6-1 电荷和电场.ppt

一 电荷 1 电荷 摩擦起电和雷电 对电的最早认识 两种电荷 正电荷和负电荷 电性力 同号相斥 异号相吸 电量 物体带电荷数量的多少 单位 库仑C 宏观带电体的带电量q e 准连续 夸克模型 e 1 602 10 19库仑 为电子电量 2 电荷量子化 密立根 强子的夸克模型具有分数电荷 或电子电荷 但实验上尚未直接证明 在自然界中 电荷总是以基本单元的整数倍出现 近代物理把电荷的这种不连续性称为电荷的量子化 3 电荷守恒定律 正负电荷的代数和在任何物理过程中始终保持不变 这一规律称为电荷守恒定律 自然界的基本守恒定律之一 二 库仑定律 1785年 法国物理学家库仑 C A Coulomb 给出了真空中两个点电荷间的相互作用 库仑 C A Coulomb 库仑扭称 通过测量丝线扭转角度确定q与Q之间作用力 1 点电荷 电量集中在一个几何点 2 可以简化为点电荷的条件 1 点电荷是理想化的物理模型 3 相对性 视研究问题而定 2 库仑定律 在真空中 两个静止点电荷之间相互作用力与这两个点电荷的电荷量的乘积成正比 而与这两个点电荷之间的距离的平方成反比 作用力的方向沿着这两个点电荷的连线 同号电荷相斥 异号电荷相吸 库仑定律说明 同号电荷相互排斥异号电荷相互吸引 1 力的方向 2 两个以上点电荷之间的相互作用 3 静电力与万有引力 在原子中 电子和质子之间的静电力远比万有引力大 由此 在处理电子和质子之间的相互作用时 只需考虑静电力 万有引力可以略去不计 1 电场 三 电场电场强度 两点电荷之间的相互作用力是相距一定距离而发生的 不同于通常物体间相接触的相互作用力 这种超距离的相互作用靠什么传递呢 普遍的观点认为 第一个电荷在它周围的空间产生电场 第二个电荷并没有直接接触第一个电荷 而是处在它的电场中并与该电场发生相互作用 2 电场强度 单位 在电场中的某点 单位正电荷所受到的电场力为该点电场的电场强度 简称场强 电荷在电场中受力 1 点电荷的电场强度 四 用库仑定律计算场强 由力的叠加原理得所受合力 故处总电场强度 2 点电荷系的电场强度 例6 1一点电荷 位于坐标 d 0 处 另一点电荷 位于 d 0 处 如图所示 计算点P x y 处场强 设d 1m x y 2m 解 Q1和Q2的场强大小为 总场强在x y轴上的分量 例6 2如图所示为由位于 0 a 的正电荷Q与位于 0 a 的负电荷 Q所组成的电偶极子 求其垂直平分线上距 O点r处点P的场强 解 在x轴上任何一点 两个电荷产生的场强有同样的大小 由对称性可知 E 与E 的 x分量抵消了 只剩y分量 将电偶极子中一个电荷的电量Q与正负电荷之间距离d的乘积定义为电偶极矩 用符号P表示 d的方向由 Q指向Q 则有 注意 3 电荷连续分布情况 点处电场强度 例6 3一无限长带电直线 电荷线密度为 求距该直线R处的电场强度 解 选择电荷元 产生的元场强的大小 由对称性可知 场强的y分量抵消 例6 3如图所示为半径a的均匀带电圆环 总电量Q 求圆环轴线上距圆心为x处点P的场强 解 选择电荷元 产生