电磁学01真空中的静电场.ppt

1.5,1.8,1.9,1.10,1.12 1.20,1.23, 1.26,1.29 静止： 点电荷相对静止，且相对于观察者也静止 该条件可以拓宽到静源——动电荷， 不能延拓到动源——静电荷？ 因为作为运动源，有一个推迟效应； 问题：上述结论是否与牛顿第三定律矛盾？结果合理吗？ 真空条件 作用：为了除去其他电荷的影响，使两个点电荷只受对方作用。 如果真空条件破坏会如何？——不仅只有两个电荷；总作用力比真空时复杂些，但由于力的独立作用原理，两个点电荷之间的力仍遵循库仑定律 因此可以推广到介质、导体 点电荷：忽略了带电体形状、大小以及电荷分布情况的电荷。 平方反比力： 精度：Coulomb时代 1971年 后果？ 静电场的基本定理——高斯定理将不成立 动摇了电磁理论的基础 电力平方反比律与m光（静）是否为零有密切关系 m光是有限的非零值？还是一个零？有本质的区别 现有理论以m光=0为前提,若m光不为零 ，后果严重： 电动力学的规范不变性被破坏 、电荷将不守恒 光子偏振态要发生变化 、黑体辐射公式要修改 会出现真空色散，即不同频率的光波在真空中的传播速度不同，从而破坏光速不变。 3.3, 3.6, 3.9, 3.15, 3.20, 3.29 §1.8 静电场的环路定理 (circuital theorem of electrostatic field） 一.静电力作功的特点 移动 qo 电场力作功： (L) (L) 研究 的特点： (L) ? 对点电荷： (L) (L) ──只与P1、P2位置有关，而与L无关。 r ? 对点电荷系： (L) (L) (L) ──只与P1、P2位置有关， 而与L无关。 ri ? 对任意电荷系： 也应与L无关。 (L) 二.环路定理(circuital theorem ) (L1) (L2) (L2) ─静电场的环路定理 称为静电场的“环流”(circulation)。 L1 L2 P2 P1 ? ? 静电场的环路定理说明静电场为保守场， 思考 电场线平行但不均匀分布是否可能？ 静电场的 线？ 静电场的电场线不能闭合。 §1.9 电势差、电势 一.电势差(electric potential difference) 定义P1对P2的电势差： U12为移动单位正电荷由P1→P2电场力作的功。 二.电势(electric potential) 则任一点P1处电势为： 设P0为电势参考点，即U0 = 0， ∴ 这说明 P0点的不同选择，不影响电势差。 P0选择有任意性，习惯上如下选取电势零点： 理论中：对有限电荷分布，选 = 0 。 对无限大电荷分布，选有限区域中的某适当点为电势零点 。 实际中：选大地或机壳、公共线为电势零点。 演示 高压带电操作（等电势概念的利用） 例1 点电荷场的电势公式 中心对称； 是标量。 三.电势的计算 （已知电场强度分布，由定义求电势） 例2 均匀带电球面的电势 球面外点的电势等于处于球心的“点电荷”在该点的电势。 球面内等电势, 等于球面上的电势。 r q 0 U R R 例3 均匀带电球体的电势 R q r 球心： 0 r U R q R 例4无限长圆柱面(线电荷密度?) 的电势 电势分布： 选 点为电势零点 电场分布： ? R r p ? R r p p0 r0 电势零点不能选在无限远！ ? r r0 R 0 r p0 §1.10 电势叠加原理 (principle of superposition of electric potential) 由 ，得： 注意：电势0点P0必须是共同的。 ? 对点电荷系： ? 对连续电荷分布： ＋ l q θ 例1. 求电偶极子场中任一点的电势 解 由点电荷电势叠加 r- r+ 例2 求电量为 的带电球面在球心的电势 解： 在球面上任取一电荷元 由电势叠加原理 全部电荷在球心的电势为： 思考： * 结果与电量分布 均匀与否有关吗？ * 圆环、一段圆弧 如何？ 在球心的电势为 (4)电偶极子在均匀电场中所受的力矩 F+ F- E p θ *2.电四极子（electric quadrupole）的场强 偶极子是 ?q 有微小位移而得到的； 四极子是? 有微小位移而得到的： ? ? -q +q - ? ? +q -q ? ? +q -q ? ? +q -q ? ? +q -q 位移 ? ? +q -q - 或 位移 ? ?