电荷的量子化电荷守恒定律.ppt

主讲教师 赵 俊,开课单位 物理科学与技术学院,欢迎同学们继续学习,E-mail：,物理学 第五版,上学期大学物理考试情况,期末考试90分以上者： 蔡金虎、高涛、吉小霞,物理学 第五版,上学期大学物理考试情况,期末考试90分以上者： 王发强,物理学 第五版,重申学习要求,2、遵照有关规定，期末成绩的考核方法是： 课程考核说明及要求：本课程期末考试，考试形式闭卷。 其成绩评定方法：期末考试占80%，平时成绩占20%。 考试题型：选择题、填空题、计算题。 考试时间：120分钟。 平时成绩来源于：第一，必须按时完成布置的习题； 第二，平时的考勤；,1、请大家课前认真预习，课后及时复习课本相应章节内容（高等数学知识在大 学物理学习中非常重要，请大家注意及时复习）；,3、纪律要求： 1） 上课不旷课、不迟到、不早退、坚持做笔记 ； 2） 旷课达总课时1/3的学生取消考试资格。 3） 下课认真阅读教材；独立完成作业，按时交作业 ； 4） 作业缺1/3的学生取消考试资格。,物理学 第五版,本学期教学内容安排,+习题课四,+习题课一,物理学 第五版,1、什么是电磁学,电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学是研究电磁运动及其规律的物理学分支。,2、电磁学的主要内容 电荷、电流产生电场和磁场的规律； 电场和磁场的相互作用； 电磁场对电流、电荷的作用； 电磁场中物质的各种性质。,电 磁 学,物理学 第五版,第五章,静电场,本章主要内容：研究真空中静电场的基本特性： 静电场的基本定律：库仑定律、叠加原理 静电场的基本定理：高斯定理、环路定理 描述静电场的物理量：电场强度、电势 揭示静电场基本性质(有源场、保守场),静电场：静止电荷产生的电场。由于电荷相对于惯性参考系静止时，电荷在此惯性参考系中就只激发电场，而无磁场。,物理学 第五版,结构框图,物理学 第五版,9,按照原子理论，在每个原子里，电子环绕由中子和质子组成的原子核而运动称为电子云,物质结构理论：,原子中的中子不带电，质子带正电，电子带负电，质子与电子所具有的电荷量(简称电荷)的绝对值是相等的。,原子核的线度,电子云的线度,5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律,10,在正常情况下，每个原子中的电子数与质子数相等，故物体呈电中性。,当物体经受摩擦等作用而 造成物体的电子过多或不足 时，我们说物体带了电。若 是电子过多，物体就带了负 电；若是电子不足，则物体 带了正电。,5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律,11,1897年J.J.汤姆孙从实验中测出电子的比荷(即电子的电荷与质量之比 e/m ),1913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。,5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律,一 电荷的量子化,12,电荷量子化(charge quantization )是个实验规律。,迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷。现在也提出可能存在具有1/3e和2/3e电荷的基本粒子理论推测，但目前在实验上，并没有发现它们。,电量的国际单位：名称为库仑，简称库，符号为C,5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律,电荷的相对论不变性：在不同的参照系内观察，同 一个带电粒子的电量不变。,13,二 电荷守恒定律,不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变. （自然界的基本守恒定律之一）,5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律,三 电荷究竟是什么？,电荷就是电子、质子等这些粒子？,电荷：,（与物体的惯性质量一样）是物体的一种属性，为了表示物体电力的强度规定了电荷量。,14,电子、质子带有电荷，同时又有质量。,对于电荷的正负使用的命名法是富兰克林提出的，实际上，是可以任意的。,5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律,15,库仑 (C.A.Coulomb 1736 1806）,5-2 库仑定律,法国物理学家，1785年通过扭秤实验创立库仑定律, 使电磁学的研究从定性进入定量阶段. 电荷的单位库仑以他的姓氏命名.,1773年提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法，是结构工程的理论基础。1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得出摩擦定律。,16,5-2 库仑定律,1. 点电荷,当带电体的大小、形状与带电体间的距离相比可以忽略时,就可把带电体视为一个带电的几何点。(一种理想模型),2. 库仑定律,处在静止状态的两个点电荷，在真空（空气）中的相互作用力的大小，与每个点电荷的电量成正比，与两个点电荷间距离的平方成反比，作用力的方向沿着两个点电荷的连线。同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引。,17,为真空电容率,受 的力,5-2 库仑定律,18,实验表明，库仑力满足线性叠加原理， 即不因第三者的存在而改变两者之间 的相互作用。,静电力的叠加原理：,3.叠加原理,5-2 库仑定律,19,5-2 库仑定律,对电荷连续分布的带电体,Q,已知两杆电荷线密度为，长度为L，相距L,解,例,两带电直杆间的电场力。,求,一. 静电场, 后来: 法拉第提出场的概念, 早期：电磁理论是超距作用理论, 电场的特点,(1) 对位于其中的带电体有力的作用,(2) 带电体在电场中运动,电场力要作功，表明电场具有能量,(3)变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量,表明电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性., 静电场,静止电荷产生的场叫做静电场,5-3 电场强度,二. 电场强度,场源电荷,产生电场的电荷,检验电荷,线度足够小，小到可以看成点电荷； 电量足够小，小到把它放入电场中后，原来的电场几乎没有什么变化。,在电场中任一位置处：,定义：,电场中某点的电场强度的大小等于单位电荷在该点受力的大小，其方向为正电荷在该点受力的方向。,23,单位:,电场强度是电场本身的属性，与试验电荷的存在与否无关，并不因无试验电荷而不存在，只是由试验电荷反映,电荷q受电场力:,5-3 电场强度,24,三 点电荷电场强度,5-3 电场强度,说明： (1)点电荷电场是非均匀电场； (2)点电荷电场具有球对称性。,25,四 电场强度叠加原理,点电荷系的电场,5-3 电场强度,26,电荷连续分布的电场,电荷体密度 ,5-3 电场强度,27,电荷面密度 ,电荷连续分布的电场,+,5-3 电场强度,28,电荷线密度 ,电荷连续分布的电场,5-3 电场强度,离散型,连续型,计算的步骤大致如下： 任取电荷元dq，写出dq在待求点的场强的表达式； 选取适当的坐标系，将场强的表达式分解为标量表示式； 进行积分计算； 写出总的电场强度的矢量表达式，或求出电场强度的大小 和方向； 在计算过程中，要根据对称性来简化计算过程。,电场强度的计算方法,30,例: 若一玻璃棒均匀带电+Q, 弯成如图所示半径为R的半圆环, 求圆心处的电场强度.,解:电荷元,在O处的电场强度,5-3 电场强度,31,讨论: 电荷分布为 , 求o处的电场强度.,在处,在o处,解:,5-3 电场强度,32,讨论:电荷分布如下图所示, 上半部+Q,下部-Q, 求o处的电场强度.,在处,在o处,解:,5-3 电场强度,33,复 习,电荷的量子化 电荷守恒定律 库仑定律 静电场的概念 电场强度 电场强度叠加原理 电场强度的计算,5-3 电场强度,34,电偶极矩(电矩),例：电偶极子的电场强度,电偶极子的轴,+,-,电偶极子：等量异号电荷+q、-q，相距为r0，它相对于电荷距场点的距离r而言很小，称该带电体系为电偶极子。,5-3 电场强度,35,（1）轴线延长线上一点的电场强度,.,.,+,-,5-3 电场强度,36,5-3 电场强度,37,（2）轴线中垂线上一点的电场强度,.,+,-,.,5-3 电场强度,它在空间一点P产生的电场强度（P点到杆的垂直距离为a),解,由图上的几何关系,例,长为L的均匀带电直杆，电荷线密度为,求,(1) a L 杆可以看成点电荷,讨论,(2) 无限长直导线,(3)导线半无限长呢？,如图所示为一沿x轴放置的“无限长”分段均匀带电直线, 电荷线密度分别为 ( x 0)，则xoy平面上 (0, a)点处的场强为:,. (B),. (D),(A),0,(C),41,例 正电荷q均匀分布在半径为R的圆环上. 计算通过环心点O并垂直圆环平面的轴线上任一点P处的电场强度.,5-3 电场强度,42,解,故,由于,5-3 电场强度,43,（1）,（2）,（3）,讨 论,5-3 电场强度,44,例 有一半径为R，电荷均匀分布的薄圆盘，