10-1电荷和库仑定律.ppt

第十章电荷和静电场,10-1电荷和库仑定律,一、电荷,电荷的种类：,电荷的性质：,正电荷、负电荷,同号相斥、异号相吸,电量：带电体所带电荷的多少,电量单位：库仑符号：C,电荷量量子化：,元电荷：,夸克,盖尔曼,丁肇中,一个与外界没有电荷交换的孤立系统,无论发生什么变化，整个系统的电荷总量必定保持不变。物理学中最普遍的基本定律之一,电荷守恒定律,二、库仑定律,真空中两个静止的点电荷之间的作用力（库仑力），大小与电量的乘积成正比，与距离的平方成反比，方向沿着这两个点电荷的连线。,1.点电荷,2.库仑定律,（为真空电容率）,是国际单位制中的比例系数,称为真空电容率或真空介电常量。,所以库仑力与万有引力数值之比为,电子与质子之间静电力（库仑力）为吸引力,电子与质子之间的万有引力为,例：在氢原子中，电子与质子的距离为5.310-11米，试求静电力及万有引力，并比较这两个力的数量关系。,忽略！,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。,库仑力的叠加原理：,实验表明，库仑力满足矢量叠加原理。,例1三个点电荷q1=q2=2.0106C,Q=4.0106C，如图所示，求q1和q2对Q的作用力。,解：,10-2电场和电场强度,静电力的两种观点：,“库仑力”应为“静电力”，又叫“电场力”,力的传递不需要媒介,超距作用：,近距作用：,法拉第指出，静电力的媒介是电场，电荷产生电场；电场对其他电荷有力的作用。,一、电场,二、电场强度,单位,（试验电荷为电荷量很小的点电荷、且足够小,故对原电场几乎无影响）,a.由是否能说，与成正比，与成反比？,讨论,b.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之比为，是大于、小于、还是等于P点的,三、电场强度的计算,1.点电荷的电场强度,2.多个点电荷产生的电场,电场中任何一点的总场强等于各个点电荷在该点各自产生的场强的矢量和-场强叠加原理。,3.任意带电体产生的电场,对整个带电体积分，可得总场强,电荷体密度,电荷线密度,电荷面密度,例1电偶极子,如图已知：q、-q、rl，电偶极矩,求：A点及B点的场强,解：A点设+q和-q的场强分别为和,对B点：,课堂总结：,1.库仑定律,2.电场强度,3.点电荷的电场强度,4.任意带电体电场强度,10-3高斯定理,一、电场线,1）曲线上每一点切线方向为该点电场方向,2）通过垂直于电场方向单位面积电场线条数为该点电场强度的大小.,规定,常见电场的电场线,一对等量异号点电荷的电场线,一对等量正点电荷的电场线,一对不等量异号点电荷的电场线,带电平行板电容器的电场线,电场线特性,1）始于正电荷,止于负电荷，静电场是有源场.2）电场线不相交.3）静电场电场线不闭合(非闭合曲线）.,二、电通量,通过某一垂直于电场强度的面的电场线条数称为通过该面的电通量。用e表示。,S与电场强度方向垂直,S与电场强度方向成角,电通量,电通量,关于S的方向：,规定：曲面S法线n的正方向,电通量：穿出为正，穿入为负。,法线n的正方向：垂直于曲面并指向闭合曲面的外部,三、高斯定理,1、点电荷q，处于球心，半径r,2、点电荷q，任意闭合曲面内,3、多个点电荷，任意闭合曲面内,4、点电荷q，任意闭合曲面外,5、多个点电荷，任意闭合曲面内外,1）高斯面上的电场强度为所有内外电荷的总电场强度.,4）仅高斯面内的电荷对高斯面的电场强度通量有贡献.,2）高斯面为封闭曲面.,5）高斯面内若无电荷，高斯面上的电场强度不一定为零；若高斯面上的电场强度为零，高斯面必定不包围电荷.,3）穿出高斯面的电通量为正，穿进为负.,应用：利用高斯定理计算具有对称性的电场,2.作高斯面，计算电通量及,3.利用高斯定理求解,课堂讨论,q,1立方体边长a，求,位于一顶点,q,移动两电荷对场强及通量的影响,2如图讨论,解:对称性分析,作高斯面球面,通过高斯面的电通量,此闭合面包含的电荷总量,用高斯定理求解,例1.均匀带电球面的电场。已知R、q0,R,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,q,通过高斯面的电通量,此闭合面包含的电荷总量,用高斯定理求解,某点的方向沿球的半径方向指向外侧。,例2求半径为R的均匀带电球体在球内外各点的场强分布。设球体电荷密度为。,解以r为半径，选取同心的球面为高斯面。,通过高斯面S的电通量,此闭合面包含的电荷总量,用高斯定理求解,通过高斯面S的电通量,此闭合面包含的电荷总量,用高斯定理求解,某点的方向沿球的半径方向，正负由电荷的符号决定,例3一无限长均匀带电细棒，其线电荷密度为e，求距细棒为a处的电场强度。,通过高斯面S的电通量,解以细棒为轴作一个高为l、截面半径为a的圆柱面。,此闭合面包含的电荷总量,某点的方向沿着直导线的垂线方向，正负由电荷的符号决定。,用高斯定理求解,解选垂直于带点平板的圆柱面为高斯面，带电平面平分此