库仑定律静电场PPT课件

主讲教师：翟峰fengzhai041184706101-603,大学物理学,辅导教师：张贺攀王振伟张雅田华,(一)物理学的研究对象,物理：研究物质、能量及其相互作用的学科,23thIUPAP(物理与应用物理国际联合会，1999.3.1621),空间尺度：宇宙(150亿光年)夸克(1020m),时间跨度：150亿年10-27s(硬射线周期),速率范围：0(静止)3108m/s(光速),层展现象,温度,时间,10-44s,10-36s,10-10s,1s,1010y,105y,宇宙的演化,1032K,1028K,1015K,1010K,3500K,3K,(二)物理学与技术,第三次世界物理学会(Berlin2000)：,物理学是我们认识世界的基础，是其他科学和绝大部分技术发展的直接或不可缺少的基础，物理学曾经是、现在是、将来也是全球技术和经济发展的主要驱动力。,物理-技术发展的两种模式：,技术物理技术(第一次工业革命),物理技术物理(电气化进程),信息技术的硬件部分几乎都以物理学成果为基础：,20世纪的例子：,电气工程,电力,电子,自动控制,(三)大学物理学的学习,为学习其它学科建立基础理论,提高科学素质和能力，以适应高新技术和市场经济的发展(转产,转行),物理素质的体现：,（1）能从物理本质上对工程技术问题作出判断,（2）能运用物理学的思想、观点、规律和方法于工程技术的实际问题中,（3）能将物理学的新成果引入到工程技术中,学习目的,名家之言,他一定会更好适应进步和变化。,A.爱因斯坦：,发展独立思考和独立创新的一般能力,应当始终放在首位,而不应当把知识放在首位。,如果一个人,掌握了他的学科的基础理论,并且学会了独立思考与工作,他必定会找到自己的道路。,而且比起那些主要以获取细节,知识为其训练内容的人来,（如何学习）,如何区别真伪和,科学是一种方法。,它教导我们：,一些事物是怎样被了解的，,R.P.费曼：,什么事情是已知的，,现在,了解到什么程度，,如何对待疑问和不确定性，,证据服从,什么法则；,如何思考事物，做出判断，,表面现象。,（如何工作）,记好笔记，高质量按时完成作业,学习方法,悟物穷理，想当然处问为什么，知其然更知其所以然，建立自己的物理图象。,你听过的大多会忘记，你看过的能记住一些，只有你做过的才能真正理解,(四)课程结构,电磁学(27),相对论量子物理,传统计算机：操纵电子状态,控制电荷分布及运动,量子计算,已研制出16个量子比特的量子计算机,See,quantumcomputingat16qubits.NewNature2007,近代物理(21),自学：力学，光学，热学,学习成绩作业(15)：独立完成考试(85)：闭卷，填空问答计算电磁学60，近代物理40,参考书：张三慧主编，大学物理学(2003)伯克利物理学教程,教材：大学物理学，余虹主编,内容(27学时)：一.静电场、恒定电场及基本性质，二.稳恒电流的磁场及基本性质三.电磁感应现象及规律四.Maxwell电磁场方程组电磁波,第二篇电磁学(Electromagnetics),实验规律,思路,1静电场高斯定理,2场强环路定理,3静电场中的导体,第7章静电场和恒定电场,4静电场中的电介质,5电容电容器,6静电场的能量,7恒定电场,电荷量子化(chargequantization),7.1静电场高斯定理,一.电荷,电子电量e=1.610-19C,夸克带电e/3，2e/3，电荷仍然量子化,1906-1917年，密立根油滴实验证明：微小粒子带电量的变化不连续(1923Nobel),两种电荷,Why?,完成作业1,电荷守恒定律：在一个和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。电荷守恒是物理学中普遍的基本定律,电荷的相对论不变性：带电体的电量测量结果与参照系选择无关。,宏观物体带电源于微观粒子的状态和运动宏观带电体电量远大于e，电荷连续分布,二.库仑定律(CoulombLaw)1785年，库仑通过扭秤实验得到。1.表述,在真空中，两个静止点电荷之间的相互作用力大小，与它们的电量的乘积成正比；与它们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着它们的联线；同号电荷相斥，异号电荷相吸。,大小,从施力电荷1指向受力电荷2,电荷1对电荷2的力矢量：,沿矢量的单位矢量,比例系数K：,国际单位制(SI)：,有理化,真空介电常数,1)基本实验规律宏观微观适用2)点电荷理想模型3)电力叠加原理,两个点电荷的作用力不因其它电荷的存在而改变,三.电场电场强度,静电力的作用方式：,静止电荷周围存在电场，电场对放在其内的任何电荷都有作用力,试验电荷q0在场点P受力,与q无关,试验电荷,电量充分小：不影响源电荷分布线度足够小：场点位置确定,静电场的存在不依赖于试验电荷，引入试验电荷是为了让静电场表现出来(侦查员),点电荷在外电场中受到的电场力,四.电场强度的计算,1.点电荷的场强根据库仑定律场强定义,球对称,由库仑定律,由场强定义,从源电荷指向场点,场强方向正电荷受力方向,2.任意带电体的场强,情形1：点电荷系,第i个点电荷到场点的位置矢量,情形2：电荷连续分布的带电体,把带电体分解为许多个电荷元，然后利用场强叠加原理：,电荷密度,体电荷密度面电荷密度线电荷密度,例1电偶极子的电场(书例7.2)一对等量异号电荷相距,电矩:,求P点的电场。,P点在中垂线上：,矢量形式：,例2：均匀带电直线的电场,r,条件：均匀带电直线总电量为Q；线外一点p离开直线的垂直距离为a，p点和直线两端的连线与直线之间的夹角分别为和。求p点的场强。,Q,解：,取线电荷元,电荷线密度,直线无限长：,轴对称分布的电荷产生的电场：,与对称轴垂直的同心圆上各点：,相同,大小相同方向如图,例3：均匀带电圆环，半径为R，带电量为Q,求圆环轴线上任一点的电场度。,x,解：,X,各线电荷元的垂直分量互相抵消,方向沿着X轴,当时,远离环心处的电场也相当于一个点电荷