第八章静电场.doc

第 八 章 静 电 场一、 库 仑 定 律1.摩擦起电现象用丝绸摩擦过的玻璃棒或用毛皮摩擦过的橡胶棒，能够吸引纸屑、头发等轻小物体物体有了吸引轻小物体的性质，就说物体带了电（这个物体被叫做带电体），或者说带了电荷用摩擦的方法使物体带电叫做摩擦起电2.两种电荷自然界中只存在着两种性质不同的电荷，即正电荷和负电荷用丝绸摩擦过的玻璃棒带的电荷是正电荷，用毛皮摩擦过的橡胶棒带的电荷是负电荷电荷之间有相互作用，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引物质是由原子组成的，原子是由原子核和核外电子构成的原子核是由带正电质子和不带电的中子组成原子核带正电，核外电子带负电通常情况下，核外电子所带负电荷的总和与原子核里质子所带正电荷的总和相等，整个原子呈现中性中性原子失去电子，它就带正电；得到多余的电子，它就带负电摩擦起电的过程中，一个物体因失去一些电子而带正电荷，同时另一个物体因得到这些电子而带等量的负电荷摩擦起电并不是创造了电荷，只是电荷从一个物体转移到另一个物体不仅摩擦起电如此，所有的起电过程，实际上都是使物体中的正负电荷分开的过程，并不创造电荷3.电量 基本电荷物体所带电菏的量值叫做电量，常用符号q或Q表示在国际单位制中，电量的单位为库仑，简称库，符号是C质子和电子带的电量除有正负不同外，其值均为e =1.6010-19C已有的实验表明，没有带电量比e更小的单独存在的粒子，任何带电粒子所带的电量都等于e的整数倍因此，把e =1.6010-19C叫做基本电量，而把电量为e的电荷叫基本电荷4.电荷守恒定律表述：电荷既不能创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一个物体，或者从物体的一部分转移到另一部分电荷守恒定律是自然界中一个非常重要的规律，它不仅在宏观现象中成立，在原子、原子核和基本粒子的微观过程中同样成立例如，在对原于核的研究中发现，在核反应中，不仅质量数守恒，而且电荷数守恒，总电荷数保持不变迄今为止，人们还没有发现任何与电荷守恒定律相违背的事实5.点电荷当带电体间的距离比它们的大小大得多，以至于带电体的形状和大小对相互作用力的影响可以忽略不计时，这样的带电体就可以被看成是点电荷点电荷就象质点那样，是一种理想化模型6.库仑定律表述：在真空中，电量分别为q1和q2的两个点电荷之间的相互作用力的大小和它们的电量的乘积成正比，和它们之间的距离r的平方成反比，作用力的方向在它们的连线上，同种电荷互相斥，异种电荷互相吸公式： 式中k是比例恒量，叫做静电力恒量它的数值和单位决定于式中各量的单位，可由实验确定在国际单位制（SI）中，k = 9109 Nm2C-2注意：库仑定律只是对点电荷才成立对于不能被看作点电荷的带电体，库仑定律不成立比如两个靠近的带电平板，它们之间的作用力不能直接由库仑定律计算二、 电 场 强 度1.电场任何力的作用都离不开物质近代科学研究表明，两个电荷相互作用时虽然并不直接接触，但它们之间的相互作用是通过一种看不见、模不着的特殊物质实现的，这种特殊形态的物质叫做电场只要有电荷存在，它的周围就存在着电场由于电荷间的相互作用是通过电场而实现的，因此，这种相互作用力也叫做电场力存在于静止电荷周围的电场称为静电场本教程所说的电场都是指静电场2.电场强度的定义电场强度是反映电场强弱和方向的物理量电场中某一点的电场强度的大小和方向定义如下：大小：放入电场中某一点的电荷受到的电场力F跟它的电量q的比值，叫做这一点的电场强度，简称场强，通常用E表示，即从上式可知，电场强度的单位是N/C方向：电场强度跟力一样，也是矢量我们规定电场中某点的场强方向跟正电荷在该点所受电场力的方向相同在这种规定下，负电荷所受电场力的方向就跟该点场强方向相反图8-1rP+ qr- qEEP对于给定的带电体，其周围空间存在着电场，电场中各点的场强有确定的大小和方向，与放入该点的电荷q无关（比值F/q与q无关）如果电场中某一点的场强E已知，那么点电荷q在该点所受的电场力为3.点电荷的电场强度如图8-1所示，在点电荷q的电场中，距离q为r的P点处场强E的大小，由场强的定义和库仑定律得出图8-2r1E1+ q1r2- q2EE2P场强E的方向：如果q是正电荷，E的方向沿着q、P的连线背离q；如果q是负电荷，E是的方向沿铅q、P的连线指向q从上式可以更清楚地看出，场强E只与产生电场的电荷q和P点所在的位置r有关，与P点是否放电荷或放什么样的电荷无关，因此，场强E完全反映了电场本身的性质4.电场的迭加如果有几个点电荷同时存在，那么它们的电场就会互相迭加，形成合电场这时某点的场强，就等于各个点电荷单独产生的场强的矢量和例如图8-2中，Q1和Q2在P点的场强分别为E1 = k q1/r1和E2 = k q2/r2，P点的合场强E就是E1和E2的矢量和如果E1和E1在一条直线上，那么E是E1和E2的代数和本书只限于讨论E1和E2在一条直线上的情况5.电场线( a )( c )( b )( d )图8-3为了形象地表示电场的方向和强弱，在电场中画出系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线，使曲线上任意一点的切线方向都跟该点的场强方向一致，曲线的疏密程度反映场强的大小，这些曲线就叫做电场线电场线的形状可以用实验来模拟图8-3中a、b是点电荷的电场线；c、d是两个等量的电荷的电场线从图中可以看出电场线起始于正电荷（或无限远处），终止于负电荷（或无限远处），不闭合，不相交场强越大的地方电场线越密，场强越小的地方电场线越硫应该注意，虽然我们可以用实验来模拟电场线，但电场线并不是电场里实际存在的线，而是人们为了使电场形象化而假想的线，是一种形象地描绘电场的手段图8-46.匀强电场在电场的某一区域里，如果各点的场强的大小和方向都相同，这个区域的电场就叫做匀强电场在匀强电场里，既然各点的场强的方向都相同，电场线就一定是互相平行的直线，既然各点的场强的大小都相