大学物理电场强度.ppt

1、A,1,大学物理学电子教案,静电场的概念与计算, 6-1 电荷 库仑定律,6-2 静电场 电场强度,A,2,1、什么是电磁学,电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学是研究电磁运动及其规律的物理学分支。,2、电磁学的主要内容 电荷、电流产生电场和磁场的规律； 电场和磁场的相互作用； 电磁场对电流、电荷的作用； 电磁场中物质的各种性质。,3、学习电磁学的意义 在现代物理学中的地位是非常重要的。 深入认识物质结构。 是学习电工学、无线电电子学、自动控制、计算机技术等学科的基础。,第三部分 电磁学,A,3,第六章,真空中的静电场,本章主要内容：研究真空中静电场的基本特性： 静电场的基本定律：库仑定律

2、、叠加定律 静电场的基本定理：高斯定理、环路定理 描述静电场的物理量：电场强度、电势 静电场对电荷的作用,A,4,一、电荷, 6-1 电荷 库仑定律,1.电荷的种类：正电荷、负电荷,4.电荷守恒定律(演示）,5.电荷的量子化效应：q=ne,2.电荷的性质：同号相斥、异号相吸,3.电量：电荷的多少 单位：库仑 符号：C,n=1,2,3,.,A,5,2.库仑定律,可以简化为点电荷的条件:,1.点电荷模型,施力电荷指向受力电荷矢径方向的单位矢量,实验给出：k = 8.988010 9 Nm2/C2,二、库仑定律与叠加原理,A,6,说明：, 库仑定律适用的条件：, 真空中点电荷间的相互作用 电荷对观测

3、者静止, 0 真空介电常量 （dielectric constant, 有理化：,引入常量 0，,有：,令,of vacuum ）,q1,q2包含符号，若q1,q2同号则为斥力，若q1,q2异号则为引力。,A,7,数学表达式,离散状态,连续分布,3.静电力的叠加原理 作用于某电荷上的总静电力等于其他点电荷单独存在时作用于该电荷的静电力的矢量和。,A,8,例、在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.310-11m，求它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。,解：氢原子核与电子可看作点电荷,万有引力为,两值比较,结论：库仑力比万有引力大得多，所以在原子中，作用在电子上的力，主要是电场力，万有

4、引力完全可以忽略不计。,A,9,一、电场,6-2 静电场 电场强度,1.电荷间作用,A,10,在不同场点，静止的试验电荷受的电场力不相同； 在同一场点，改变静止试验电荷电量大小，试验电荷所受力也不相同，但比值 是一个常矢量； 选择场中不同的场点，重复的实验发现，比值 随着场点的不同这个矢量也在变化。,1.试验电荷q0及条件,2.实验结果,二、电场强度,A,11,3.电场强度,电场中某点的电场强度等于单位正试验电荷在该点所受的电场力。,4.场强叠加原理,设有若干个静止的点电荷q1、q2、qN,则它们同时存在时的场强为,它们单独存在时的场强分别为,A,12,1. 点电荷的电场,特点:,(1)是球对

5、称的;,(2)是与 r 平方成反比 的非均匀场。,此时，点电荷模型已失效， 所以这个公式已不能用！,三、电场强度的计算,A,13,2. 点电荷系的电场,点电荷qi 的场强：,总场强：,点电荷系,场强叠加原理,A,14,例 1. 求电偶极子的场强,r l 具有相对意义。,q, -q,电偶极子：,一对靠得很近的等量异号的点电荷所组成的电荷系。,电偶极矩,基本方法：,A,15,（1）轴线上的场强,r l 时：,A,16,（2）中垂线上的场强 (自学),电偶极子场强分布的的特点：,由书 P181 例6-3，有：,A,17,3. 连续带电体的电场,取电荷元：,体电荷 dq = dv ：体电荷密度,面电荷

6、 dq = ds ：面电荷密度,线电荷 dq = dl ：线电荷密度,微积分思想,矢量积分化为分量积分,A,18,例2. 求一均匀带电直线(已知q,L,a)在P点的电场。,解：建立直角坐标系,带电,积分变量代换,A,19,积分,讨论：,（1）若 则,当,方向沿半径指向外,方向沿半径指向内,，,（2）若为半无限长带电直线，则,A,20,课堂练习 求均匀带电细杆延长线上一点的场强。已知 q ,L,a,A,21,例3、求一均匀带电圆环轴线上任一点 x处的电场。 已知： q 、a 、 x。,x,p,a,分析,A,22,A,23,讨论,（2）当x= 0,即在圆环中心处，,A,24,（3）当 时，,这时可

7、以把带电圆环看作一个点电荷 这正反映了点电荷概念的相对性,A,25,求均匀带电半圆环圆心处的 ，已知 R、,电荷元dq产生的场,根据对称性,场强的计算,A,26,例4、均匀带电圆盘轴线上一点的场强。 设圆盘带电量为q，半径为R。,解：带电圆盘可看成许多同心的圆环组成，取一半径为r，宽度为dr 的细圆环带电量,在远离带电圆面处，相当于点电荷的场强。,相当于无限大带电平面附近的电场，可看成是均匀场，场强垂直于板面，正负由电荷的符号决定。,讨论： 1.当xR,A,27,讨论：如图已知q、d、S,求两板间的作用力,四、带电体在外电场中所受的力,A,28,解：合力,合力矩,将上式写为矢量式,力矩总是使电矩 转向 的方向，以达到稳定状态,可见： 力矩最大； 力矩最小。,