4.2电场和电场强度.ppt

演示实验 点电荷平面电荷电场线 静电跳球 摆球滚筒 日光灯静电启辉 4 2电场和电场强度4 2 1电场4 2 2电场强度4 2 3电场强度的计算 4 2 1电场 电荷在它的周围产生一种特殊形态的物质 其基本特征是 相对观察者静止的电荷所产生的电场 称为静电场 电场对电荷的作用力 称为电场力 或电力 电荷周围的这种物质 称为电场 静电场对电荷的作用力称为静电力 对处于其中的任何其他电荷都有作用力 变化的磁场也能激发电场 这种电场称为感生电场 它不是静电场 近代物理学证实 场的观点是正确的 相互作用由场以有限速度传播 对研究静止电荷之间的相互作用而言 场的引入似乎只是一种描述方式 本章主要介绍静电场 电磁场是物质的一种形态 虽然它不像实物那样由电子 质子和中子构成 但是它和实物一样具有能量 动量等物质的基本属性 但是在电磁波的发射和接收中 电磁场的实在性就明显地表现出来 电量足够小 不致于改变产生原来电场的电荷分布 4 2 2电场强度 q0 线度足够小 点电荷 在场点P的电场强度 定义为 电场中某点的电场强度的大小 等于静止于该点的单位正电荷所受的作用力 其方向与正电荷在该点受力的方向相同 电场强度的单位 N C 1或V m 1 根据场强的定义和库仑定律 静止点电荷的场强 场强是球对称分布 场强的大小与电量成正比 与场点到电荷的距离的平方成反比 方向沿半径向外 q 0 或向内 q 0 场强叠加原理 适用于静电场及其他各类电场 静 静 动 动 源电荷 q q 电荷间的作用力与电场的关系 洛伦兹力 电场力与受力电荷运动速度无关 受力电荷 站在雷雨中的高地 十分危险 切勿模仿 由一对离得很近的等量异号点电荷组成的带电系统 4 2 3电场强度的计算 给定电荷分布 应用库仑定律和场强叠加原理可以求空间各点的电场 1 电偶极子的电场 电偶极子 电偶极子的性质用电偶极矩矢量描述 电偶极子中垂线上较远点P r l 的场强 正 负电荷在P点场强的y轴分量相互抵消 x轴分量相等 合场强的大小为 证明 电偶极矩方向上 离中心r远处的场强 均匀电场中电偶极子所受电场力形成一个力偶 合力为零 总之 电偶极子的场强由电偶极矩决定 并与距离的三次方成反比 比点电荷的场强衰减得快 电场对电偶极子作用一个力矩 让电偶极矩转向电场的方向 2 连续分布电荷的电场 电荷集中在带电的基本粒子上 但宏观电磁现象所涉及的带电物体包含大量带电粒子 电荷密度 V 宏观足够小 微观充分大 包含大量带电粒子 在电磁学中电荷可以看成是连续分布的 带电线模型 带电细棒 只考虑细棒外部区域的电场 定义线电荷密度 带电面模型 电荷连续分布在物体薄层内或不同介质的分界面内 只研究薄层或界面外部区域的电场 定义面电荷密度 q 面积为 S的一小块薄层体积内的电量 q 长度为 L的一小段细棒内的电量 解 例4 2 求均匀带电无限长细棒周围的电场强度 带电细棒线电荷密度为 棒无限长 O为中点 dEy相互抵消 因此 方向 例4 3 求均匀带电细圆环在轴线上一点的电场强度 圆环的半径为R 所带电量为q 解 圆环中心处场强为零 轴对称 垂直分量相互抵消