物理学教程 下册 马文蔚

,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