大学物理学第五版马文蔚高等教育出版社静电场1.ppt

1、大 学 物 理静电场（第一讲,作业：P191 习题 5-7 5-9 5-12,第五章 静电场,静止电荷产生的电场,5-1电荷的量子化 电荷守恒定律,电学主要研究电磁场的规律及物质的电学、磁学性质，研究与 电磁现象有关的规律。电学是牛顿唯一没有问津的领域,对电的初步认识：摩擦生电,丝绸玻璃（,毛皮橡胶（,1. 电荷有正负,电荷既不能创造，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一 个物体；从物体的一个部分转移到另一个部分,2. 电荷守恒,电荷是否容易转移与物质本身性质有关,3. 自由电荷和束缚电荷,电子电量：e =1.610-19 C,微观粒子的电荷只能是 e 的整数倍,q = ne,n =1, 2,

2、 3,4.电荷量子化,能迅速转移的 导体,只能停留在产生地方 绝缘体,5-2 库仑定律,适用于点电荷,有一定电荷的几何点(理想模型,两个点电荷之间的相互作用力的大小和它们的电量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比。作用力的方向在两点电荷的连线上，且“同性相斥，异性相吸,大小,k =8.988109 Nm2C29109 Nm2C2,方向：同性相斥，异性相吸,矢量表示,5-1a,令,5-1b,9109,真空电容率,真空介电常量,8.851012C2N1m2,说明,1) 任何一对点电荷之间的静电力是彼此独立的,q1,q2,q3,qN,2) 任一个点电荷所受静电力等于其它点电荷单独存在时对其作用

3、力的矢量和,q0,导体,5-3 电场 电场强度,描述电场强弱的物理量,一电场,电荷1,电荷2,近代物理证明,电场是物质存在的一种形态,有能量、动量、质量,场与实物粒子的不同之处,a）场具有可入性,b）场具有叠加性,实物粒子(电子、中子、质子.)及由实物粒子组成的物体,场,静电场的主要表现,1对处于电场中的电荷有电场力作用,2电荷在电场中移动时,电场力要做功,3导体(电介质)在电场中,产生静电感应(极化现象,E=0,介质,E 0,二电场强度,出发点,从电场中的电荷受力出发,引入描述,电场的物理量,电场,试探电荷的条件,a) 电量 q0 足够小,b) q0 的几何尺寸足够小,q0,F,2q0,2F

4、,3q0,3F,nq0,nF,定义,5-2,物理意义,单位正电荷在该点所受的电场力,方向,正电荷受力的方向,q00,与 一致,q0 0,与 相反,场强单位,牛顿/库仑,伏特/米,几点说明,1,是一个矢量,是空间坐标的函数,2) 场中某点的场强应与 q0 无关,与场源(产生电场的带电体)电荷的大小与分布有关,与场点(欲求场强的点)的位置有关,一些电场强度的数值 单位：N/C,三场强叠加原理,设一点电荷系,q1,q2,q3,qn,q0,即,5-3,点电荷系在空间任一点所激发的总场强等于各个点电荷单独存在时在该点各自所激发的场强的矢量和,四场强的计算 (重点、难点,线索：从点电荷的场强公式出发，利用

5、叠加原理 求出点电荷系及任意带电体的场强,1点电荷的场强,P,q0,5-4,P,q0,2点电荷系的场强,q1,q2,qn,P,由叠加原理,5-5,矢量和,3连续分布电荷的场强,电荷的三种分布形式,线分布,电荷线密度,面分布,电荷面密度,体分布,电荷体密度,P,无限分割带电体 无限多个 dq,任选一电荷元 dq,其在P点产生的元场强,5-6,积分区域,带电体占据的空间,使用式(5-6)时注意思路、顺序,3连续分布电荷的场强,P,5-6,积分区域,带电体占据的空间,1) 式(5-6) 中dq的形式要依具体电荷分布而定,若电荷线分布,dq,dq = dl,若电荷面分布,dq = dS,若电荷体分布,

6、dq = dV,5-7,2) 式(5-6)是矢量积分式,求解时要化为分量积分,具体解法,分解,求出 Ex=dEx，Ey=dEy，Ez= dEz,合成,关键是正确写出dE 的表达式,注意,例1 计算电偶极子 轴线的延长线上和中垂线上任一点的场强,带等量异号电荷、间距很小,rex,电矩(电偶极矩,解,1) 轴线延长线上某点A之场强,也可：取向右为正,EA=E+ E,算出大小、说明方向,2) 轴线的中垂线上一点B之场强,B(0,y,E+ = E,电偶极子在外电场中所受作用,合力一般为0,合力矩,M=qEresin,pEsin,例2. 设一均匀带电直线，长为L, 总电荷量为q，线外一点P离直线的垂直距

7、离为a，P点和直线两端的连线与直线之间的夹角分别为1和2。求P点的场强,解,建立图示坐标,分割带电体, 任取一 dq,r,x dx,q = L,dEx= dEcos(,dEcos,dEy=dEsin(,dEsin,统一变量,x ,r ,x = actg(,actg,2 ( )2,r,x dx,或,大小,方向,掌握基本方法,讨论,当不变， L,1=0, 2,Ex =0,无限长均匀带电直线场强公式,场点在 中垂线上 场强方向,建立直角坐标系,分解,求出 Ex=dEx，Ey=dEy，Ez= dEz,合成,关键是如何根据物理定律，正确写出dE 的表达式,用场强叠加原理求场强的步骤,无限分割带电体电荷元dq,任选一dq，求出元场强 (写出大小、标明方向,r,x dx,例3： 一半径为R 的圆环，均匀带电 q ，试计算圆环轴线上与环心相距为 x 的 P点处