Ch11.1-2(真空中的静电场)-1.ppt

1、1,第三部分 电磁学,在两千年以前，人们就认识到了电现象和磁现象。起初人们对电现象和磁现象的认识是相互独立的，从而发展成了彼此独立的两个学科电学和磁学。 1820 年丹麦的奥斯特发现了电流的磁效应。（揭示了电与磁之间的联系） 1831年法拉第发现了电磁感应现象。（进一步揭开了电与磁之间的联系） 1865 年英国物理学家麦克斯韦总结出电磁变化规律的方程组 Maxwell 方程组。建立了电磁理论系统，形成完整电磁场理论，完成了电磁统一。目前电磁现象的研究已深入到物理学和其他各个领域,2,本篇共分 4 章,3,本章内容：静电场的一个基本（库仑）定律，两个基本定理（高斯定理与环路定理）和两个基本物理量

2、及（电场强度与电势）其相互关系 111 电荷 库仑定律 1电荷电荷的相互作用：同性相斥，异性相吸。 电量：物体所带电（荷）的多少叫电量。换句话说，电量是物体带电多少的量度 电量的单位：库仑(C,第11章 真空中的静电场,4,量子化,基本电 现象,2电荷的量子化 电量的最小单元(基本电量，元电荷,5,4电荷的相对论不变性电量 的大小与运动无关,电荷 守恒,3电荷守恒定律 在一个孤立系统内发生的任何的变化过程中，电荷总数(电荷的代数和)保持不变,6,1. 点电荷模型,几何形体可以忽略的带电体,1）抽象的理想化模型,2）充分小,当带电体的线度比它们之间的距离小得多时，就可将其简化为点电荷,二、库仑定

3、律,2. 库仑定律,在 SI 制中,库仑定律仅适用于点电荷,2. 库仑定律设两个点电荷,8,电荷连续分布时,库仑 定律,三、静电力的叠加原理 静电力的独立作用原理。 静电力的叠加原理,10,请同学们自己写出、 分布的相应库仑力公式,11,解,为引力,为斥力,由库仑定律可得,合力,12,与 x 轴的夹角为,13,求：带电平面 A 对 q0 的静电作用力,解：（方法取微元，由分量积分） 建如图坐标系。取微元dq =dx dy. 由对称性知全平面对q0 作用力的分量 Fx = Fy= 0. 故所求为,注意： 无限大带电平面对其外任一点电荷的作用力与其间距 a 无关,例题 已知：无限大带电平面 A 上

4、的面电荷密度 为 ，点电荷 q0 与平面 A 间距为 a,c) 场： （以太）（1832年 法拉第） 电荷电场电荷,b) 近距作用（介质以太,电场,1.电场：电荷周围存在的一种特殊物质 2.电场的基本特性：对处在电场中的电荷施加作用,113 电场 电场强度,一、电场 问题的提出：库仑定律给出了真空中点电荷之间的相互作用的定量关系，然而这作用是通过什么途径来传递的呢？ 历史上的两种观点 (a) 超距作用（无介质,3.电场与实物的异同点 异点： 实物是由原子、分子组成，看得见，摸得着，场物则 不同； 场物有空间可入性，且互不发生影响。实物则没有； 实物的密度很大，而场物的密度很小。 实物的运动速度

5、不能达到光速，而场物一般以光速运动。 同点： 场跟实物一样，也有质量能量、动量和角动量； 场物也遵从质量守恒，动量守恒，角动量守恒； 场物跟实物一样，在存在形式上也具有多样性,16,场量子化,电场的基本属性是对处在电场中的电荷施加作用力 试探电荷检验空间某点是否存在电场。 要求： (1) 线度应小到可视为点电荷。 (2) 电量应足够小，使得由于它的引入不致引起原有电量的重新分布，因而将不会引起原来电场的变化。 理论和实践表明：将试探电荷放在电场中不同点，它受的力一般不同,二、电场强度,18,定义： 单位：牛顿/库仑 （N/C,即，电场中某点的电场强度等于单位正电荷在该点受到的电场力,注意： 是

6、对某点而言的，是矢量,对变化的电场,电场分：匀强电场，非匀强电场,19,根据场强的定义，则有 场强叠加原理,三、场强的叠加原理,20,2、点电荷系电场中的场强根据场强叠加原理,1、点电荷电场中的场强,四、场强的计算,21,整个带电体,电荷元 dq 的场,在直角坐标系下,3、任意带电体电场中的场强,22,利用以上各式，原则上可计算任意分布电荷的场强，但在电荷分布比较复杂的情况下，往往遇到许多难以解决的积分问题,引入电荷密度的概念,23,例题1 电偶极子的场强计算,解：P点的场强,方向向右,方向向左,总场强的大小为,方向：向右,24,再计算 P点的场强,方向如图,总场强的大小为,沿 X 轴负方向,

7、25,当 时,P 点的场强的大小为,点的场强的大小为,场强方向如图所示,26,再求任意点 P 处的场强,如图所示,方向如图所示,方向如图所示,方向如图所示,27,例题2 求均匀带电直线的电场。已知 q, L, a, 1, 2,28,将上两式积分，得,29,1）无限长直线， 1 = 0， 2 = ，则有,讨论,30,例题3 均匀带电圆环轴线上的电场强度。圆环半径为 R，带电为 q，求距环心 x 处 P 的点的场强,由对称性可知，垂直分量之和为总场强为 x 方向分量之和, 即,31,若 q 为正电荷， 沿 x 方向； q 为负电荷， 指向 O 点,32,总场强,方向沿 x 轴,例题4 均匀带电圆盘轴线的电场。圆盘半径 R，面电荷密为 (0)，求轴线上 x 处 P 点的,33,34,1) 注意电荷分布的对称性； (2) 注意微元及坐标系选取的技巧； (3) 正确确定积分限,注意,2）计算 此矢量积分不易计算时， 化为分量的积分,1） 将连续分布的带电体分成无限多电荷元 dq ， 每个 dq 视点电荷，求