第八章-静电场1PPT课件

1、教学进度教学进度第一第一 第四周第四周 第八、九章第八、九章静电学静电学第五第五第八周第八周 第十、十一章第十、十一章静磁学静磁学第九第九第十一周第十一周 第十二章第十二章电磁感应电磁感应第十二第十二十四周十四周 第十三第十三十五章十五章波动光学波动光学第十五第十五十八周十八周 第十六、十七章第十六、十七章近代物理近代物理 第十九第十九二二十周十周 期终考试期终考试 E-mail: 第1页/共20页第八章第八章 静电场（静电场（electrostatic fieldelectrostatic field）电荷（电荷（electric chargeelectric charge） 的基本属性：的

2、基本属性： 电荷量子化电荷量子化 摩擦起电、摩擦起电、 静电感应、电离等静电感应、电离等 两种电荷：正电荷、负电荷两种电荷：正电荷、负电荷)106 . 1e(neQ19C 19641964年年 美国物理学家盖尔曼强子结构的夸克模型美国物理学家盖尔曼强子结构的夸克模型夸克三色六味夸克三色六味e ,e323分数电荷分数电荷 电荷的相对论不变性：电荷的相对论不变性：在不同的参照系内观察在不同的参照系内观察同一个带电粒子的电量不变。同一个带电粒子的电量不变。 第2页/共20页一、静电场的基本规律一、静电场的基本规律 在真空中两个静止点电荷之间的作用力与它们的电在真空中两个静止点电荷之间的作用力与它们的

3、电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。作量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。作用力的方向沿着它们的联线用力的方向沿着它们的联线, , 同号相斥、异号相吸。同号相斥、异号相吸。12r12F、库仑定律、库仑定律（Coulomb law）(1785年年) 1q2q、电荷守恒定律、电荷守恒定律 (Law of conservation of charge) 在一封闭的系统中，正负电荷的代数和在任何在一封闭的系统中，正负电荷的代数和在任何物理过程中始终保持不变。物理过程中始终保持不变。2122112rqqF 0r第3页/共20页021221012rrqq41F12r12F0r1221FF

4、1q2q)rrr (12120关于库仑定律的几点说明：关于库仑定律的几点说明：1)1)库仑定律中的电荷相对观察者都处于静止状态库仑定律中的电荷相对观察者都处于静止状态)m(1010r7172)2)有效范围有效范围3)3)符合牛顿作用力和反作用力的规律符合牛顿作用力和反作用力的规律21F4)4)微观领域中, ,万有引力比库仑力小得多, ,可忽略39ge10FF氢原子内电子和质子)mN/(C1085. 822120真空介电常量（或真空电容率）真空介电常量（或真空电容率）第4页/共20页1q2q3q1r10F2r3r20F30F 3 3、静电力的叠加原理（、静电力的叠加原理（superpositio

5、n principle) niiFF实验证明：实验证明：每个点电荷每个点电荷所受的总静电力等于其所受的总静电力等于其他点电荷单独存在时作他点电荷单独存在时作用于该点电荷的静电力用于该点电荷的静电力的矢量和。的矢量和。nii 02ioi0rrqq4102021rr4qqF0q第5页/共20页200r4qqFFrrFFF方向：水平向左方向：水平向左qq0ql例例1 1、求求q0 0所受的静电力。所受的静电力。cosF2F解：解：x232200)2(4qqlxl电偶极子电偶极子r2r4qq2200l第6页/共20页l)x(3004Pqx 232200)4(4PqFlx qqlp电偶极矩lqp 232

6、200)2(4qqFlxl第7页/共20页库仑定律库仑定律扭秤实验扭秤实验1）类比法）类比法2122112rqqF 2122112rmmF2）1785年库仑设计制作了一台精密的扭秤年库仑设计制作了一台精密的扭秤3）2122112rqqF02.01773年年 卡文迪许卡文迪许 约一百年后麦克斯韦约一百年后麦克斯韦5105 1971年年 威廉斯等威廉斯等16101.37.2第8页/共20页超距超距瞬间传递瞬间传递近距近距以有限的光速传递以有限的光速传递1q2q t r tt rr221012)(41rrqqF22102141rqqF)crt(电荷电荷 电场电场 电荷电荷1 1）给电场中的带电体施以

7、力的作用）给电场中的带电体施以力的作用2 2）当带电体在电场中移动时，电场）当带电体在电场中移动时，电场力作功力作功具有能量具有能量3 3）变化的电场以光速在空间传播）变化的电场以光速在空间传播具有动量具有动量电场具有动量、质量、能量电场具有动量、质量、能量物质物质第9页/共20页二、电场强度（二、电场强度（electric field strength）1 1）电场强场是空间坐标的一个矢量函数）电场强场是空间坐标的一个矢量函数0qFEqq0 试探电荷试探电荷1 1、电场强度矢量、电场强度矢量0n1ii0qFqFEF大小：大小：单位电荷在该处所受到的电场力的大小单位电荷在该处所受到的电场力的大

8、小方向方向：正电荷在该处所受到正电荷在该处所受到的电场力的方向一致的电场力的方向一致2 2）电场强度遵循叠加原理）电场强度遵循叠加原理 n1in1i0iEqFi第10页/共20页2、电场强度的计算、电场强度的计算(1)(1)点电荷的场强：点电荷的场强：0200rrqq41Fr(2)(2)点电荷系的场强：点电荷系的场强：n1i0i2ii0n1iirrq41EEF0200rrq41qFEO 场源场源pqq0E第11页/共20页q020rrq41Ed d（3 3）电荷连续分布情况）电荷连续分布情况EEdqdEdrPdVdqVqlim0VedSdqSqlim0Selllddqqlim0e电荷的体密度电

9、荷的体密度电荷的面密度电荷的面密度电荷的线密度电荷的线密度dVdqedSdqel ddqeyyydEEdEdEEdExxx第12页/共20页例例2（p12 8-3）有一均匀带电直线电荷线密度为有一均匀带电直线电荷线密度为，线，线外一点外一点P离开直线的垂直距离为离开直线的垂直距离为a，P点和直线两端的连点和直线两端的连线与直线之间的夹角分别为线与直线之间的夹角分别为1、2，求求P点的场强。点的场强。a 1 2ry20r4dqdE20r4dydExdEysindEsindEdExcosdEdEyEd 解：解：dysinr4dy20cosr4dy20dydq第13页/共20页a 1 2ry dEx

10、dEyEddyactgtgayc dcscady2cscayar22222dsina4dE0 xdcosa4dE0y210dsina4Ex210ydcosa4E第14页/共20页讨论：讨论： 1 2j )sin(sin4i )cos(cos4E120210aa2）l （ 2 ， 1 0）i2E0 x3）x ，l 有限有限i4E20 xlx(a)1）半无限长）半无限长（ 2 ， 1 /2）j4i4E00 xx045第15页/共20页例例3、一带电细线弯成半径为一带电细线弯成半径为R的半圆形和两段有限长的半圆形和两段有限长的直线组合，如图所示。试求环心的直线组合，如图所示。试求环心O处的电场强度。

11、处的电场强度。Rxyl ddqo20R4dqdE 解：解：根据对称性分析知，两直线在根据对称性分析知，两直线在O的合场强为零的合场强为零0ExsindEdEyRR 根据对称性分析知，根据对称性分析知，sinR4d20lsinR4Rd2000ydsinR4EER20Ed第16页/共20页xqyxzoRrlqdd020rrl41Ed dP) 2(RqR2030dr4EElxxrr4d20 xli)R(4qE23220 x xcosEExddR2r430 x第17页/共20页例4 4 均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度（R、 ）xyzoEdRP22xrd20r4dqEd20r4ddcosEExdd23220 x4d