物理PPT课件5.1电荷 电场

1、第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度物理学的第二次大综合物理学的第二次大综合法拉第法拉第的电磁感应定律：的电磁感应定律： 电磁一体电磁一体麦克斯韦麦克斯韦电磁场统一理论（电磁场统一理论（19世纪中叶）世纪中叶）赫兹赫兹在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波. .技术上的重要意义：发电机、电动机、无线电技术等技术上的重要意义：发电机、电动机、无线电技术等. .库仑库仑定律：定律： 电荷与电荷间的相互作用电荷与电荷间的相互作用 （磁极与磁极间的相互作用）（磁极与磁极间的相互作用） 奥斯特奥斯特的发现：的发现： 电流的磁效应，安培发现电流

2、与电流电流的磁效应，安培发现电流与电流 间的相互作用规律间的相互作用规律. . 第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度一一 电荷、电荷守恒定律电荷、电荷守恒定律 4 4 电荷守恒定律电荷守恒定律 在在孤立孤立系统中系统中, ,电荷的代数和保持不变电荷的代数和保持不变. . 强子的强子的夸克模型夸克模型具有具有分数电荷分数电荷（ 或或 电子电荷）电子电荷）但实验上尚未直接证明但实验上尚未直接证明. .3132（自然界的基本守恒定律之一）（自然界的基本守恒定律之一）基本性质基本性质c10602. 119e1 1 电荷有正负之分；电荷有正负之分；2 2 电荷量子化；电荷量子

3、化； 电子电荷电子电荷 3 3 同性相斥，异性相吸同性相斥，异性相吸. .), 3 , 2 , 1(nneq第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度1q12r12r21f12f229cmn1098755. 8k si si制制 二二 点电荷模型点电荷模型21122122112ferqqkf三三 库仑定律库仑定律d）（12rd 21f12f2q1q2q第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度（ 为真空电容率）为真空电容率）0212120mnc108542. 841k122122101241erqqf041k 令令 库仑定律库仑定律211221221

4、12ferqqkf112mf108542. 8 库仑力遵守牛顿第三定律库仑力遵守牛顿第三定律第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度解解n101 . 8 416220erefn107 . 347-2pegrmmgf 例例 在氢原子内在氢原子内, ,电子和质子的间距为电子和质子的间距为 . . 求它们之间电相互作用和万有引力求它们之间电相互作用和万有引力, ,并比较它们的大小并比较它们的大小. .m103 . 511kg101 . 931emkg1067. 127pm2211kgmn1067. 6gc106 . 119e39ge1027.2ff（微观领域中（微观领域中,

5、,万有引力比库仑力小得多万有引力比库仑力小得多, ,可可忽略忽略不计不计. .）第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度四、电场四、电场 电场强度电场强度1 1、电场、电场 实验证实了两静止电荷间存在相互作用的实验证实了两静止电荷间存在相互作用的静电力，但其相互作用是怎样实现的？静电力，但其相互作用是怎样实现的？ 电电 荷荷电电 场场电电 荷荷场是一种特殊形态的物质场是一种特殊形态的物质实物实物物物 质质 场场第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度q0q2 2、 电场强度电场强度 单位单位 11mv cn 电场中某点处的电场中某点处的电场强度电

6、场强度 等于位于该点处的等于位于该点处的单位试验电荷单位试验电荷所受的力所受的力，其方向为，其方向为正正电荷受力电荷受力方向方向. .eeqf 电荷电荷 在电场中受力在电场中受力 qf0qfe（试验电荷为点电（试验电荷为点电荷荷、且足够小且足够小, ,故对故对原电场几乎无影响）原电场几乎无影响）：场源电荷：场源电荷q0q：试验电荷：试验电荷第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度qrerqqfe200 413 3、 点电荷的电场强度点电荷的电场强度0qreeqrq0qeqe?0er第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度解解1cn)0 .216

7、.51(jiqfe 例例 把一个点电荷（把一个点电荷（ ）放在电）放在电场中某点处，该电荷受到的电场力为场中某点处，该电荷受到的电场力为c10629qn103 . 16j，求该电荷所在处的电场强度，求该电荷所在处的电场强度.if6102 . 31122cn71.55 cn)0 .21()6 .51( ee大小大小xyeearctan方向方向1 .22qfexyo第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度1q2q3q4 4、 电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理0q1r1f2r3r2f3f0q由力的叠加原理得由力的叠加原理得 所受合力所受合力 iiff点电荷点电荷 对对 的

8、作用力的作用力 iiiirrqqf300 410qiq故故 处总电场强度处总电场强度 iiqfqfe000qiiee电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度qrerqe20d 41d 电荷连续分布情况电荷连续分布情况qreeerd 41d20电荷电荷体体密度密度vqddqdedrpvreervd 4120点点 处电场强度处电场强度p第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度qrerqe20d 41d 电荷连续分布情况电荷连续分布情况qreeerd 41d20电荷电荷体体密度密度vqddqdedrpvreervd

9、4120点点 处电场强度处电场强度p第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度qpsd电荷电荷面面密度密度sqddsreersd 4120ql d电荷电荷线线密度密度lqddlreerld 4120edredrp第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度qqqq电偶极矩（电矩）电偶极矩（电矩）l qpp *5、电偶极子的电场强度、电偶极子的电场强度l电偶极子的轴电偶极子的轴l 讨讨 论论（1）电偶极子轴线延长线上一点的电场强度电偶极子轴线延长线上一点的电场强度2l2laxoxee第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度ilxq

10、e20)2( 41ilxqe20)2( 41ilxxlqeee2220)4(2 4lx ixlqe302 41302 41xpqqee2l2laxox第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度qql （2 2）电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度eeerrxybyeeerqe20 41erqe20 4122)2(lyrrrrj yile)2(rj yile)2(第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度) 2 ( 4130iljyrqe30 41riqleee) 2 ( 4130iljyrqe2/ 3220)4(

11、41lyiqlly 30 41yiqle30 41ypqqleeerrxybyee第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度xqyxzoprrrerle20d 41deed由对称性有由对称性有ieexr解解 例例1 1 正电荷正电荷 均匀分布在半径为均匀分布在半径为 的圆环上的圆环上. .计算在环的轴线上任一点计算在环的轴线上任一点 的电场强度的电场强度. .qplqdd) 2(rq第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度xqyxzorrlqddrerle20d 41dp) 2(rqcosddeeellxrxrl204drrlx2030 4d232

12、20)( 4rxqx第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度23220)( 4rxqxexqyxzorrlqddpe讨讨 论论rx （1 1）20 4xqe（点电荷电场强度）（点电荷电场强度）0,00ex（2 2）rxxe22, 0dd（3 3）r22r22eox第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度23220)( 4rxqxexqyxzorrlqddpe讨讨 论论rx （1 1）20 4xqe（点电荷电场强度）（点电荷电场强度）0,00ex（2 2）rxxe22, 0dd（3 3）r22r22eox第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电场强度23220)( 4 rxxqe20 rqedrrqd2d例例2 2 均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度. . 有一半径为有一半径为 , ,电荷均匀分布的薄圆盘电荷均匀分布的薄圆盘, ,其电荷面其电荷面密度为密度为 . . 求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点处的电场强度处的电场强度. .0rxprrd2/122)(rx 23220)( 4 ddrxxqex23220)(d2rxrxrxyzo0r解解 由例由例第第5章静电场章静电场5.1 5.1 电场电场 电场强度电