第2章-靜電場1-庫侖定律與電場強(qiáng)度課件

1、 兩個(gè)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(gè)物理量： 場強(qiáng)、電位。 一個(gè)實(shí)驗(yàn)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(gè)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(gè)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(shí)驗(yàn)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(jì)了精美的實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)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(jiǎng)。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(shí)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(dòng)量和質(zhì)量。對靜止和運(yùn)動(dòng)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(gè)“同謀”粒子間，無論互相距離多遠(yuǎn)，只要改變其中一個(gè)粒子的狀態(tài)，另一個(gè)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(diǎn)：（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(diǎn)：（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(gè)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(shí)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(dòng)量和質(zhì)量。電 場：實(shí)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(diǎn)：（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(shí)驗(yàn)總結(jié)出點(diǎn)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(shí)驗(yàn)規(guī)律）182. 庫侖定律（真空中）大?。悍较颍和栂喑?異號相吸矢量式:1. 點(diǎn)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(diǎn)電荷20“真空中有兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷時(shí), 作用于每個(gè)電荷上的靜電力等于其他每個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)作用于該點(diǎn)電荷的靜電力的向量和” 3、疊加原理(實(shí)驗(yàn)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(yàn)電荷q0用來檢驗(yàn)電場的性質(zhì)條件:a) 正點(diǎn)電荷(定點(diǎn)檢驗(yàn))( 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(diǎn), 不變,對不同的點(diǎn), 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(yàn)電荷) 電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度在數(shù)值和方向上等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的電場力。單位：定義: 單位(靜止)正(點(diǎn))電荷受到的電場力 27a)點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度場點(diǎn)(x,y,z)： 觀察點(diǎn)， 檢驗(yàn)電荷q0源點(diǎn)(x,y,z)：電荷所在點(diǎn)，點(diǎn)電荷q28a)點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度29q0 所受的力 : P 點(diǎn)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(yàn)電荷q0無關(guān)，而由電場本身決定。在電場中，空間每一點(diǎn)都相應(yīng)有一個(gè)矢量 ，它是一點(diǎn)函數(shù)，記作 。若已知電

9、場中某點(diǎn)的場強(qiáng) ，則點(diǎn)電荷q0 在該點(diǎn)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(diǎn)產(chǎn)生的場強(qiáng)為 將一點(diǎn)電荷q 0 引入P點(diǎn)，測得q 實(shí)際受力 與q 之比是大于、小于、還是等于P點(diǎn)的 ？34qnqiq3q2q1r2rirnr1r3q03.場強(qiáng)疊加原理點(diǎn)電荷系 力的疊加35點(diǎn)電荷系 場強(qiáng)的疊加電場中任一點(diǎn)的場強(qiáng),為各電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)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(diǎn)電荷dqdq把帶電體看作是由許多個(gè)電荷元組成，然后利用場強(qiáng)疊加原理。37連續(xù)帶電體點(diǎn)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(yùn)用疊加原理求場強(qiáng)時(shí),電荷元的取法:39線分布：面分布：體分布：點(diǎn)分布：40的計(jì)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(diǎn) P ，離開直線的垂直距離為 a ，P 點(diǎn)和直線兩端連線的夾角分別為 1 和 2 。求 P 點(diǎn)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(shí)。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)