7静态电场2016.pptx

第七章 静止电荷的电场(6.0) 电磁学研究电磁现象的有关规律，主要是电磁场的规律以及物质的电磁性质。电磁学的内容按性质可分为 “场” 和 “路” 两部分。中学物理对路有较多的讨论，大学物理则偏重从场的观点进行阐述。主要内容：静态电场：研究静止电荷所产生的电场的基本性质和规律、导体和电介质的静电特性； 研究稳恒电流所产生的电场的基本性质。稳恒磁场：研究稳恒电流所产生的磁场的基本性质和规律、稳恒磁场与电流的相互作用、物质的磁性质。电磁感应：研究电场和磁场的内在联系及其转化。§7-1 电荷 库仑定律一. 电荷1. 电荷 两种不同材料的物体，如丝绸和玻璃棒，相互摩擦后都能吸引纸片等轻小物体。称物体经摩擦后能吸引轻小物体的状态为带电，并说物体带有电荷。表示带电多少的物理量称为电荷量 (简称电量，单位：库仑)，用 Q 或 q 表示。 存在两种电荷，称为正电荷和负电荷。电荷之间有力的作用，同号电荷相互排斥，异号电荷相互吸引。当异号电荷重合在一起时，它们的效应互相抵消，称为中和。中子原子核 原子(呈电中性)质子 (+)电子 (?)2. 物质的微观电结构 摩擦使物体带电的现象可以从物质结构加以说明。 宏观物体都由分子、原子组成。 如果原子失去若干或得到若干电子，就会带有正电荷或负电荷，称为正离子或负离子。 当两种不同材料的物体相互紧密接触时，电子可以从一个物体迁移到另一个物体上去，结果使两个物体都处于带电状态。3. 电荷守恒定律 在一定外因作用下，物体带电时，正负电荷总是同时出现且等量值。当等量异号电荷相遇相互中和时，物体就不带电了。大量事实证明： 在孤立系统内部，正负电荷的代数和总是保持不变。 ——电荷守恒定律4. 电荷的量子化电子(质子)是自然界带有最小电荷量的粒子。任何带电体或微观粒子所带的电荷量都是电子(质子)电荷量的整数倍。 电荷的基本单元很小，在宏观电现象中，电荷的量子性表现不出来，可以认为电荷连续分布。二. 库仑定律 真空中，两静止点电荷之间的相互作用力的大小与这两个点电荷的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。点电荷——理想模型, 若带电体的线度带电体间的距离，则带电体可看成点电荷其中，r12=r1?r2 是由 q2 指向 q1 的矢量； ?0 = 8.8538?10?12 C2 ? N?1 ? m?2 。真空介电常数三.静电力的叠加原理 实验还证明，空间中有两个以上的点电荷时，作用在某一个电荷上的总静电力等于其它各点电荷单独存在时对该点电荷作用力的矢量和，即—— 静电力的叠加原理任一带电体可以认为是一个点电荷系。利用库仑定律和静电力的叠加原理，原则上可以解决静电学的全部问题。§7-2 电场 电场强度一. 电场 电荷之间的相互作用是如何传递的？超距作用：电荷之间的相互作用直接给予，既不需要传递介质，也无传递时间。场的观点：电荷之间的相互作用通过电场传递。 电荷 ?电场 ? 电荷 电场具有能量、动量，是物质存在的一种形式。 静止电荷激发的电场称为静电场。静电场的对外表现： i 对位于其中的电荷有力的作用； ii当电荷在电场中运动时，静电力对它作功； iii 使处于其中的导体产生静电感应，介质发生极化。二. 电场强度——描述电场中各点电场强弱的物理量 首先讨论静电场对外表现的第一点，电场对位于其中的电荷有力的作用，这是电场的基本性质。 为定量描述电场中任意处的性质，将一个试探电荷 q0 (带电量充分小、几何线度也充分小的电荷 ) 放到电场中的各点，观测它所受到的静电力。 实验表明，q0 在电场中不同点处，所受的电场力F 的大小和方向都与q0有关；而F/q0 无论大小还是方向都与 q0 无关，反映了电场本身的性质，可作为描述电场的物理量。 定义电场强度 E：单位：N ? C?1 根据电场强度的定义，位于电场 E 中的点电荷 q 所受到的电场力为三. 电场强度的计算1. 点电荷的场强 以点电荷 q 所在处为坐标原点，场中任一点 P 的矢径为 r。设想在 P 点放置一个试探电荷 q0，根据库仑定律，q0 受到的电场力为再由场强的定义，P 点的场强为 可见，点电荷电场的空间分布具有球对称性，即在以 q 所在处为中心的球面上，场强的大小相等，场强的方向沿径向背离中心 ( q 为正) 或指向中心 ( q 为负)。2. 场的叠加原理 点电荷系的场强 如果空间中存在 n 个点电荷，则空间的电场由这 n 个点电荷共同激发。根据静电力的叠加原理，试探电荷 q0 在P 点受到的电场力为由场强的定义，有—— 场的叠加原理由场的叠加原理，点电荷系的场强为3. 任意带电体的场强 任意带电体可以看作是许许多多点电荷dq组成的系统，利用场的叠加原理可以计算任意带电体的场