《静电场电场强度》PPT课件.pptVIP

电电 磁磁 学学 任课教师：任课教师： 魏魏 平平 联系电话：联系电话：1370540649313705406493 应注意的几个问题 1、上课注意听讲； 2、课后及时完成作业； 1）不要盲目的照抄习题解答； 2）每周二交作业（两周交一次）； 3）平时作业成绩占期末总成绩的20%！ 3、有问题及时答疑。 上学期大学物理内容回顾 一、力学：包括质点运动学、质点力学和刚体力学 是物理学的基础 二、振动与波动学：力学应用于周期运动。 三、波动光学：光的干涉、衍射与偏振。 四、近代物理学基础：相对论和量子力学初步。 本学期大学物理内容安排 一、电磁学：物理学中册的全部内容。 二、热力学与统计物理学:物理学上册6、7两章。 最基本的科学方法之一 基本原理+叠加原理解决复杂问题 大学物理电磁学的主要内容： 1）由静电荷在真空中产生的静电场； 2）由运动电荷在真空中产生的静磁场； 3）物质在静电场和静磁场中的行为； 4）电磁场的应用。 电 磁 学 自然界存在大量的电磁现象，与人类的生活和生产密切相关。 电、磁分离 1820 奥斯特 发现电流磁 效应 1831 法拉第 发现电磁感 应现象 1865 麦克斯 韦的电磁场 理论 第8章 静电场 电荷是产生电、磁场的源 由相对于观察者静止的电荷产生的场称为静电场； 由相对于观察者运动的电荷产生的场的一部分称为磁场。 补 充 场：具有某些物理属性的空间区域称之为“场”，譬如引力场、 电场、磁场、流体速度场等。 矢量场：当描述场的物理量是空间坐标的矢量函数时，相应 的物理场叫做矢量场。 标量场：当描述场的物理量是空间坐标的标量函数时，相应 的物理场叫做标量场。 有源场：流线是有头有尾的非闭合曲线，这种流场称为有源场。 有源场：若流速场处处无源头又无汇，这种流场称为无源场。 有旋场：流体的流动形成“涡旋”，流线是无头无尾的闭合曲线这 种流场称为有旋场。 有旋场：若流场中处处无“涡旋”，这种流场称为无旋场。 补 充 通量：对于流速场而言，就是流量，即单位时间内通过流体某 一截面的流体体积。 环量：对流速场而言，就是场矢量沿任意闭合回路的线积分。 （环路定理） 问题：如何通过高斯定理和环路定理判断场是有源或无源、有旋 或无旋场？ 通过任意闭合曲面的通量： （高斯定理） 2. 电荷守恒定律 在一个与外界没有电荷交换的系统内，正负 电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。 1. 电荷的量子化 19061917年，密立根（R.A.millikan )用液滴 法测定了电子电荷，证明微小粒子带电量的变化是 不连续的，它只能是元电荷 e 的整数倍,即粒子的电 荷是量子化的。 8-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 1986年的推荐值为：e =1.6021773310-19库仑(C) 实验发现两个带电体之间有相互作用力。 如何探索带电体之间相互作用力规律？ 消除形状的影响 先研究两个微小电荷之间的相互作用力 规律 基本原理 再由叠加原理得到总的力 “基本原理”+“叠加原理” 将带电体划分成足够小的微元 8-2 库仑定律 静电力的叠加原理 一、库仑定律电磁学的最基本规律 1736年6月14日生于法国昂古莱姆 1777年发明了扭秤。扭秤能以极 高的精度测出非常小的力.1782年 当选为法国科学院院士. 1785年，库仑用自己发明的扭秤建 立了静电学中著名的库仑定律 . 1785年，首先提出点电荷（point charge）的理想模型 . 库仑的扭秤实验发现在真空 中两个静止点电荷之间的作 用力有如下规律： 2）作用力的方向沿着两个点电荷的连线方向； 3）两点电荷间的相互作用力大小相等，方向相反，满足牛顿第 三定律。 如何表示库仑力的大小？ 1）大小与其电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比； 称为真空的介电系数或电容率 如何表示库仑力的方向？ 比例系数的 有理化： 同号电荷相排斥，异号电荷相吸引！ 电荷之间的相互作用力是“平方 反比”力；这一点至关重要！ 单位矢量 实验表明，库仑力满足线性叠加原理，即多个点电荷同时 作用于一个点电荷的力等于每个点电荷单独存在是对该点电荷 作用力之矢量和。 二、库仑力的叠加原理 基本原理+叠加原理 解决复杂的问题 如何解决多个点电荷同时作用于一个点电荷的力的问题？ 例题1 求放在正方形中心的点电荷q0所 受的库仑力。 基本原理+叠加原理解 思考：若将下边的两个负电荷换成等量的正电荷，结果如何？ 方向竖直向下 两个电荷之间的相互作用力是如何传递的？是否需要时间？ 1、超距作用观点：两个电荷之间的相互作用力不需任何物质 传递，也不需要时间。 2、近距作用观点：两个电荷之间的相互作用力是通过场传递 的，需要一定的时间场的观点。 8-3 电场和电场强度 一、电场(Electric field)及其物质性 1. 什么是电场？ 电荷之间的相互作用力是通过电场传递的，或者说电荷周围存 在电场，进入电场中的任何带电体，都将受到电场的作用力。 带电体周围空间存在的一种特殊的物质。其重要性质之一 就是当有外来电荷处于其中时会受到电场力的作用。 电荷 电场 电荷 单位正电荷在电场中某点所受到的电场力。表示空间某 一点电场的强弱与方向。 2、电场强度大小和方向与试验电荷无关，反映电场本身的性质。 试验电荷 电场强度的定义： 如何检验电场的存在和描述电场的强弱与方向？ 利用“电场对处于其中的电荷有力的作用”这一性质。 (体积和电量均足够小的点电荷) 二、电场强度描述电场强弱与方向的物理量 实验发现：在电场中某一点，F/q0是常数，F 的方向不变。 1、电场强度的物理意义 3、电场强度的单位 牛顿每库仑 N/C 或者是伏特每米（V/m） 如果已知带电体的情况（大小、形状和带电量），能 不能用理论计算的方法求出该带电体产生的电场强度？ 1 点电荷产生的电场强度 位矢 场源电荷 场点 三、电场强度的计算 电场强度叠加原理 试验电荷 电场强度的大小： 电场强度的方向： 点电荷产生的电场强度： 当 q0 时， E 的方向沿矢径指向外； 当 q0,E 0,E 方向垂直带电导体向外 当 a L 杆可以看成点电荷 圆环轴线上任一点P 的电场强度 R P解 dq O x r 例4 半径为R 的均匀带电细圆环，带电量为q 求 圆环上电荷分布关于x 轴对称 讨论 2、圆环中心的场强 1、当所求场点到圆心的距离远大于环的半径，即xR时： 此时,圆环相当于一个点电荷. 圆环中心的场强等于零, 这是叠加原理的必然结果。 P 例5 均匀带电圆盘轴线上一点的场强。 设圆盘带电量为 ，半径为 解：带电圆盘可看成许多同心的圆环 组成，取一半径为r，宽度为dr 的细 圆环带电量 dr x 讨论1 x 相当于无限大均匀带电平面产生的电场 强度，可看成是均匀场，场强垂直于板面， 方向由电荷的正负决定。 无限大均匀带电平面产生的电