真空中静电场

关于真空中静电场第1页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三2一电荷1

电荷摩擦起电两种不同材质的物体互相摩擦后，能吸引轻微物体。这表明两种物体经摩擦后，处于一种特殊状态，处于这种状态的物体称为带电体，它们分别带有电荷。摩擦起电第2页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三32

种类:正电荷，负电荷+-3

电性力:同种相斥，异种相吸带同号电荷的物体互相排斥，带异号电荷的物体互相吸引，这种相互作用称为电性力。第3页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三45

电荷的量子化:库仑（C）4

电量:描述物体所带电荷多寡的物理量称为电荷量，用符号q或Q表示。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。第4页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三56

原子的微观结构:正常情况下，原子内的电子数和原子核内的质子数相等，从而整个原子呈电中性。+e-e第5页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三6带正电的原子带负电的原子中性原子(a)

电子质量非常小，根据其得失，原子呈现电性.(b)

原子若得到电子便带负电，失去电子便带正电.第6页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三71913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e。摩擦起电，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。

第7页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三8感应起电——导体中自由电子在外电场力作用下从物体的一部分转移至另一部分第8页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三9二电荷守恒定律

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.（自然界的基本守恒定律之一）

如：高能光子在重荷附近可以转化为电子偶，电子偶也能湮没为光子。光子第9页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三10库仑(C.A.Coulomb17361806）

法国物理学家，1785年通过扭秤实验创立库仑定律,使电磁学的研究从定性进入定量阶段.电荷的单位库仑以他的姓氏命名.第10页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三11一点电荷的概念影响带电体之间的相互作用的因素带电体的间距电荷电量带电体大小、形状及电荷的分布。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，带电体的形状与其上的电荷分布对作用力没有影响，此时可以引入点电荷的概念。第11页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三12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。点电荷简化为点电荷的条件:Q1rddr<<观察点P第12页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三13二库仑定律发展过程1733年，杜非发现同性电会相互排斥，异性电会相互吸引。1767年，普利斯莱由实验现象，推测电荷间的作用力遵守平方反比定律。1771年，英国物理学家卡文迪许利用实验方法，间接证明了电荷间作用力的平方反比关系。1785年，库仑直接从扭秤实验中提出库仑定律第13页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三14需要解决的问题F=F(q1,q2,r)电量的描述电荷转移性质+电荷转移过程中守恒性质对称性方法：两个全同导电体接触…………………q→q/2→q/4→q/8→q/2n

…………………第14页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三15实现方法：受测体：小体积，小电量（减小重分布）作用体：小电量，小体积，大距离测量手段小电量互作用----〉相互作用力小小作用力测量手段：扭称实验（测同号电荷作用力）单摆测量重力加速度原理

（测异号电荷作用力）第15页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三16

库仑扭秤

电摆实验装置第16页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三17实验结果分析：实验结果结论：F~1/r

2+

问题：=?=0？检验：精度逐渐提高的实验表明~0（仍在进行）；物理学观念：确信=0；检验方法之一：高斯定理第17页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三18

三库仑定律真空中两静止点电荷q1和q2之间的相互作用力的大小与q1和q2的乘积成正比，与它们之间的距离r的平方成反比；作用力的方向沿着它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。第18页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三19电量的单位是导出单位：电磁学单位:高斯制：厘米、克、秒制（CGS制）国际单位制：米、千克、秒、安培（MKSA制）目前通用的是国际单位制（SI）在MKSA制中，真空介电常数或真空电容率第19页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三20表示q1对q2的作用力是沿点电荷连线的单位矢量，方向由（施力指向受力）。或第20页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三21力的大小：

力的方向：

同号相斥，异号相吸★约定：电荷不说负就算正(以后均如此)第21页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三22库仑定律的几点说明库仑定律适用于点电荷与观察着保持静止的情况，也适用于静止电荷对运动电荷的作用。但运动电荷对静止电荷的作用不适用两静止电荷间的作用力为有心力，力的大小与两者距离平方成反比。库仑定律是实验定律。库仑定律小至原子、原子核的线度，大至地球的线度内，即在10-15m——107m的范围内是可靠的。第22页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三23四叠加原理+qo+q1-q2Fo2FFo1点电荷上的总静电力等于其他各点电荷单独存在时对该点电荷所施静电力的矢量和，即电场力满足力的叠加原理。第23页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三24库仑定律和叠加原理相配合,原则上可以求解静电学中的全部问题。综上所述，我们首先抽象出点电荷模型，从特殊开始，由实验找到点电荷之间的相互作用规律——库仑定律，然后又由实验找到叠加原理，解决了任意带电体之间静电力作用的问题。从特殊到一般，这是常用的一种研究问题的方法。第24页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三25

例1

按量子理论，在氢原子中，核外电子快速地运动着，并以一定的概率出现在原子核（质子〕的周围各处，在基态下,电子在半径ｒ＝0.529×10-10ｍ的球面附近出现的概率最大.试计算在基态下,氢原子内电子和质子之间的静电力和万有引力,并比较两者的大小.引力常数为G=6.67×10-11N﹒m2/kg2．又设原子核中的两质子相距

，求此两质子之间的静电力。第25页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三26

解:按库仑定律,电子和质子间的静电力为电子和质子之间的万有引力为第26页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三27静电力与万有引力的比值为可见在原子中,电子和质子之间的静电力远比万有引力大质子之间仅存在库仑力能够紧密结合于原子核内吗？第27页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三28例2

三个点电荷所带的电荷量分别为各电荷间的距离如图。求作用在上合力的大小和方向第28页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三29第29页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三30第30页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三31第31页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三32对元电荷的理解，正确的是（

）A．元电荷就是电子B．元电荷就是质子C．元电荷表示跟电子电量数值相等的电荷D．物体所带电量只能是元电荷的整数倍CD第32页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三33例4如图，A、B两个相同的小球，半径为r=2cm，球心相距d=10cm，QA=2×10-6C，QB=-10-6C。他们之间的库仑力F？思考下面解法对吗？如若d=100cm，F

=？ABQ1

Q2第33页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三34例5两个点电荷QA=+4Q，QB=+Q，均固定，他们相距r，若一电荷q放于何处才能平衡？解：要求第三个点电荷所受的合力为零，只可能放在两个电荷的连线中间，设它与A为xr-xx4Q

Q舍去x>r的解，得第34页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三35若改为QA=+4Q，QB=－Q，均固定，他们相距r，若一电荷q放于何处才能平衡？rx4Q-Q解：要求第三个点电荷所受的合力为零，只可能放在两个电荷的右侧，设它距B为x第35页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三36

一、电性力作用机制历史上曾经有两种观点。“近距作用”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“以太”来实现力的传递的“超距作用”观点：认为它们不需要任何媒体，也不需要时间，能够由一个物体立即作用到另一个物体上。第36页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三37电磁力的传递需要时间，同时，所谓的“以太”也是不存在的。其相互作用是通过特殊物质场来实现的。电场电荷1电荷2产生作用作用产生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有作用力。二电场第37页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三38变化的电荷,

的作用需推迟时间

理论和大量实验证明场的观点是正确的。第38页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三39电场对外表现:(1)力：放入电场中的任何带电体都要受到电场所作用的力----电场力(2)功：带电体在电场中移动时，电场力对它作功。(3)感应和极化：电场中的导体或介质将分别产生静电感应现象或极化现象。第39页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三40物质实物场电磁场是物质存在的一种形态,它分布在一定范围的空间里,并和一切物质一样,具有能量、动量、质量等属性。静电场:

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静电力：静电场对电荷的作用力第40页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三41场路电场磁场恒定时变真空物质——真空物质——电磁感应电磁波电磁学内容场与物质作用第41页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三42

电场强度为了测定空间电场的存在和性质，可以在空间引入一个电荷，根据该电荷的受力大小和方向来判定电场的存在和性质。1试验电荷

点电荷以便能精确定位某点的电场

电荷足够小不对原电场产生显著的影响第42页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三432

电场强度场源电荷试验电荷激发电场的电荷叫做场源电荷。Q所在位置——源点试探电荷放在不同电场空间，它的受力大小和方向不同，第43页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三44同一位置放置不同的试探电荷时，所受电场力方向不变，大小成比例地变化电场力不能反映某点的电场性质第44页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三45

单位:

和试验电荷无关

电荷q受电场力:

定义:单位正试验电荷所受的电场力场源电荷试验电荷第45页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三46场强是空间的点函数，大小方向随位置而变（矢量场）。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。第46页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三47四点电荷电场强度第47页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三48点电荷场强公式重要！第48页，讲稿共57页，2023年5月2日，星期三4