第2章-靜電場1-庫侖定律與電場強(qiáng)度課件

1、 兩個定理： 高斯定理、環(huán)流定理。 本章研究真空中靜止電荷產(chǎn)生的電場-真空中靜電場的性質(zhì)和規(guī)律。靜電場：相對于觀察者靜止的電荷產(chǎn)生的電場。 兩個物理量： 場強(qiáng)、電位。 一個實驗定律：庫侖定律。第二章 靜電場22.1 庫侖定律與電場強(qiáng)度2.2 靜電場的無旋性與電位函數(shù)2.3 靜電場中的導(dǎo)體與電介質(zhì)2.4 高斯通量定理2.5 泊松方程和拉普拉斯方程2.6 分界面上的邊界條件2.7 導(dǎo)體系統(tǒng)的電容2.8 靜電場能量和靜電力第二章 靜電場32.1 庫侖定律與電場強(qiáng)度2.2 靜電場的無旋性與電位函數(shù)2.3 靜電場中的導(dǎo)體與電介質(zhì)2.4 高斯通量定理2.5 泊松方程和拉普拉斯方程2.6 分界面上的邊界條件

2、2.7 導(dǎo)體系統(tǒng)的電容2.8 靜電場能量和靜電力第二章 靜電場4電子電荷e=1.60218924610-19 C真空介電常數(shù)5二、電場2-1 庫侖定律與電場強(qiáng)度一、電荷量子化 電荷守恒定律三、庫侖定律四、電場強(qiáng)度6二、電場2-1 庫侖定律與電場強(qiáng)度一、電荷量子化 電荷守恒定律三、庫侖定律四、電場強(qiáng)度7一、電荷量子化 電荷守恒定律1、電 荷自然界只存在兩種電荷：正電荷和負(fù)電荷。同種電荷互相排斥，異種電荷互相吸引。( Electric Charge )82、電荷守恒定律(Conservation of Electric Charge )在一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，無論進(jìn)行怎樣的物理過程，系統(tǒng)

3、內(nèi)正、負(fù)電荷量的代數(shù)和總是保持不變。 電荷守恒定律 。（物理學(xué)中的基本定律之一）9一個電子電荷量為：e=1.60218924610-19庫侖3、電荷的量子化( Quantization of Electric Charge )物體所帶的電荷量不可能連續(xù)地取任意量值，而只能取電子或質(zhì)子電荷量的整數(shù)倍值。電荷量的這種只能取分立的、不連續(xù)量值的性質(zhì)，稱為電荷的量子化。e為最小電量單位,稱元電荷或電荷的量子。10密立根(RobertAndrewsMillikan,18681953)， 1906-1917年，用液滴法首先從實驗上證明了，微小粒子帶電量的變化不連續(xù)。密立根于1910年設(shè)計了精美的實驗，驗證

4、了愛因斯坦方程，于1914年完成發(fā)表。愛因斯坦和密立根由于在光電效應(yīng)方面的研究成果， 分別獲得1921年和1923年的諾貝爾物理學(xué)獎。11二、電場2-1 庫侖定律與電場強(qiáng)度一、電荷量子化 電荷守恒定律三、庫侖定律四、電場強(qiáng)度12電場是一種物質(zhì)形態(tài)，即光量子定義： 實現(xiàn)電荷間的相互作用的一種特殊物質(zhì)。 a. 電荷產(chǎn)生； b. 可以離開電荷存在； c. 有能量、動量和質(zhì)量。對靜止和運動電荷有相同作用力的物理場；二、 電場(Electric Field )基本性質(zhì)：對處在電場中的電荷有力的作用。13超距作用是指在兩個“同謀”粒子間，無論互相距離多遠(yuǎn)，只要改變其中一個粒子的狀態(tài)，另一個粒子的狀態(tài)也會立

5、即改變。 r =電荷之間的相互作用有兩種觀點：（1）超距作用；（2）電場作用。14電荷之間的相互作用有兩種觀點：（1）超距作用；（2）電場作用。超距作用認(rèn)為： 兩電荷之間作用力是直接的超距作用，即 一個電荷把作用力直接施加于另一電荷上；電場作用認(rèn)為： 是相互作用通過電場來傳遞的，而不是直接的超距作用。15電場與實物之間的區(qū)別：電場具有疊加性。電場作用：電荷周圍存在的一種特殊物質(zhì)，具有 能量、動量和質(zhì)量。電 場：實現(xiàn)電荷間的相互作用的一種特殊物質(zhì)。靜 電 場：靜止電荷(帶電體)周圍存在的電場。電荷之間的相互作用有兩種觀點：（1）超距作用；（2）電場作用。16二、電場2-1 庫侖定律與電場強(qiáng)度一、

6、電荷量子化 電荷守恒定律三、庫侖定律四、電場強(qiáng)度17“庫侖定律”:使電磁學(xué)研究從定性進(jìn)入定量階段的重要里程碑。庫 侖 (1736 1806) (Charlse-Augustin de Coulomb) 法國工程師、物理學(xué)家1785年，庫侖通過扭稱實驗總結(jié)出點電荷之間相互作用的靜電力所服從的基本規(guī)律庫侖定律。三、 庫侖定律(Coulomds Law)（靜電場的基本實驗規(guī)律）182. 庫侖定律（真空中）大小：方向：同號相斥,異號相吸矢量式:1. 點電荷( Point Charge )理想模型，線度和距離相比可忽略的電荷。19 同種電荷 斥力異種電荷 引力討論：正負(fù)電荷對力的方向的影響該式只適用于處

7、于真空中的點電荷20“真空中有兩個以上的點電荷時, 作用于每個電荷上的靜電力等于其他每個點電荷單獨存在時作用于該點電荷的靜電力的向量和” 3、疊加原理(實驗定律) 214.靜電力的疊加原理離散狀態(tài)其中連續(xù)分布其中dqr22二、電場2-1 庫侖定律與電場強(qiáng)度一、電荷量子化 電荷守恒定律三、庫侖定律四、電場強(qiáng)度23b) 帶電量相對較小(不影響原電場分布)1、檢驗電荷q0用來檢驗電場的性質(zhì)條件:a) 正點電荷(定點檢驗)( Test Charge )四、電 場 強(qiáng) 度( Electric Field Strength )（描述電場的基本物理量）24q0在給定點, 不變,對不同的點, 不同。+Bq0q

8、0q0CA25+q0+n q0+2q0262、電場強(qiáng)度（場強(qiáng)）定量描寫電場對電荷有作用力特性的物理量(q0：檢驗電荷) 電場中某點的電場強(qiáng)度在數(shù)值和方向上等于單位正電荷在該點所受的電場力。單位：定義: 單位(靜止)正(點)電荷受到的電場力 27a)點電荷的電場強(qiáng)度場點(x,y,z)： 觀察點， 檢驗電荷q0源點(x,y,z)：電荷所在點，點電荷q28a)點電荷的電場強(qiáng)度29q0 所受的力 : P 點的場強(qiáng) :30+q+qq031-q-qq032注 意空間是否存在電場以及電場的強(qiáng)弱和方向，與試驗電荷q0無關(guān)，而由電場本身決定。在電場中，空間每一點都相應(yīng)有一個矢量 ，它是一點函數(shù)，記作 。若已知電

9、場中某點的場強(qiáng) ，則點電荷q0 在該點受的力為 。331.由 ，是否能說 與 成正比，與q0成反比？ 討論 2. 一總電量為Q 0 的金屬球，在它附近P 點產(chǎn)生的場強(qiáng)為 將一點電荷q 0 引入P點，測得q 實際受力 與q 之比是大于、小于、還是等于P點的 ？34qnqiq3q2q1r2rirnr1r3q03.場強(qiáng)疊加原理點電荷系 力的疊加35點電荷系 場強(qiáng)的疊加電場中任一點的場強(qiáng),為各電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生場強(qiáng)的矢量和.36連續(xù)分布電荷的場強(qiáng)根據(jù) 場強(qiáng)迭加原理PdV任取體積元 dv，視為點電荷dqdq把帶電體看作是由許多個電荷元組成，然后利用場強(qiáng)疊加原理。37連續(xù)帶電體點電荷系連續(xù)帶電體38

10、dq =線分布為電荷線密度面分布為電荷面密度體分布為電荷體密度運用疊加原理求場強(qiáng)時,電荷元的取法:39線分布：面分布：體分布：點分布：40的計算方法與步驟：1) 選擇適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系2) 確定元電荷和元電場 3) 分析對稱性：向量標(biāo)量 5) 近似、化簡 4)41例1 真空中一均勻帶電直線，電荷線密度為 。線外有一點 P ，離開直線的垂直距離為 a ，P 點和直線兩端連線的夾角分別為 1 和 2 。求 P 點的電場場強(qiáng)。解：dq = dxayxP12odEdExdEyrdxx42ayxP12odxxdEdExdEyr43無限長帶電直線： 1 = 0 ，2 = 方向如圖所示。討論：沒有Ex了，只有垂直于電線方向的電場！乘發(fā)射狀，當(dāng)電線無限長時。44例2 求均勻帶電圓環(huán)軸線上的電場場強(qiáng)，q, R已知.解：1. 建立坐標(biāo)系3. 寫出分量式4. 分析對稱性或2. 任取電荷元xP方向如圖453. 當(dāng)xR ,當(dāng)x ,E= 0 。討論1.當(dāng)x=0（環(huán)心處）,E= 0 ;2. 最大值：46例3 求均勻帶電半圓環(huán)圓心處的場強(qiáng)，已知R、。根據(jù)