電荷電場(chǎng)強(qiáng)度

電荷電場(chǎng)強(qiáng)度第一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日1什么是電磁學(xué)電磁運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)的一種基本運(yùn)動(dòng)形式。電磁學(xué)是研究電磁運(yùn)動(dòng)及其規(guī)律的物理學(xué)分支。2內(nèi)容電荷、電流產(chǎn)生電場(chǎng)和磁場(chǎng)的規(guī)律；電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互作用；電磁場(chǎng)對(duì)電流、電荷的作用；電磁場(chǎng)中物質(zhì)的各種性質(zhì)。3意義在現(xiàn)代物理學(xué)中的地位是非常重要的。深入認(rèn)識(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)。是學(xué)習(xí)電工學(xué)、無(wú)線電電子學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ)?！醯诙?yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日研究真空中靜電場(chǎng)的基本特性：靜電場(chǎng)的基本定律：庫(kù)侖定律、疊加原理靜電場(chǎng)的基本定理：高斯定理、環(huán)路定理

描述靜電場(chǎng)的物理量：電場(chǎng)強(qiáng)度、電勢(shì)

靜電場(chǎng)對(duì)電荷的作用第6章靜電場(chǎng)

StaticElectricField第三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日6.1電荷的量子化電荷守恒定律1電荷量子化1913年,密立根()用液滴法從實(shí)驗(yàn)中測(cè)出所有電子都具有相同的電荷,而且?guī)щ婓w的電荷是電子電荷的整數(shù)倍.

電荷的這種只能取離散的、不連續(xù)的量值的性質(zhì),叫做電荷的量子化.電子的電荷e稱(chēng)為基元電荷,或電荷量子.1986年國(guó)際推薦值：e=1.60217733(49)×10-19C近似值:e=1.602×10-19C電荷是物質(zhì)的一種屬性。第四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日電荷守恒定律適用于一切宏觀和微觀過(guò)程(例如核反應(yīng)和基本粒子過(guò)程)，是物理學(xué)中普遍的基本定律之一。3電荷守恒定律在孤立系統(tǒng)中,不管系統(tǒng)中的電荷如何遷移,系統(tǒng)電荷的代數(shù)和保持不變.——電荷守恒定律2電荷的相對(duì)論不變性在不同的參照系內(nèi)觀察,同一個(gè)帶電粒子的電量不變.第五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日6.2庫(kù)侖定律庫(kù)侖

(Charlse-AugustindeCoulomb1736~1806)1773年提出的計(jì)算物體上應(yīng)力和應(yīng)變分布情況的方法,是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。1779年對(duì)摩擦力進(jìn)行分析,提出有關(guān)潤(rùn)滑劑的科學(xué)理論。1785-1789年,用扭秤測(cè)量靜電力和磁力,導(dǎo)出著名的庫(kù)侖定律。他還通過(guò)對(duì)滾動(dòng)和滑動(dòng)摩擦的實(shí)驗(yàn)研究,得出摩擦定律。庫(kù)侖法國(guó)物理學(xué)家第六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日1庫(kù)侖定律1785年ε0=8.85×10-12C2N-1m-2——真空中的電容率或介電常數(shù).O同號(hào)電荷O異號(hào)電荷第七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日庫(kù)侖定律僅適用于點(diǎn)電荷間的相互作用，距離在10-17~107m范圍時(shí)，極為準(zhǔn)確。2庫(kù)侖力的疊加原理庫(kù)侖力符合牛頓第三定律:點(diǎn)電荷:只有電量而無(wú)幾何形狀與大小的帶電體.條件:帶電體本身的線度<<到其它帶電體的距離.說(shuō)明第八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日6.3電場(chǎng)強(qiáng)度一靜電場(chǎng)電荷之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)傳遞的,或者說(shuō)電荷周?chē)嬖谟须妶?chǎng).在該電場(chǎng)中的任何帶電體,都受到電場(chǎng)的作用力.——近距作用2電場(chǎng)的物質(zhì)性給電場(chǎng)中的帶電體施以力的作用。電場(chǎng)力對(duì)電場(chǎng)中的帶電體作功--電場(chǎng)具有能量。變化的電場(chǎng)以光速在空間傳播--電場(chǎng)具有動(dòng)量。電場(chǎng)具有質(zhì)量(靜止質(zhì)量為0).(相對(duì)于觀察者)靜止的電荷產(chǎn)生的電場(chǎng).電荷電場(chǎng)電荷1電場(chǎng)的概念3靜電場(chǎng)第九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日二電場(chǎng)強(qiáng)度在場(chǎng)源電荷Q的靜電場(chǎng)中,放入試驗(yàn)電荷q0,則q0的受的電場(chǎng)力為結(jié)論：F與r有關(guān)，而且還與試驗(yàn)電荷q0有關(guān)。1實(shí)驗(yàn)Qq02電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度是電場(chǎng)的屬性,與試驗(yàn)電荷的存在與否無(wú)關(guān).能否說(shuō)，E與F成正比，與q0成反比?

方向:

q0>0時(shí),與電場(chǎng)力的方向一致。電荷q在電場(chǎng)E中受到的的電場(chǎng)力3電場(chǎng)力第十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日Q三點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)電荷Q的電場(chǎng)中,試驗(yàn)電荷q0受到的電場(chǎng)力為點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式特點(diǎn)：(1)是非均勻電場(chǎng)；(2)具有球?qū)ΨQ(chēng)性?！鮍--由場(chǎng)源指向場(chǎng)點(diǎn)第十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日四電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理1點(diǎn)電荷系的電場(chǎng)——電荷離散分布在點(diǎn)電荷系Q1,Q2,…,Qn的電場(chǎng)中，試驗(yàn)電荷q0受到的作用力為P點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)電荷系電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的矢量和?！B加原理Q1Qiq0P第十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日2連續(xù)帶電體的場(chǎng)強(qiáng)

——電荷連續(xù)分布++++dq將帶電區(qū)域分成許多電荷元dq電荷體分布，dq=ρdV電荷面分布，dq=σdS電荷線分布，dq=λdl——體密度——面密度——線密度dE第十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日4電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算方法離散型連續(xù)型步驟如下：任取電荷元dq，寫(xiě)出dq在待求點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的表達(dá)式；選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，將場(chǎng)強(qiáng)的表達(dá)式分解為標(biāo)量表示式；進(jìn)行積分計(jì)算；寫(xiě)出總的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量表達(dá)式，或求出電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向；在計(jì)算過(guò)程中，要注意根據(jù)對(duì)稱(chēng)性來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程?！醯谑捻?yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日求均勻帶電細(xì)棒外一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。設(shè)棒長(zhǎng)為l，帶電量q，電荷線密度為λ。解：例題1③建如圖所示坐標(biāo)系,P點(diǎn)坐標(biāo)為（x，0），dq=λdy；①取電荷元dq

；④將投影到坐標(biāo)軸上②確定dq在場(chǎng)點(diǎn)P處形成的元場(chǎng)強(qiáng),方向如圖P大小為第十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日⑥統(tǒng)一變量（r、θ、y是變量）選θ

作為積分變量,利用幾何關(guān)系⑤疊加第十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日θ:場(chǎng)源到場(chǎng)點(diǎn)的連線與+y軸夾角□第十七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日中垂線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)由對(duì)稱(chēng)性，Ey=0則若x<<l

（無(wú)限長(zhǎng)帶電線模型,即:θ1=0,θ2=π）討論□第十八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日求均勻帶電圓環(huán)軸線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。設(shè)圓環(huán)帶電量為q，半徑為R解：例題2④建坐標(biāo)；①取電荷元dq；②確定的方向③確定的大小⑤將投影到坐標(biāo)軸上第十九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日討論：當(dāng)x>>R時(shí)，方向在x軸上，正負(fù)由q的正負(fù)決定。此時(shí)帶電圓環(huán)可看作點(diǎn)電荷.由對(duì)稱(chēng)性可知，P點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)只有x分量q第二十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日求均勻帶電圓盤(pán)軸線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。設(shè)圓盤(pán)帶電量為q

，半徑為R.解：例題3將帶電圓盤(pán)可看成許多同心圓環(huán)組成，取一半徑為r，寬度為dr的細(xì)圓環(huán)帶電量第二十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日相當(dāng)于均勻無(wú)限大帶電平面附近的電場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)垂直于板面，正負(fù)由電荷的符號(hào)決定。①當(dāng)②當(dāng)用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)帶電圓平面相當(dāng)于點(diǎn)電荷。討論x第二十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日兩塊無(wú)限大均勻帶電平面，已知電荷面密度為，計(jì)算場(chǎng)強(qiáng)分布。解：例題4由場(chǎng)強(qiáng)疊加原理兩板之間：兩板之外：E=0.□第二十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日一無(wú)限大均勻帶電平面上有一半徑為R的圓形小孔。求通過(guò)圓孔中心軸線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。解：例題5補(bǔ)償法看成均勻帶電σ

的無(wú)限大平面與均勻帶電－σ

半徑為R的圓形平面的電場(chǎng)疊加。微元法：RrdrIt’syourturntohaveitdoneafterclass.第二十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日求一段均勻帶電圓弧所在圓心上的場(chǎng)強(qiáng)。設(shè)圓弧對(duì)應(yīng)的圓心角為α。解：例題6取dq=λdl如圖示由對(duì)稱(chēng)性，合場(chǎng)強(qiáng)僅有沿對(duì)稱(chēng)軸方向的分量。取對(duì)稱(chēng)軸第二十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日求均勻帶電半