第8章-静电场1.ppt

关于期末考试,成绩：考试80%，作业15%，检索5%考试内容：静电场约占25%，磁场约占20%电磁感应约占10%光学约占25%，近代约占20%课时：电磁学26，光学14，近代8论文,Electromagnetism,研究电磁现象及其规律的学科。,电磁学,电磁相互作用是自然界已知的四种基本相互作用之一,电磁学-历史上：科技发展的支柱21世纪：高技术发展的基石！,大学物理电磁学的主要内容：,1）由静电荷在真空中产生的静电场；,2）由运动电荷在真空中产生的静磁场；,3）物质在静电场和静磁场中的行为；,4）电磁场的应用。,两个定理：高斯定理、环流定理。,本章研究真空中静止电荷产生的电场,静电场-相对于观察者静止的电荷产生的电场。,两个物理量：电场强度、电势。,一个定律：库仑定律。,物质由原子组成，原子由原子核和核外电子组成,8.1.1电荷电荷守恒定律,5x10-15m,2x10-10m,电荷是实物粒子的一种属性，它描述了实物粒子的电性质。,物体具有吸引轻小物体的性质以后，便称为“物体带电”或“物体处于带电状态”。,物体带电的本质是两种物体间发生了电子的转移。,物体带电,电学基本概念和规律,当一种电荷出现时，必然有相等量值的异号电荷同时出现；一种电荷消失时，必然有相等量值的异号电荷同时消失。,电荷守恒定律（电量守恒定律）,电荷守恒定律适用于一切宏观和微观领域，是自然界中普遍的基本定律之一。,电学基本概念和规律,19061917年，密立根（R.A.millikan)用液滴法测定了电子电荷，证明带电体的电荷是电子电荷的整数倍。,电荷的量子化,元电荷,目前测量到的最小电荷单元,电子的电荷绝对值e,q=ne,n=1,2,3,电荷的这种只能取分立的、不连续量值的性质，称为电荷的量子化。,电学基本概念和规律,电子是自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷？,1986年的推荐值：e=1.6021773310-19库仑(C),库仑是电量的国际单位。,夸克模型-1964年盖尔曼etc.提出，强子是由物质结构的基本单元-夸克Quark组成的,近代物理在此理论上预言：强子是由若干种夸克或反夸克组成，其电量(1/3)e或(2/3)e。至今尚未在实验中发现单独存在的夸克,电学基本概念和规律,点电荷的概念具有相对性；是一种理想化模型。,电学基本概念和规律,点电荷,C.A.Coulomb(17361806法国),真空中，两个静止点电荷之间作用力的大小与它们电荷的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比；作用力的方向沿着两个点电荷的连线。,（1785年）扭秤实验,8.1.2库仑定律,真空中，两个静止点电荷之间作用力的大小与它们电荷的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比；作用力的方向沿着两个点电荷的连线。,8.1.2库仑定律,真空中，两个静止点电荷之间作用力的大小与它们电荷的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比；作用力的方向沿着两个点电荷的连线。,8.1.2库仑定律,令,真空中，两个静止点电荷之间作用力的大小与它们电荷的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比；作用力的方向沿着两个点电荷的连线。,8.1.2库仑定律,真空电容率,例1两个相距为r的点电荷所带电荷之和为Q,问它们各带电荷为多少时,相互间的作用力最大?,解:设两电荷分别带电q和Q-q,离散状态,其中,连续分布,其中,静电力（库仑力）的叠加原理,已知两杆电荷线密度为，长度为L，相距L,解:,例2,两带电直杆间的电场力?,求,解：由于电子与质子之间距离约为它们自身直径的105,倍，因而可将电子、质子看成点电荷。,例3、在氢原子中，电子与质子的距离为5.310-11米，试求静电引力及万有引力，并比较这两个力的数量关系。,所以库仑力与万有引力数值之比为,考虑带电粒子间的相互作用力时,可忽略万有引力。,电子与质子之间的万有引力为,数量为,电子与质子之间静电力（库仑力）为吸引力,(N),(N),一、静电场,电场,“超距作用”观点（库仑等）,“近距作用”观点（法拉第）,8.1.3电场强度叠加原理,一、静电场,电场,“超距作用”观点（库仑等）,“近距作用”观点（法拉第）,近代物理学理论和实验证实：场是一种特殊形态的物质。电场与实物粒子的区别是电场具有可入性和叠加性。,8.1.3电场强度叠加原理,二、电场强度,电场,要求A、几何尺寸足够小-点电荷；B、电量q0足够小，不影响所研究的电场。,场源电荷,试验电荷,定义：,电场中某点的电场强度（简称场强）为一个矢量，其大小等于单位正电荷在该点所受电场力的大小，方向为试验正电荷在该点所受力的方向。,电场力,场强,8.1.3电场强度叠加原理,二、电场强度,定义：,电场中某点的电场强度（简称场强）为一个矢量，其大小等于单位正电荷在该点所受电场力的大小，方向为试验正电荷在该点所受力的方向。,说明：,1）电场强度与试验电荷的电量无关。,2）如果知道空间中的电场分布，可求电荷q在任意位置的电场力。,8.1.3电场强度叠加原理,三、点电荷的电场强度,8.1.3电场强度叠加原理,b.方向：,a.大小：,具有球对称，,三、点电荷的电场强度,8.1.3电场强度叠加原理,1.由，是否能说与成正比，与q0成反比？,2.一总电量为Q0的金属球，在它附近P点产生的场强为将一点电荷q0引入P点，测得q实际受力与q之比是大于、小于、还是等于P点的？,四、电场强度叠加原理,8.1.3电场强度叠加原理,四、电场强度叠加原理,n个电荷（或带电体）产生的电场中，某点的场强等于每个电荷（或带电体）单独存在时在该点所产生的电场强度的矢量和。,8.1.3电场强度叠加原理,-电荷连续分布的带电体的场强,dq,+,四、电场强度叠加原理,8.1.3电场强度叠加原理,:线电荷密度,:面电荷密度,:体电荷密度,-电荷连续分布的带电体的场强,四、电场强度叠加原理,8.1.3电场强度叠加原理,场源为任