物理課件21-21第21章電場

上頁上頁下頁返回退出開篇問題—請猜一猜加4不變上頁下頁返回退出加4不變上頁下頁返回退出一、電生活當你從干衣機里拿出化纖的外衣或襯衫時或許已經(jīng)經(jīng)歷過靜當你在車椅上滑過或走過一段尼龍?zhí)汉笕ヅ鲇|金屬門把，或許有過被電擊的經(jīng)上頁下頁返回退出二、電荷守恒定律在任何過程中或表述成：沒或區(qū)得一量正，在 其物上定以到量負。上頁下頁返回退出起電的實使獲得電子的物體帶負電，失去電子上頁下頁返回退出物質(zhì)的電結構理質(zhì)子組成。中子不帶電，質(zhì)子帶正電，電子帶負電。質(zhì)子數(shù)和電子數(shù)相等，原子呈電中性。由大量原子構成的物體也就處于電中性狀態(tài)，整體原原子的簡單模水分上頁下頁返回退出上頁上頁下頁返回退出不接觸——感上頁下頁返回退出問如果帶電物體靠近一個絕緣體會怎么樣上頁上頁下頁返回退出驗電判斷是否帶電/電性/帶電上頁上頁下頁返回退出庫侖定 kr上頁下頁返回退出庫侖力的方））相）。上頁下頁返回退出庫侖定律與萬有引 k相同形相同形式上相

r2kk140可以是排2正的和負1.萬有引力總 ，而電可以是排2正的和負F Fr42r40上頁下頁返回退出注確定r例題21-1兩個正的點電荷，Q150μC，Q21μC，兩電荷間距為l。問：Q1施加在Q2上的力大還是Q2施加在Q1上FFklQ1施加在Q2F它們大小相等kl所以，公式對于兩個電荷是對稱上頁下頁返回退出Q1作用在Q3上的力 k

Q2作用在Q3上的力 k 設向右為FF32F312.7N1.2N1.5N合力大小為1.5N，方向向左上頁下頁返回退出靜電力的疊加原

qF q

i3 3i上頁下頁返回退出例21-3計算電荷1和2作用在電荷3上的靜電力F31和F32不在一條直線上頁下頁返回退出例21-4在什么位置上放置Q4=-50μC,能使Q3所受合上頁下頁返回退出庫侖定律的矢量形FFkQ1Q2r2上頁下頁返回退出電英國科學 ·法拉第對超距作用的解釋電場從每個電荷向外延伸并且分布到整二個點荷進入這個空間就會感受到電場電場電荷 電荷電場引入試驗電荷，研究q足夠小，對待測q足夠小，對待測電場影響極試驗電荷0上頁下頁返回退出電場定義電場強

qEFEFq電場強度的單位：N/C或 由電場強度計算電 上頁下頁返回退出+作用力的方向+

-5設每個墨粉粒子具有9.0×10-16kg的質(zhì)量并平均帶有20個左右上頁下頁返回退出作用在電荷為q20e的墨粉粒子上的電場力為F=qE，其中E即最小電場滿足關系qE2mg，其中q=20e 2mg 10-16kg)(9.8m/s2 10-19 103上頁下頁返回退出例21-6計算距Q3.010-6C點電荷右邊30cm的點P處的電場大小和方向。（a）負電荷Q（b）正電荷 kQ 109N.m2/C2 10-6

r (0.30m)而負電荷產(chǎn)生上頁下頁返回退出電場強度疊加原

E

q q3上頁下頁返回退出電場（1)點電荷的re q0re4 40

re 場re q 源 上頁下頁返回退出點電荷系的電1 4

r2rnE1i14nE1i14re

n n i上頁下頁返回退出例21-7兩個電荷間的10.0cm-。（a）確定在這兩個電荷間距負電荷2.0cmP和大?。╞）如果一個電子（m

-

kg）被靜置在P釋放，它的初始加速度是多少（方向和大小上頁下頁返回退出E=kQ +kQ Q1 Qr r r r =( 109 m2/C2

10- 10-6 108N/

-2 10-a=m（F 10-19C)( 108

10m/ 上頁下頁返回退出例21-8計算由電荷Q1和Q2在點A及點B所產(chǎn)生電場大小由式EkQ/r2給出，因 109 m2/C2 10- (0.60

109Nm2/C2 10-

(0.30方向如圖示，合場強EA（b）因為兩個電荷到B（由勾股定理得到距離為40和EB2的大小相等；為 (9.0 109 m2/C2)(50 10-6 EB EB r

(0.40m)

2.8 10N/CEBx正方向上頁下頁返回退出解決的問題基本步仔細畫圖——對每一物體畫 體的受力分析根據(jù)同性相斥、異性相吸矢量合核對答電荷元dQ所形成的將所有電荷元的貢獻總上頁下頁返回退出依電荷空間分布的特點，電荷元dq呈電荷線分電荷電荷面分電荷元場rdE dqe40r2r上頁下頁返回退出

電荷體分

e對于電荷連續(xù)分布的帶電體，在空間一點P的場強eE

電荷體分布

1 荷面分布E 4e荷面分布E 4e0r電荷線分布E 4dqe0rr上頁下頁返回退出r2r0依幾何體形狀和帶電特征任取電荷元寫出電荷元dq的電場表達式式作積將分式作積將分量結果合上頁下頁返回退出設棒長為L帶電量q，電荷線密度解：建立直角坐標

取線xd4

帶電 r dr20

將dE投影到坐標軸

440

404

1 x2 x2

ry0上頁下頁返回退出y0積分變量代 a/ 代入積分表達

a

acs2

40 1a2402

1 01

0同理可算

(cos 0

上頁下頁返回退出極限情況) a

0

n

a2當直線長度 2 Ey a無限長均勻帶電直線的場強

0

——例題21-上頁下頁返回退出例21-9求一均勻帶電圓環(huán)軸線上任一點x處的電場 x解 dqdl

2R

dE

04r0 dExi dEdEyjdEzk上頁下頁返回退出..yRxz當dq位置發(fā)生變化時，它yRxz矢量構成了一個圓所以，由對稱性 上頁下頁返回退出r2dE dqr2 由對稱

q

0 r0qx/

r00 00r243 0 r243

(R x23/上頁下頁返回退出討論 討論0 (R2 x23/0當 0即在圓環(huán)的中心當 時即p點遠離圓時 (R2x2)3/2

0 x20上頁下頁返回退出例21-12求均勻帶電圓盤軸線上任一解：由前例均勻帶電圓環(huán) 0 (R0d xd

x2)3/

P 0(r

x2)3/ 0 (r x2)3/ 0E2x

40

(r

x2)3/ 2

(R

2上頁下頁返回退出 討論 (R討論

x21/當R2 無限大均勻帶電平面的場強為勻強電20R<<x(R2x2)1/

x2

1(R) E

R40x

0 x0

可視為點電荷的電上頁下頁返回退出-13d（-。兩平板間一點處的電 2 2 兩板之外的電EEE注意：疊加原理的應0020上頁下頁返回退出電場線（電力線用箭頭表示不點電荷帶點電荷帶負上頁下頁返回退出⑴曲線上任一點的切線方向代表該點的問題：兩條電場線會不會上頁下頁返回退出上頁下頁返回退出上頁下頁返回退出引力場的概念也可地球表面上的任一點處，地球的引（重）力場為，ME是地球的質(zhì)量，r為地球半徑，G上頁上頁下頁返回退出電場一、導體的靜金屬導體與電場的特征：導體內(nèi)存在大量的

無規(guī)運 宏觀定向運 上頁下頁返回退出E導體達到靜E0E E

導體內(nèi)合場強為上頁下頁返回退出推上頁下頁返回退出問題：導體對外電場的影如將一金屬球放入一均勻電 +++E上頁下頁返回退出導體球感應電荷激上頁下頁返回退出靜平衡時導體內(nèi)部電場處處為零的特場 。制的服使其能夠安全的實施等電勢上頁下頁返回退出的花法放拉的法拉蔽實驗上頁下頁返回退出q 腔內(nèi)無帶電體

腔內(nèi)有帶電體 上頁下頁返回退出例21- 及暴風雨中的安全問解答如果金屬盒子是實心而非中空的電場亦為零，電場線如(b)所示殼起到靜電的效果。上頁下頁返回退出一個帶電荷為q的物體，在電場為E的空間中所受的

例21-15被電場加速的電子一個電子(質(zhì)量m=9.1×10-31kg)在由兩塊平行帶電極板所產(chǎn)生的均勻電場(E=2.0×104N/C)中被加速。兩極板間假設小孔非常小，不會影響兩極板間的均勻電場電子經(jīng)歷了一個勻加速過程，其加速度

q 10-2 107

104N/C)= N 10-31kg)(9.8m/s2)= 10-30上頁下頁返回退出例21-16電子垂直于電場E運動假設一個電子以初速度v0進入一個均勻電場E,并且v0 E。請用運動學當電子進入電場時（在x=y=0處），在x軸方向，它具有速度v電場的方向豎直向上，并給電子一個沿y方向的加速

0i y1att2y 2上頁下頁返回退出電偶電偶極子定義一對相距為l，帶電量相同,電性相反的點電電偶極子的電偶極矩 l：由負電荷指向正電極性分例如：水分子電子在氧原子周圍比在氫原子停留時，所以正負電中心如圖所示凈電偶極p可以看作是兩個由O指向的偶極矩p1

的矢

p上頁下頁返回退出外電場中的偶極

Fl qEl

p

小為： 在此力矩作用下電偶極矩將轉向外電場矩與外電場方向一上頁下頁返回退出電場力做

2 pE

電場所做正功使偶極子在電場中的勢能U降低當p E時，我們選取U=0（即選1=90o，cosθ1=0），并設θ2=θ，則 pE問題如果電偶極子處于非均勻電上頁下頁返回退出q q qq––F2–上頁下頁返回退出F例21-17電場中的偶極子水分子的偶極矩為6.1×10-30。將一個水分子放置在大小為2.0×105N/C的均勻當力矩為最大值時，勢能為多 夾角90o時ττ=pE=(6.1×10-30C·m)(2.0×10N/C1.21024N·m勢能，勢能達到最大值，因此，它必須通過旋上頁下頁返回退出偶極子產(chǎn)生的電場1、電偶極子中垂線 0(

l2/4 E2E2EEP21q40(rl2/4Erl/l2/4)1/–+q(rl/l/上頁下頁返回退出 (r l2/4)3/0用矢量形式表示為：