大學(xué)物理學(xué)（少課時(shí)）第2版 課件 8.1-8.2 靜電場(chǎng)

靜電場(chǎng)

第八章

第一節(jié)

電荷庫(kù)侖定律

第二節(jié)

靜電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度

第三節(jié)

靜電場(chǎng)的高斯定理

第四節(jié)

靜電場(chǎng)的環(huán)路定理

第五節(jié)

電勢(shì)

第六節(jié)

靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體

第七節(jié)

靜電場(chǎng)中電介質(zhì)

第八節(jié)

電容電容器目錄第一節(jié)

電荷庫(kù)侖定律

一、電荷二、庫(kù)侖定律一、電荷對(duì)電的最早認(rèn)識(shí)：摩擦起電和雷電兩種電荷：正電荷和負(fù)電荷電性力：同號(hào)相斥、異號(hào)相吸電荷量：物體帶電的多少1、電荷和電荷的量子化

宏觀帶電體的帶電量q

e，準(zhǔn)連續(xù)

夸克模型

e=1.60210－19C，為一個(gè)電子所帶電荷量電荷量只能取分立的、不連續(xù)量值的性質(zhì)，稱(chēng)為電荷的量子化。

Q=NeN=±1,2,3…2、電荷守恒定律

物質(zhì)由原子組成，原子由原子核和核外電子組成，原子核又由中子和質(zhì)子組成。中子不帶電，質(zhì)子帶正電，電子帶負(fù)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(gòu)成的物體也就處于電中性狀態(tài)，對(duì)外不顯示電性。物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)理論起電的實(shí)質(zhì)所謂起電，實(shí)際上是通過(guò)某種作用，使物體內(nèi)電子不足或者過(guò)多而呈現(xiàn)帶電狀態(tài)。通過(guò)摩擦可使兩個(gè)物體接觸面溫度升高，促使一定量的電子獲得足夠的動(dòng)能從一個(gè)物體遷移到另一個(gè)物體，從而使獲得更多電子的物體帶負(fù)電，失去電子的物體帶正電。電荷守恒定律

實(shí)驗(yàn)證明，在一個(gè)與外界沒(méi)有電荷交換的系內(nèi),無(wú)論經(jīng)過(guò)怎樣的物理過(guò)程，系統(tǒng)正、負(fù)電荷量的代數(shù)和總是保持不變。如：正電子1.點(diǎn)電荷

可以簡(jiǎn)化為點(diǎn)電荷的條件:當(dāng)帶電體的形狀和大小與它們之間的距離相比可忽略時(shí)，這些帶電體可看作是點(diǎn)電荷。rq1dq2二、庫(kù)侖定律2.庫(kù)侖定律1785年，庫(kù)侖從扭秤實(shí)驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出了庫(kù)侖定律扭秤即：庫(kù)侖定律

在真空中，兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間相互作用力與這兩個(gè)點(diǎn)電荷的電荷量q1和q2的乘積成正比，而與這兩個(gè)點(diǎn)電荷之間的距離r12（或r21）的平方成反比，作用力的方向沿著這兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線，同號(hào)相斥，異號(hào)相吸。單位制有理化ε0為真空電容率，則真空中庫(kù)侖定律數(shù)學(xué)形式:

說(shuō)明：1.“靜止”是指慣性系中相對(duì)于觀察者靜止。2.適用于點(diǎn)電荷。3.q1、q2取代數(shù)值。4.遵守牛頓第三定律。靜電力的疊加原理：

1Fr

實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)空間中有兩個(gè)以上的點(diǎn)電荷時(shí)，作用在某一點(diǎn)電荷上的總靜電力等于其它各點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)對(duì)該點(diǎn)電荷所施靜電力的矢量和，這一結(jié)論叫做靜電力的疊加原理。例題8-1試求氫原子核與電子間庫(kù)侖力與萬(wàn)有引力之比。

解：氫原子核是一個(gè)質(zhì)子，其質(zhì)量：，帶電量：，核外只有一個(gè)電子，其質(zhì)量,帶電量?jī)烧呦嗑唷?/p>

應(yīng)用萬(wàn)有引力定律,電子和質(zhì)子之間的萬(wàn)有引力為按庫(kù)侖定律計(jì)算,電子和質(zhì)子之間的靜電力為由此得靜電力與萬(wàn)有引力的比值為將某電荷Q分成q和(Q-q)兩部分,并使兩部分離開(kāi)一定距離,則它們之間的庫(kù)侖力為最大的條件是[]ABCD提交單選題1分第二節(jié)

靜電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度

一、靜電場(chǎng)二、電場(chǎng)強(qiáng)度一、靜電場(chǎng)

兩種觀點(diǎn){超距作用作用作用電場(chǎng)電荷1電荷2電場(chǎng)1電場(chǎng)2電荷1電荷2產(chǎn)生作用作用產(chǎn)生靜電場(chǎng)：相對(duì)于觀察者靜止的電荷在周?chē)臻g激發(fā)的電場(chǎng)。電場(chǎng)力：電場(chǎng)對(duì)處于其中的其他電荷的作用力，電荷間的相互作用力本質(zhì)上是各自的電場(chǎng)作用于對(duì)方的電場(chǎng)力。二、電場(chǎng)強(qiáng)度

試驗(yàn)電荷q0{點(diǎn)電荷(尺寸小)q0足夠小，對(duì)待測(cè)電場(chǎng)影響極小定義電場(chǎng)強(qiáng)度q0

電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于單位正電荷在該點(diǎn)所受的電場(chǎng)力。q01.電場(chǎng)強(qiáng)度定義電場(chǎng)強(qiáng)度的單位：N/C或V/m由電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算電場(chǎng)力：電場(chǎng)對(duì)正負(fù)電荷作用力的方向：+如果電場(chǎng)中各個(gè)點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小和方向都相同，那么這種電場(chǎng)就叫勻強(qiáng)電場(chǎng)。場(chǎng)點(diǎn)源點(diǎn)（1）點(diǎn)電荷的電場(chǎng)q+2.電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算

（2）電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理和點(diǎn)電荷系的場(chǎng)強(qiáng)

q0qi對(duì)的作用電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理++-點(diǎn)電荷系的電場(chǎng)

q2qnq1

qiPrnr2r1ri

可見(jiàn)，點(diǎn)電荷系在空間任一點(diǎn)所激發(fā)的總場(chǎng)強(qiáng)等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)各自所激發(fā)的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和。電荷面分布電荷體分布電荷線分布dSdVdqld（3）任意帶電體的電場(chǎng)電荷元：P.電荷元場(chǎng)強(qiáng)對(duì)于電荷連續(xù)分布的帶電體，在空間一點(diǎn)P的場(chǎng)強(qiáng)為：電荷體分布：電荷面分布：電荷線分布：求解連續(xù)分布電荷的電場(chǎng)的一般步驟：依幾何體形狀和帶電特征任取電荷元dq；寫(xiě)出電荷元dq的電場(chǎng)表達(dá)式dE；寫(xiě)出dE在具體坐標(biāo)系中的分量式，并對(duì)這些分量式作積分；·將分量結(jié)果合成，得到所求點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。例題8-2試求間距很近的一對(duì)等量異號(hào)點(diǎn)電荷的延長(zhǎng)線和中垂線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。

解：由間距為的一對(duì)等量異號(hào)點(diǎn)電荷組成的帶電系統(tǒng)，

當(dāng)>>時(shí)稱(chēng)為電偶極子。從負(fù)電荷指向正電荷位置矢量稱(chēng)為電偶極臂，

電量與電偶極臂的乘積稱(chēng)為電偶極距（簡(jiǎn)稱(chēng)電距）。設(shè)水平向右為正方向,A點(diǎn)總場(chǎng)強(qiáng)為電偶極子軸線的延長(zhǎng)線上任一點(diǎn)A(x,0)的電場(chǎng)yxA(x,0)+++因?yàn)閤>>lr電偶極子中垂線上任一點(diǎn)的電場(chǎng)+用矢量形式表示為若rl

結(jié)論：電偶極子中垂線上，距離中心較遠(yuǎn)處一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，與電偶極子的電矩成正比，與該點(diǎn)離中心的距離的三次方成反比，方向與電矩方向相反。PxRr解：

【例題8-3】試求半徑為R均勻帶電為q的細(xì)圓環(huán)軸線上任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。

。所以，由對(duì)稱(chēng)性當(dāng)dq

位置發(fā)生變化時(shí)，它所激發(fā)的電場(chǎng)矢量構(gòu)成了一個(gè)圓錐面。由對(duì)稱(chēng)性xPRr即在圓環(huán)的中心，E=0由當(dāng)0=x當(dāng)時(shí)即P點(diǎn)遠(yuǎn)離圓環(huán)時(shí)，與環(huán)上電荷全部集中在環(huán)中心處一個(gè)點(diǎn)電荷所激發(fā)的電場(chǎng)相同。討論：

解：建立直角坐標(biāo)系

取線元dx

帶電將投影到坐標(biāo)軸上aP

1

2dExdEyθdxr練習(xí)

求距離均勻帶電細(xì)棒為a的P點(diǎn)處電場(chǎng)強(qiáng)度。

設(shè)棒長(zhǎng)為L(zhǎng),帶電量q，電荷線密度為l

=q/L。

積分變量代換

代入積分表達(dá)式同理可算出,,aP

1

2dExdEyθdxr當(dāng)直線長(zhǎng)度