第一次课-静电场10.1-10.2.ppt

应注意的几个问题 1 上课注意听讲 2 课后及时完成作业 1 不要盲目的照抄习题解答 2 每两周交一次作业 3 平时作业成绩及考勤占期末总成绩的20 3 有问题及时答疑 本学期大学物理内容安排 大学物理下册 吴百诗主编 第10章静电场第11章恒定电流的磁场 静磁场 第12章电磁感应与电磁场 电磁现象普遍存在于日常生产生活中 因此 理解和掌握电磁运动的基本规律在理论与实践中都有极重要的意义 一般来说 运动电荷同时激发电场和磁场当我们所研究的电荷相对某参考系静止时 电荷在这个静止参考系中就只激发电场 而无磁场 静电场 电荷是产生电磁场的源 第10章静电场 本章主要内容 一个定律 静电场的基本定律 库仑定律两个定理 静电场的两条基本定理 高斯定理和环路定理两个基本物理量 描述静电场的基本物理量 电场强度和电势 10 1电荷库仑定律 电荷 1 电荷有正负两种电荷 1747年富兰克林 BenjaminFranklin 发现了电 第一个科学地用正电 负电概念表示电荷这一性质 2 电荷的量子化 美国著名的物理学家密立根 R A Millikan 用近8年的时间 1909 1917年 终于用油滴法测定了电子电荷e 证明微小粒子带电量的变化是不连续的 它只能是元电荷e的整数倍 即粒子的电荷是量子化的 电子所带电荷的绝对值称元电荷 或称电荷的量子 用e来表示 带电体的电荷 1986年的推荐值 在一个与外界没有电荷交换的系统内 正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变 不管在宏观领域还是在微观领域 电荷守恒定律都成立 电荷守恒定律 实验发现两个带电体之间有相互作用力 如何探索带电体之间相互作用力规律 消除形状的影响先研究两个微小电荷之间的相互作用力规律 基本原理再由叠加原理得到总的力 将带电体划分成足够小的微元 库仑定律是电磁学的最基本规律 1736年6月14日生于法国昂古莱姆 1777年发明了扭秤 扭秤能以极高的精度测出非常小的力 1782年当选为法国科学院院士 1785年 库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律 库仑定律 1 在真空中 两个静止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 与它们之间距离的平方成反比 2 作用力的方向沿着两个点电荷的连线方向 3 两点电荷间的相互作用力大小相等 方向相反 满足牛顿第三定律 q2 q1 库仑力的方向 库仑力的大小 库仑定律内容 实验表明 库仑力满足线性叠加原理 即多个点电荷同时作用于一个点电荷的力等于每个点电荷单独存在时对该点电荷作用力之矢量和 库仑力的叠加原理 基本原理 叠加原理解决复杂的问题 如何解决多个点电荷同时作用于一个点电荷的力的问题 例题求放在正方形中心的点电荷q0所受的库仑力 基本原理 叠加原理 解 思考 若将下边的两个负电荷换成等量的正电荷 结果如何 方向竖直向下 两个电荷之间的相互作用力是如何传递的 是否需要时间 1 超距作用观点 两个电荷之间的相互作用力不需任何物质传递 也不需要时间 2 近距作用观点 两个电荷之间的相互作用力是通过场传递的 需要一定的时间 场的观点 一 什么是电场 电荷之间的相互作用力是通过电场传递的 带电体周围空间存在的一种特殊的物质 其重要性质之一就是对处于其中的电荷有力的作用 10 2电场电场强度 二 电场强度 电场强度的大小 上式模值 方向 正电荷受力方向 电场强度单位 牛顿 库仑 N C 或伏特 米 V m 物理意义 单位正电荷在电场中某点所受到的电场力 电场强度是空间位置函数 电场强度是表征静电场施力性质的物理量 与试验电荷存在与否无关 q 如何检验电场的存在和描述电场的强弱与方向 实验发现 在电场中任一点 F q0是常数 的方向不变 如果已知带电体的情况 大小 形状和带电量 能不能用理论计算的方法求出该带电体产生的电场强度 1点电荷及点电荷系产生的电场强度 1 点电荷产生的电场强度 三 电场强度的计算电场强度叠加原理 电场强度的大小 电场强度的方向 点电荷产生的电场强度 当q 0时 E的方向沿矢径指向外 当q 0时 E的方向沿矢径指向内 点电荷产生的场强具有球面对称性 场源电荷 即在以点电荷为球心的任意球面上 场强的大小均相等 方向均沿半径方向 点电荷系产生的电场强度 场强迭加原理 点电荷系的电场中某点处的电场强度等于各个点电荷单独存在时在该点产生的电场强度的矢量和 例1求电偶极子中垂线上距离中心较远处一点的场强 称该带电体系称为电偶极子 解 定义电偶极矩为 结论 电偶极子中垂线上距离中心较远处一点的场强 与电偶极子的电矩成正比 与该点离中心的距离的三次方成反比 方向与电偶极矩方向相反 由于电偶极矩为 连续带电体产生的电场中的场强 将带电体分成很多元电荷dq 先求出它在任一场点p的场强 dq 再对场源求积分 可得总场强Ep 解 由对称性可知 中垂面上一点的场强只有Y方向的分量 在Z和X方向无分量 完成积分 例2求均匀带电直线中垂面上一点的场强 设棒长为 带电量 电荷线密度为 y z 无限长均匀带电直线的场强 相当于点电荷的场强 方向垂直于细棒 P y 扩展 例3 正电荷q均匀分布在半径为R的圆环上 计算在环的轴线上任一点P的场强 解 dq dl 讨论 此时 圆环相当于一个点电荷 p X x r 例4 有一半径为R 电荷均匀分布的薄圆盘 其电荷面密度为 求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点处的电场强度 解 由上题结果 讨论1 相当于无限大均匀带电平面产生的电场强度 可看成是均匀场 场强垂直于板面 方向由电荷的正负决定 P 无限大均匀带电平面产生的电场强度 小结 两种最常用的电场强度 方向