库仑定律和电场

库仑定律和电场第1页，课件共29页，创作于2023年2月1905年爱因斯坦建立狭义相对论1865年麦克斯韦提出电磁场理论1820年奥斯特发现电流对磁针的作用公元前600年1831年法拉第发现电磁感应现象古希腊泰勒斯第一次记载电现象第2页，课件共29页，创作于2023年2月电磁学研究内容1电荷，电流产生电场，磁场的规律2电场和磁场的相互联系3电磁场与物质的相互作用第3页，课件共29页，创作于2023年2月第十章电荷和静电场电荷是产生电磁场的源泉；相对于观察者为静止的电荷称为静电荷。它在空间所产生的场为静电场，它是电磁场的一种特殊状态。第4页，课件共29页，创作于2023年2月§10.1电荷和库仑定律物质的电结构理论原子核电子第5页，课件共29页，创作于2023年2月1.存两种电荷：正电荷、负电荷产生电荷的方法:摩擦起电和静电感应2.电荷之间有相互作用：异号相吸引，同号相排斥。3.电荷量子化---密立根液滴法实验e=1.60217733×10-19库仑(C)迄今所知，电子是经实验验证的自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷。(电量的国际单位)4.电荷量的相对论不变性表述：5.电荷守恒定律（lawofconservationofcharge)在一个与外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。第6页，课件共29页，创作于2023年2月18世纪后期开始了电荷相互作用的定量研究。1769年，鲁宾孙Robison通过作用在一个小球上电力和重力平衡的实验，直接测定了两个电荷相互作用力与距离二次方成反比1773年，卡文迪什推算出电力与距离二次方成反比1785年，库伦设计了精巧的扭秤实验，直接测定了两个静止点电荷的相互作用力与他们之间距离的平方成反比，与他们电量的乘积成正比。第7页，课件共29页，创作于2023年2月库仑定律

---真空中点电荷间的相互作用点电荷（理想模型）

当带电体的大小和带电体之间的距离相比很小时，这种带电体就可看作点电荷。（忽略其形状和大小）表示单位矢量1/4

0=8.9880

109N·m2/C2

9

109N·m2/C2

0—真空介电常数

(Permittivityofvacuum)

0=8.85

10-12C2/N·m2第8页，课件共29页，创作于2023年2月同号电荷:异号电荷:真空中的库仑定律

真空中两个静止点电荷之间的作用力的大小与这两个点电荷所带电量和的乘积成正比，与它们之间的距离r的平方成反比，作用力的方向沿它们的联线方向，同号电荷相斥，异号电荷相吸。库仑定律是平方反比规律(与万有引力定律类似)库仑定律满足定顿第三定律注意：第9页，课件共29页，创作于2023年2月§10.2电场和电场强度1.什么是电场？带电体周围空间存在的一种特殊的物质。其重要性质之一就是当有外来电荷处于其中时会受到电场力的作用.A电荷B电荷电场激发电场力激发电场力第10页，课件共29页，创作于2023年2月二、电场强度——描述电场强弱的物理量

1.试验电荷本身携带电荷足够小的点电荷。单位正电荷在电场中某点所受到的电场力物理意义场强与试验电荷无关，反映电场本身的性质。将放在电场中的某一点P（称为场点），设受到的电场力为，则定义P点的电场强度(简称为场强）为：2、电场强度的定义3.电场强度的单位：在国际单位制中(SI)电场是一个矢量场(vectorfield)场强单位是[N/C]。或者是伏特/米（V/m）。第11页，课件共29页，创作于2023年2月三、电场强度的计算场强叠加原理1点电荷及点电荷系产生的电场强度计算（1）点电荷产生的电场强度场点场源电荷+场强的大小：场强的方向：点电荷产生的场强具有球面对称性，即在以点电荷为球心的任意球面上，场强的大小均相等，方向均沿半径方向。第12页，课件共29页，创作于2023年2月（2）点电荷系产生的电场中的场强计算

设场源由n个点电荷组成，作用在场中某点P处试验电荷上的力,各点电荷所产生的力

点电荷系在某点产生的场强，等于每一个点电荷单独存在时在该点分别产生的场强的矢量和。——场强叠加原理第13页，课件共29页，创作于2023年2月

例一求电偶极子连线上一点P和中垂线上一点Q的场强。为该电偶极子的电偶极矩（电矩）。第14页，课件共29页，创作于2023年2月第15页，课件共29页，创作于2023年2月第16页，课件共29页，创作于2023年2月（3）任意带电体(连续带电体)电场中的场强：将带电体分成很多元电荷dq,先求出dq在任意场点p的场强第17页，课件共29页，创作于2023年2月由场强叠加原理，所有电荷元在该点产生的合场强为分量式：合场强为：第18页，课件共29页，创作于2023年2月电荷线密度电荷面密度电荷体密度第19页，课件共29页，创作于2023年2月

积分法求场强的一般步骤：1）根据带电体的形状，选取合适的电荷元dq

；2）写出dq产生的元场强dE，并搞清dE的方向是否变化；3）如dE的方向是变化的，将dE沿坐标轴方向分解得到元分量；4）对各元分量分别进行积分，得到总场强的分量；5）将各分量合成，得到总场强E，并加以适当的讨论。第20页，课件共29页，创作于2023年2月

例二

均匀带电细棒的电场。设有长度为L，总电量为+Q的均匀带电细棒，试求棒的中垂线上一点P处的场强，设P点至棒的距离为a。以及带电细棒延长线上一点Q处的场强，Q点至棒的中点的距离亦为a。解：（1）中垂线

建立如图坐标系，在距原点O为x处取线段元dx，电荷元为第21页，课件共29页，创作于2023年2月在直角坐标系中分解，得由对称性可知：第22页，课件共29页，创作于2023年2月所以讨论：第23页，课件共29页，创作于2023年2月（2）延长线：同理取线元dx，电荷元为（方向沿+x轴。）第24页，课件共29页，创作于2023年2月

例三

均匀带电圆环的电场试计算均匀带电圆环轴线上任一给定点P处的场强，设圆环半径为a，圆环所带电量为Q，P点与环心的距离为x。

解：建立如图坐标系，取电荷元dqdq在P点产生的场强大小为第25页，课件共29页，创作于2023年2月第26页，课件共29页，创作于2023年2月讨论：第27页，课件共29页，创作于2023年2月第28页，课件共29页，创作于2023年2月本次课小结：1.库仑定律----点电荷之间的相互作用规律2.电