物理课件16讲解.ppt

? 回顾 实际问题中当物体作趋近于光速的高速运动时，一定要用相对论动力学的公式，求解相对论动力学问题的关键在于理解和掌握下列几个最重要的结论： 相对论质量 相对论动量 相对论能量 相对论动能 相对论能量和动量的关系 第8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 第二篇 电磁学 ? 电磁作用是物质世界中最普遍的相互作用之一 宏观与微观 ? 静电场 ? 稳恒磁场 ? 变化的电磁场 内容： 电磁场理论 §8.1 电荷 库仑定律 一.电荷 1. 正负性 2. 量子性(1913年，油滴实验) （基本粒子的）夸克模型 : 3. 守恒性 在一个孤立系统中总电荷量是不变的。即在任何时刻系统中的正电荷与负电荷的代数和保持不变，这称为电荷守恒定律。 4. 运动不变性 电荷的电量与它的运动状态无关 二. 库仑定律 处在静止状态的两个点电荷，在真空（空气）中的相互作用力的大小，与每个点电荷的电量成正比，与两个点电荷间距离的平方成反比，作用力的方向沿着两个点电荷的连线。 电荷q2对q1的作用力F12 (1) 库仑定律适用于真空中静止的点电荷； (2) 两个静止点电荷之间的 库仑力满足牛顿第三定律； (3) 在原子中 例： 比较质子与电子之间的库仑力和万有引力的比值 ： 三. 库仑力的叠加 q0 受的力： 对n个点电荷： 对电荷连续分布的带电体 Q r 实验事实： 两个点电荷之间的作用力并不因其他点电荷的存在而有所改变. 库仑力的叠加原理 例： 一点电荷与一带电直线间的相互作用力? 解： 取一电荷元 解 两长度为L，相距L带电直杆间的库仑力。 求 L 3L 2L x O dq 对dq’ 的力为: dq’所受的力为: §8.2 静电场 电场强度E 一. 静电场 电场 ? 后来: 法拉第提出场的概念 ? 早期：电磁理论是超距作用理论 ? 电场的特点 (1) 对位于其中的带电体有力的作用 (2) 带电体在电场中运动,电场力对其作功 二. 电场强度 场源电荷 产生电场的电荷 检验电荷 带电量足够小 点电荷 在电场中任一位置处： = = 场 源 电 荷 电场中某点的电场强度的大小等于单位电荷在该点受力的大小，其方向为正电荷在该点受力的方向。 三. 电场强度叠加原理 定义： 点电荷系的电场 点电荷的电场 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。 求电偶极子在延长线上和中垂线上一点产生的电场强度。 解 例 O x P 定义： (电偶极矩) 电偶极子 ( dipole ) P r 在中垂线上 点电荷场强 比较 例 解 相对于O点的力矩 (1) 力偶矩最大 力偶矩为零 (电偶极子处于稳定平衡) (2) (3) 力偶矩为零 (电偶极子处于非稳定平衡) 求电偶极子在均匀电场中受到的力偶矩。 讨论 O 连续分布带电体 ? 已知场源电荷分布 可求任意带电体的场强 ? 三种常见的典型分布： ? 线电荷分布 ? 体电荷分布 ? 面电荷分布 ★矢量积分化作分量积分 a P x y O 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) 解 dq r ? 由图上的几何关系 ? 统一变量 ?2 ?1 例 长为L的均匀带电直杆，电荷线密度为? 求 (1) a L 杆可以看成点电荷 讨论 (2) 无限长直导线 a P x y O dq r ? ?2 ?1 电场方向仅垂直于带电直线 圆环轴线上任一点P 的电场强度 R P 解 dq O x r ? 例 半径为R 的均匀带电细圆环，带电量为q 求 圆环上电荷分布关于x 轴对称 (1) 当 x = 0（即P点在圆环中心处）时， (2) 当 xR 时 可以把带电圆环视为一个点电荷 讨论 R P dq O x r ? 面密度为 ? 的圆板在轴线上任一点的电场强度 解 P r x O 例 R (1) 当R x ，圆板可视为无限大薄板 (2) E1 E1 E1 E2 E2 E2 (3) 补偿法 p x O 讨论 ? 方向与平面垂直 O x 杆对圆环的作用力 q L 解 R 例 已知圆环带电量为q ，杆的线密度为? ，长为L 求 圆环在 dq 处产生的电场 由电场强度求力： 普遍适用 用于点电荷 (1)无限长均匀带 电细棒的场强 几个常用的电场公式 (2)圆环在其中轴线上 任意点产生的场强 (3)无限大均匀带电平面产生的场强 点电荷 ? 圆环 球体 圆盘 无限大平板 球面 一些特殊的计算方法 ★ 应用已有的结果直接叠加 柱体 点电荷 ? 大平板 柱面 直导线 ★ 补偿法