a静电场PPT课件

电磁学,1,.,电磁场及其与物质的相互作用,电磁学,静电场,静止电荷的电场电势静电场中的导体静电场中的电介质,恒定磁场,磁力磁场的源,电磁感应与Maxwell方程组,2,.,第11章静止电荷的电场,主要内容：,库仑定律与电力叠加原理电场强度电场线与电通量高斯定律及其应用,3,.,11.1电荷,物质的一种属性,1.电荷的性质,（1）只有两种类型正与负,（2）量子性q是基本单元的整数倍,实验:e=1.60210-19C,理论:e/3,2e/3(夸克quark),基本单元,密立根带电油滴实验（1923年诺贝尔物理学奖）,4,.,质子p=2(2e/3)+1(-e/3),中子n=1(2e/3)+2(-e/3),华裔物理学家丁肇中研究粲（can）夸克及反粲夸克组成的J/Y粒子获1976年诺贝尔物理学奖,宏观上，认为电荷连续分布,（3）守恒性,在任何相互作用过程中,q保持不变,5,.,（4）相对论不变性,在不同参考系中观察,同一粒子的q不变,11.2库仑定律与叠加原理,1、点电荷,点状电荷(理想模型),适用情形:,带电体尺寸L，则,点电荷的场强,14,.,【例11-2】,均匀带电(Q)圆环轴线上一点的场强,解：,把Q分成无限多dq，dq的场强为,由轴对称性所有dE相互抵消,15,.,环上dq贡献：,于是,【思考】,故,环心(x=0)处场强？,x0)，,球对称性,闭曲面(高斯面)：半径为r的球面S,35,.,有,由高斯定律，得,36,.,矢量式：,Er曲线：,【思考】,结果对于Q0)。,解：,轴对称,与直线等距,高斯面S：半径为r、高为L的闭合圆柱面,39,.,由高斯定律，得,矢量式：,Er曲线：,40,.,【思考】,结果对于0),解：,高斯面S：底面积为A的闭合圆柱面,对称性平面,与平面等距的各点相同,在平面两侧对称分布.,有,43,.,由高斯定理，得,与到平面的距离无关,矢量式：,44,.,【思考】,结果对于0是否成立?,(Yes),平行板电容器的电场?,Notes：,高斯面形状：电荷分布球对称球面；电荷分布轴对称柱面.,45,.,物理学和地磁学中，关于静电学、温差电和摩擦电的研究、利用绝对单位（长度、质量和时间）法则量度非力学量以及地磁分布的理论研究。利用几何学知识研究光学系统近轴光线行为和成像，建立高斯定理光学。天文学和大地测量学中，如小行星轨道的计算，地球大小和形状的理论研究等。结合试验数据的测算，发展了概率统计理论和误差理论，发明了最小二乘法，引入高斯定理误差曲线。此外，在纯数学方面，对数论、代数、几何学的若干基本定理作出严格证明。在CGS电磁系单位制（emu）中磁感应强度的单位定为高斯（1932年以前曾经用高斯定理作为磁场强度单位），便是为了纪念高斯在电磁学上的卓越贡献。,高斯长期从事于数学并将数学应用于物理学、天文学和大地测量学等领域的研究，著述丰富，成就甚多。他一生中共发表323篇（种）著作，提出404项科学创见（发表178项），在各领域的主要成就有：,46,.,电荷的性质,两个基本的实验定律,库仑定律,(0=8.8510-12C2/Nm2),电力叠加原理,47,.,电场强度,定义：,场强叠加原理：,电场线,电通量：,高斯定律：,48,.,场强计算方法,高对称电荷分布：,高斯定律,一般电荷分布：,点电荷场强场强叠加原理,均匀带电直线段均匀带电圆环,e.g.,均匀带电球面：,e.g.,49,.,均匀带电球体：,无限长均匀带电直线：,50,.,无限大均匀带电平面：,无限长均匀带电圆柱面：,51,.,1.,如图，带电圆环半径为R，电荷线密度为=0cos(0为一常量).求环心O点处的电场强度.,解：,由的分布规律知，O点处合场强：,且每一象限电荷对合场强的贡献相等.,52,.,d电荷的贡献：,53,.,O点处的电场强度：,【思考】,若=0sin，结果？,改为均匀带电的半圆环，线电荷密度为0，结果？,54,.,2.,如图,一半径为R的均匀带正电的圆环，电量为Q，环的最高点系一长为L的绝缘轻绳,绳的另一端系一质量为m的小球.当小球带有正电荷q时，它恰好平衡于圆环的轴线上求电荷q.,解：,小球受力如图,小球所在处的场强大小为,55,.,小球所受电场力大小：,平衡时电场力与重力的合力应沿着绳长方向,故有,于是,56,.,3.,在封闭曲面S内有一点电荷，若从无穷远处引入另一点电荷至曲面外一点处，则引入前后通过曲面S的电通量，曲面上各点场强.(填“变”或“不变”),答案：,不变，变.,【思考】,若将该点电荷引入曲面内，结果?,57,.,4.,设电荷体密度沿X轴方向按余弦规律=0cosx（0为常量）分布在整个空间，求空间的场强