电磁学课件-电荷、库仑定律、静电场及电场强度

第9章静电场图为1930年E.O.劳伦斯制成的世界上第一台回旋加速器电磁学部分电磁学研究的对象根本上说是电荷①电荷静止→静电场；②电荷运动→磁场；③电荷周期性运动→电磁场。物理学的第二次大综合法拉第的电磁感应定律：

电磁一体麦克斯韦电磁场统一理论（19世纪中叶）赫兹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.库仑定律：

电荷与电荷间的相互作用（磁极与磁极间的相互作用）奥斯特的发现：

电流的磁效应，安培发现电流与电流间的相互作用规律.本章内容9.1电荷库仑定律9.2静电场电场强度9.3电通量高斯定理9.4静电场的环路定理电势能9.5电势电势差9.6等势面*电势与电场强度的微分关系9.7静电场中的导体9.8电场能量9.9静电场中的电介质两个定理：高斯定理、环路定理。

本章研究真空中静止电荷产生的电场---真空中静电场的性质和规律。静电场---相对于观察者静止的电荷产生的电场。

两个物理量：场强、电势；

一个实验规律：库仑定律；一电荷及其基本属性夸克模型具有分数电荷（或电子电荷）但实验上尚未直接证明单个夸克的存在.基本性质1

电荷有正负之分；2

同性相斥，异性相吸.3

电荷量子化；电子电荷

电荷是基本粒子的属性，它不能脱离基本粒子而存在。

9.1电荷库仑定律chsling4电荷守恒定律

在孤立系统中,电荷的代数和保持不变.（自然界的基本守恒定律之一）+-+-光子不带电

9.1电荷库仑定律chsling电子对湮灭电子对产生二点电荷模型当带电体的大小、形状与带电体间的距离相比可以忽略时,就可把带电体视为一个带电的几何点。点电荷是理想化的模型，但有实际意义；2.点电荷具有相对性.

9.1电荷库仑定律chsling

SI制三库仑定律真空中两个点电荷之间存在相互作用力，其大小与两点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷之间距离的平方成反比，作用力的方向在两点电荷的连线上，同种电荷互相排斥，异种电荷互相吸引.

9.1电荷库仑定律chsling（为真空电容率）

令库仑力遵守牛顿第三定律；库仑定律适用于真空、静电场中的点电荷；库仑定律是基本实验规律，在宏观、微观领域都 适用.

9.1电荷库仑定律chsling解例在氢原子内,电子和质子的间距为

.求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小.（微观领域中,万有引力比库仑力小得多,可忽略不计.）

9.1电荷库仑定律chsling例已知带电粒子a、b、c,带电量分别为qa＝3C,qb＝-6C，qc＝-6C，如图所示。试求带电粒子a和b对c的作用力。ZYX3m4m解：两个点电荷之间的作用力，不会因为第三个电荷的存在而改变叠加原理

9.1电荷库仑定律chsling一静电场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？电荷电场电荷场是一种特殊形态的物质实物物质场电场的基本性质：对放其内的任何电荷都有作用力;电场力对移动电荷作功.

9.2静电场电场强度

chsling二电场强度

单位

电场中某点处的电场强度

等于位于该点处的单位试验电荷所受的力，其方向为正电荷受力方向.电荷在电场中受力

（试验电荷为点电荷、且足够小,故对原电场几乎无影响）：场源电荷：试验电荷

9.2静电场电场强度

chsling三点电荷的电场强度

9.2静电场电场强度

chsling解

例把一个点电荷（）放在电场中某点处，该电荷受到的电场力为，求该电荷所在处的电场强度.大小方向

9.2静电场电场强度

chsling四电场强度的叠加原理由力的叠加原理得所受合力

点电荷

对的作用力故处总电场强度电场强度的叠加原理

9.2静电场电场强度

chsling点电荷系的电场点电荷系在某点P产生的电场强度等于各点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。这称为电场强度叠加原理。

9.2静电场电场强度

chsling电荷连续分布情况电荷体密度点处电场强度

9.2静电场电场强度

chsling电荷面密度电荷线密度

9.2静电场电场强度

chsling电偶极矩（电矩）电偶极子的电场强度电偶极子的轴讨论（1）电偶极子轴线延长线上一点的电场强度

9.2静电场电场强度

chsling

9.2静电场电场强度

chsling

（2）电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度

9.2静电场电场强度

chsling

9.2静电场电场强度

chsling由对称性有解例1正电荷均匀分布在半径为的圆环上.计算在环的轴线上任一点的电场强度.

9.2静电场电场强度

chsling

9.2静电场电场强度

chsling讨论（1）（点电荷电场强度）（2）（3）

9.2静电场电场强度

chsling例2均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度.有一半径为,电荷均匀分布的薄圆盘,其电荷面密度为.求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点处的电场强度.解由例１

9.2静电场电场强度

chsling

9.2静电场电场强度

chsling（点电荷电场强度）讨论无限大均匀带电平面的电场强度

9.2静电场电场强度

chslingaPxyO解:dqr由图上的几何关系

21求它在空间一点P产生的电场强度（P点到杆的垂直距离为a)练习

长为L的均匀带电直杆，电荷线密度为,

9.2静电场电场强度

chsling

9.2静电场电场强度

chsling(1)a>>L杆可以看成点电荷(2)无限长直导线讨论(3)无限大带电平板xdxrzdExP1P2dEydEyP1点：

9.2静电场电场强度

chsling

解题思路及应用举例恰当选择电荷元和坐标系，熟悉在不同坐标系中各种电荷元的表示方法；求电荷元在所求点的电场强度;化矢量为标量，注意对称性的分析；利用叠加原理（相加或积分）求电场强度。注意：

1.利用已有的结论直接叠加求电场强度，如利用圆环