物理学教程 下册 马文蔚.ppt

第九章静电场 教学基本要求 1 了解电荷 电量 电荷守恒定律及其量子化概念 2 掌握库仑定律 3 理解静电场及其基本性质 4 掌握描述静电场的两个基本概念 电场强度及电势 并能理解场强和电势之间的关系 5 掌握点电荷电场和电场叠加原理 并能用其计算任意带电体的电场强度和电势 6 理解电场线和电场强度通量的概念 并能求简单情况下的电场强度通量 7 掌握反映电场性质的基本定理 高斯定理 静电场的环路定理 并能应用高斯定理求电荷简单对称分布情况下的电场强度 一电荷基本性质 二电荷守恒定律 在孤立系统中 电量的代数和保持不变 5 电荷的相对论不变性 在相对运动的两惯性系中同一电荷电量相等 9 1电荷的量子化电荷守恒定律 电磁学研究电磁规律的学科 电磁现象 摩擦生电 大自然的雷电 天然磁石的指向 电磁现象的系统研究 十六世纪 1865年英国物理学家麦克斯韦建立了宏观电磁场理论 1 物质结构 物质 分子 原子 原子核 电子 夸克 轻子 亚夸克 2 物体的带电 4 电荷量子化 3 电荷分正负 同性相斥 异性相吸 元电荷 一点电荷模型 9 2库仑定律 真空中 两个点电荷之间相互作用的规律 二库仑定律 在真空中 两个静止的点电荷之间的相互作用力 其大小与它们电荷的乘积成正比 与它们之间距离的二次方成反比 作用力的方向沿着两点电荷的连线 同号电荷相斥 异号电荷相吸 矢量式 同号 异号 或 为真空电容率 库仑力遵守牛顿第三定律 牛顿第二定律 低速 注意 1 库仑定律仅适用于点电荷 电场力是有心力 可引入电势和电势能的概念 解 例在氢原子内 电子和质子的间距为求它们之间电相互作用和万有引力 并比较它们的大小 微观领域中 万有引力比库仑力小得多 可忽略不计 一静电场 电荷1 电场 电荷2 实物 物质 场 1 带电体之间的相互作用是通过场来实现的 9 3电场强度 2 场是一种物质形态 它可以脱离源而单独存在 不同 1 实物物质具有确定的存在空间 场是弥散的 2 实物物质有不可入性 但运动形态有可叠加性 场本身和运动形态都有可叠加性 相同 都具有能量 动量和质量 3 静电场相对观察者静止的电荷在其周围空间激发的电场 称为静电场 静电场的对外表现 1 对引入电场中的带电体有力的作用 2 带电体在电场中移动时 电场力要对带电体做功 能量 3 电场使导体产生静电感应 使电介质产生极化现象 二电场强度 场源电荷 试验电荷 电场强度的定义 1 试验电荷 电量 大小足够小 故对原电场几乎无影响 2 电场强度的引入 单位 电场中某点处的电场强度等于位于该点处的单位试验电荷所受的力 与无关 引入电场强度 反映电场本身性质 定义式 三点电荷的电场强度 真空中 点电荷激发的电场具有球对称性 非均匀场 矢量点函数 解 大小 方向 四电场强度的叠加原理 由力的叠加原理得所受合力 点电荷对的作用力 故处总电场强度 电场强度的叠加原理 例在直角三角形ABC的A点上有电荷B点上有电荷 求C点的电场强度 解 建立坐标系如图 方向 电荷连续分布情况 电荷体密度 点处电场强度 微元法 电荷面密度 电荷线密度 1 静止孤立点电荷的场强 2 点电荷系的电场强度 3 连续带电体的电场强度 微元法 矢量积分的一般方法 1 电场强度的计算 方法 库仑定律 电场强度叠加原理 面分布 线分布 体分布 对称性分析 建立坐标系 矢量分解 矢量积分 标量积分 注意 2 求和或积分求出 建立坐标系如图 由对称性有 1 点电荷电场强度 2 3 方向沿x轴正向 解 建立坐标系如图 由例1 点电荷电场强度 均匀场 方向沿x轴正向 解 1 建立坐标系 如图 注意 各电荷元在P点场强方向均相同 方向沿x轴负向 2 建立坐标系 如图