物理真空中静电场1

1、物理学物理学第五版第五版电磁学电磁学物理学物理学第五版第五版2第第12章章 静电学静电学自然界一切电磁现象都起源于物质具有自然界一切电磁现象都起源于物质具有电荷属性，电现象起源于电荷，磁现象电荷属性，电现象起源于电荷，磁现象起源于电荷运动，所以起源于电荷运动，所以“电荷电荷”概念是概念是电磁学中的第一个重要概念。电磁学中的第一个重要概念。12-112-1电荷电荷物理学物理学第五版第五版3一一 电荷电荷1 电荷电荷 摩擦起电摩擦起电两种不同材质的物体互相两种不同材质的物体互相摩擦后，能吸引轻微物体。摩擦后，能吸引轻微物体。这表明两种物体经摩擦后，这表明两种物体经摩擦后，处于一种处于一种特殊状态特

2、殊状态，处于，处于这种状态的物体称为带电这种状态的物体称为带电体，它们分别带有电荷。体，它们分别带有电荷。注意：电荷不是物质而是物体的属性。注意：电荷不是物质而是物体的属性。摩擦起电摩擦起电12-112-1电荷电荷物理学物理学第五版第五版42 种类种类:正电荷，负电荷正电荷，负电荷+-3 电性力电性力:同种相斥，异种相吸同种相斥，异种相吸带同号电荷的物体互相排斥，带异号电带同号电荷的物体互相排斥，带异号电荷的物体互相吸引，这种相互作用称为荷的物体互相吸引，这种相互作用称为电性力。电性力。12-112-1电荷电荷物理学物理学第五版第五版55 电荷的量子化电荷的量子化: :库仑库仑（c）4 电量电

3、量:c10602. 119e)321(,nneq描述物体所带电荷多寡的物理量称为电描述物体所带电荷多寡的物理量称为电荷量，用符号荷量，用符号q或或q表示。表示。12-112-1电荷电荷物理学物理学第五版第五版6宏观上宏观上: :大量基本单元的集合大量基本单元的集合, ,呈连续分布呈连续分布. .阐明微观本质时，常需要从电荷的量子性阐明微观本质时，常需要从电荷的量子性出发出发. .电荷量只能取分立的、不连续量值的性质，电荷量只能取分立的、不连续量值的性质，称为电荷的量子化。称为电荷的量子化。量子化是微观世界的一个基本性质，在微量子化是微观世界的一个基本性质，在微观世界中，能量、角动量等也是量子化

4、的。观世界中，能量、角动量等也是量子化的。12-112-1电荷电荷物理学物理学第五版第五版76 原子的微观结构原子的微观结构: :宏观物体由分子、原子组成，宏观物体由分子、原子组成，原子都由一个带正电的原子核和原子都由一个带正电的原子核和一定数目的电子所组成，一定数目的电子所组成，原子核又由带正电的质子和不带原子核又由带正电的质子和不带电的中子组成。电的中子组成。 12-112-1电荷电荷物理学物理学第五版第五版8带正电的原子带正电的原子带负电的原子带负电的原子中性原子中性原子(a) (a) 电子质量非常小，根据其得失，原子呈现电性电子质量非常小，根据其得失，原子呈现电性. .(b)(b) 原

5、子若得到电子便带负电，失去原子若得到电子便带负电，失去电子便带正电电子便带正电.12-112-1电荷电荷物理学物理学第五版第五版91913年密立根油滴实验测得年密立根油滴实验测得电荷具有量子性，任何带电体的电荷只能电荷具有量子性，任何带电体的电荷只能是某一基本单位的整数倍，这个基本单位是某一基本单位的整数倍，这个基本单位就是电子电量绝对值就是电子电量绝对值e e。摩擦起电摩擦起电，实际上是通过作功实现电荷的，实际上是通过作功实现电荷的分离、转移，从而使物体处于带电状态。分离、转移，从而使物体处于带电状态。 12-112-1电荷电荷物理学物理学第五版第五版10二二 电荷守恒定律电荷守恒定律 不管

6、系统中的电荷如何迁移，系统的不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变电荷的代数和保持不变.（自然界的基本守恒定律之一）（自然界的基本守恒定律之一）问题：电荷能否产生和消失？问题：电荷能否产生和消失？如：高能光子如：高能光子在重荷附近可以转在重荷附近可以转化为电子偶，电子化为电子偶，电子偶也能湮没为光子。偶也能湮没为光子。光光子子12-212-2库仑定律库仑定律物理学物理学第五版第五版11库仑库仑 (c.a.coulomb 1736 1806） 法国物理学家，法国物理学家，17851785年通过年通过扭秤实验扭秤实验创立创立库库仑定律仑定律, , 使电磁学的研使电磁学的研究从定性进入

7、定量阶段究从定性进入定量阶段. . 电荷的单位库仑以他的电荷的单位库仑以他的姓氏命名姓氏命名. .12-212-2库仑定律库仑定律物理学物理学第五版第五版12一一 点电荷的概念点电荷的概念影响带电体之间影响带电体之间的相互作用的因素相互作用的因素 带电体的间距带电体的间距 电荷电量电荷电量 带电体大小、形状及电荷在带电体上的分布带电体大小、形状及电荷在带电体上的分布。当带电体本身的几何线度远比带电体间的当带电体本身的几何线度远比带电体间的距离小得多时，在测量的精密范围内，带距离小得多时，在测量的精密范围内，带电体的形状与其上的电荷分布对作用力没电体的形状与其上的电荷分布对作用力没有影响，此时可

8、以引入点电荷的概念。有影响，此时可以引入点电荷的概念。12-212-2库仑定律库仑定律物理学物理学第五版第五版13当带电体的大小和带电体间的距离相比很当带电体的大小和带电体间的距离相比很小时，可将其视为点电荷。小时，可将其视为点电荷。点电荷点电荷简化为点电荷的条件简化为点电荷的条件: :q1rddrr的解，得的解，得12-212-2库仑定律库仑定律物理学物理学第五版第五版36若改为若改为qa=+4q，qb=q，均固定，他们相距均固定，他们相距r r，若一，若一电荷电荷q q放于何处才能平衡？放于何处才能平衡？rx4q -q解：解：要求第三个点电荷所受的合力为零，只要求第三个点电荷所受的合力为零

9、，只可能放在两个电荷的右侧，设它距可能放在两个电荷的右侧，设它距b为为x2020444)(xrqqxqqrx 12-312-3电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版37近代物理证明，这两者都是错误的。近代物理证明，这两者都是错误的。 一、电性力作用机制一、电性力作用机制历史上曾经有两种观点。历史上曾经有两种观点。一种观点认为电荷之间的相互作用力是通一种观点认为电荷之间的相互作用力是通过充满在空间的弹性媒体过充满在空间的弹性媒体“以太以太”来实现来实现力的传递的，这种观点叫做力的传递的，这种观点叫做“近距作用近距作用”；另一种观点则认为它们不需要任何媒体，另一种观点则认为它们不需要任何媒体，也

10、不需要时间，能够由一个物体立即作也不需要时间，能够由一个物体立即作用到另一个物体上，这种观点叫做用到另一个物体上，这种观点叫做“超超距作用距作用”。12-312-3电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版38电磁力的传递需要时间，同时，所谓的电磁力的传递需要时间，同时，所谓的“以太以太”也是不存在的。其相互作用是通也是不存在的。其相互作用是通过特殊物质场来实现的。过特殊物质场来实现的。电电 场场电电 荷荷1电电 荷荷2产生产生作用作用作用作用产生产生任何电荷都在其周围空间激发电场，而电任何电荷都在其周围空间激发电场，而电场的基本特征是对处在其中的任何电荷都场的基本特征是对处在其中的任何电荷都有

11、作用力。有作用力。二二 电场电场12-312-3电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版39电场对外表现电场对外表现:(1) 电场中的任何带电体都有将受到电场所电场中的任何带电体都有将受到电场所作用的力作用的力;电场能使电场中的导体产生静电电场能使电场中的导体产生静电感应现象感应现象,使电场中的电介质产生极化现象使电场中的电介质产生极化现象;(2) 当带电体在电场中移动时当带电体在电场中移动时,电场所作用的电场所作用的力将对带电体作功力将对带电体作功,这表示电场具有能量。这表示电场具有能量。 理论和大量实验证明场的观点是正确的。理论和大量实验证明场的观点是正确的。12-312-3电场强度电场强

12、度物理学物理学第五版第五版40物物 质质实物实物场场电磁场是物质存在的一种形态电磁场是物质存在的一种形态,它分布在它分布在一定范围的空间里一定范围的空间里,并和一切物质一样并和一切物质一样,具具有能量、动量、质量等属性。有能量、动量、质量等属性。静电场静电场: 静止电荷周围存在的电场静止电荷周围存在的电场电场力：电场对处在其中的其他电荷的作用力电场力：电场对处在其中的其他电荷的作用力静电力：静电场对电荷的作用力静电力：静电场对电荷的作用力12-312-3电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版413 3 电场强度电场强度为了测定空间电场的存在和性质，可以在为了测定空间电场的存在和性质，可以在空

13、间引入一个电荷，根据该电荷的受力大空间引入一个电荷，根据该电荷的受力大小和方向来判定电场的存在和性质。小和方向来判定电场的存在和性质。1 试验电荷试验电荷 点电荷点电荷 以便能精确定位某点的电场以便能精确定位某点的电场 电荷足够小电荷足够小 不对原电场产生显著的影响不对原电场产生显著的影响12-312-3电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版422 电场强度电场强度q 场源电荷场源电荷f试验电荷试验电荷0q激发电场的电荷叫做激发电场的电荷叫做场源电荷。场源电荷。q所在位所在位置置源点源点试探电荷放在不同电场空间，它的受力大小试探电荷放在不同电场空间，它的受力大小和方向不同，如图所示。同一位置

14、放置不同和方向不同，如图所示。同一位置放置不同的试探电荷时，它们的受力大小不同。的试探电荷时，它们的受力大小不同。0qfe12-312-3电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版43 单位单位: :11mvcn, 和和试试验电荷无关验电荷无关 0qfe 电荷电荷q受电场力受电场力: : eqf 定义定义: : 单位正试验电荷所受的电场力单位正试验电荷所受的电场力q 场源电荷场源电荷f试验电荷试验电荷0q12-312-3电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版44),(zyxee 场强是空间的点函数，大小方向随位置而变场强是空间的点函数，大小方向随位置而变（矢量场）。（矢量场）。如空间各点的场强大小和方向都相同，这如空间各点的场强大小和方向都相同，这种场称为均匀场，否则称为非均匀场。种场称为均匀场，否则称为非均匀场。12-312-3电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版45四四 点电荷电场强度点电荷电场强度12-312-3电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版46rooerqqf241 rooerqqfe241/ 点电荷场强公式点电荷场强公式重要！重要！12-312-3电场强度电场强度物理学物理学第五版第五版47q e负点电荷产生的场是以负点电荷产生的场是以点电荷为中心成辐射状点电荷为中心成辐射状指向点电荷的场