度第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理xyaP

1

2OABxdxdE

r

dExdEy第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理解：

第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理

無限長帶電直線：

1=

0，

2=

已知q,L,a

例4、求均勻帶電細(xì)桿延長線上一點(diǎn)的場強(qiáng)略解：第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理例5、求均勻帶電半圓環(huán)圓心處的

，已知R、

例6、求均勻帶電一細(xì)圓弧圓心處的場強(qiáng)，已知

，

,R

第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理

=根據(jù)對稱性

電荷元dq產(chǎn)生的場解.例5、求均勻帶電半圓環(huán)圓心處的，已知R、

第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理

=

解.取電荷元dq則

由對稱性方向：沿Y軸負(fù)向

例6、求均勻帶電一細(xì)圓弧圓心處的場強(qiáng)，已知

，

,R

第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理例7、電荷q均勻地分布在一半徑為R的圓環(huán)上。計(jì)算在圓環(huán)的軸線上離圓環(huán)中心O距離為x的P點(diǎn)的場強(qiáng)。第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理xxROdE

dE||

dErdqP第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和場強(qiáng)疊加原理解：

例8、均勻帶電圓盤，半徑為R，電荷面密度為。求軸線離圓盤中心O距離為x的P點(diǎn)的電場強(qiáng)度。第三節(jié)電場電場強(qiáng)度的計(jì)算和