静电场(库仑定律、高斯定理).PPTVIP

18世纪：莱顿瓶、富兰克林风筝实验、库仑扭秤实验、伏打电池 19世纪：莫尔斯电报机、电路定律、电动机、发电机、无线电、电子管 电荷、电流 电场、磁场 电场、磁场相互联系 电磁场对物质的各种效应 第十章 静电场 重点：(1)场的概念； (2)一个定律、两个定理、两个概念； 高斯定理 场强 库仑定律 静电场环路定理 电势 (3)求场强的两种方法：叠加法、高斯定理法，求电势的两种方法：定义法、叠加法； (4)常见带电体系的场强和电势： 无限长均匀带电直线的场强、无限大均匀带电平面的场强、均匀带电球面的场强和电势、均匀带电球体的场强； (5)一些概念：电场线、电通量、电势能、等势面，场强与电势梯度 §10-1 电荷的基本认识 一、电荷的种类 1．物体具有吸引轻小物体的性质，就说它带有电荷 起电方式有两种：摩擦起电、静电感应 2．两种电荷：正电荷和负电荷（象正负数一样可抵消） 同种电荷相互排斥，异种电荷相互吸引 3．摩擦起电和静电感应都有一个特点：两物体同时带电，且所带电荷等量异号 这就表明：起电过程是电荷从一个物体（或物体的一部分）转移到另一物体（或同一物体的另一部分）的过程。 二、电荷守恒定律 电荷既不能被创造，也不能被消灭，它们只能从一个物体转移到另一物体，或者从物体的一部分转移到另一部分。在任何物理过程中，电荷的代数和是守恒的。 三、物质的电结构、电荷的量子化 1．物质的电结构 物质由原子组成；原子由带正电的原子核和带负电的电子组成；原子核中有质子和中子，中子不带电，质子带正电；一个质子所带电量和一个电子所带电量数值相等，用e表示。 这是各种带电过程的内在依据。可解释一般情况下物体不带电、摩擦起电、静电感应等。 2．电荷的量子化 电荷的量值是不连续的，是元电荷（一个电子所带电量e）的整数倍。 *密立根油滴实验 §10-2 库仑定律 1．点电荷：带电体本身的几何线度比带电体之间的距离小得多，可忽略其形状和大小，抽象成一个点。 2．文字表述：在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小与电荷的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着两点电荷的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。 3．设 表示 指向 的矢量， 为 指向 的单位矢量，则 受到 的作用力 为： (1) 比例系数 (2)令 ，其中真空电容率 (3)无论 、 正负如何，上式都适用 (4)并且， ，说明库仑力满足牛顿第三定律 (5)当有多个点电荷存在时，其中一个点电荷受到的作用力为其他点电荷单独存在时对该点电荷作用力的矢量和。 §10-3 电场强度 一、电场 1．电荷激发电场，静止电荷激发静电场； 电场的基本性质是对处在其中的电荷有作用力（电场力）。 电荷 电场 2．电磁场是物质的一种形态，有能量、动量等属性。 电磁场分布在整个空间中，要逐点描述它。 二、电场强度 1．试验电荷 (1)点电荷，以确定电场各点的性质； (2)电荷足够小，不会改变原有电场的分布。 2．试验电荷在电场中不同点所受电场力的大小、方向都可能不同；而在同一点，电场力的大小与试验电荷电量成正比，若试验电荷异号，则所受电场力的方向相反。 (1)反映电场本身性质，与所放电荷无关； (2) 的大小为单位电荷在该点所受电场力， 的方向为正电荷所受电场力的方向； (3)单位： (4)已知 ，电荷 在电场中某点所受电场力 即为： 3．匀强电场：电场中空间各点场强的大小和方向都相同。 三、点电荷电场强度 以点电荷Q所在处为原点O，任取一点P（场点），点O到点P的位矢为 ，把试验电荷 放在P点，有库仑定律可知， 所受电场力为： 其中 ，为点O到点P的单位矢量。 根据定义，P点场强为： 由此可知，点电荷的电场分布特点为： (1) 的方向沿着以Q为中心的矢径（Q为正电荷，Q0）或其反方向（Q为负电荷，Q0）； (2) 的大小只与距离r有关，因此在以Q为中心的球面上场强的大小相等，为球对称分布。并且，E与 成反比， 时，E=0。 四、场强叠加原理