川大 文科物理课件 静电场.ppt

* 1 静电场 第三章 电磁现象 3 电磁感应 2 稳恒磁场 电荷的量子化及电荷守恒定律 原子是电中性的,原子核中的中子不带电、质子 带正电、核外电子带负电，并且所带电量的绝对值相等。自然界中有两种电荷：正电荷、负电荷。 一、电荷 (charge) 密立根（R.A.millikan )用液滴法测定了电子电荷，电子是自然界中存在的最小负电荷, 1986年的 推荐值为：e =1.602 177 33×10-19 C 电荷量子化是个实验规律。 实验证明微小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是元电荷 e 的整数倍 , 即粒子的电荷是 量子化的： Q = n e ; n = 1, 2 , 3,… 二、库仑定律(Coulomb law)T9-1-1.exe 在真空中两个相对于观察者静止的点电荷之间的相互作用力的大小与它们所带电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比 ,方向沿两电荷的连线,同号相斥,异号相吸。 库仑力满足牛顿第三定律 其中 为q1 指向q2 的矢量 设q2 受到 q1 的作用力为F12 则： 当q2 与q1 异号时, F12 与r12 方向相反 是国际单位制中的比例系数 称为真空电容率或真空介电常量。 自然界存在四种力：强力、弱力、电磁力和万有引力, 把10－15m的尺度上两个质子间的强力的强度规定为1, 其它各力的强度是：电磁力为10－2，弱力为10－9，万有引力为10－39。在原子、分子的构成以及固体和液体的凝聚等方面，库仑力都起着主要的作用。 电场和电场强度 一、电场(electric field ) 1. 在电荷周围空间存在一种特殊物质，它可以传递电荷之间的相互作用力，这种特殊物质称为电场。静止电荷周围存在的电场，称静电场，这就是所谓的近距作用。 2. 任何进入该电场的带电体，都受到电场传递的作用力的作用，这种力称为静电场力。 3.当带电体在电场中移动时，电场力对带电体作功, 表明电场具有能量。 电荷 电场 电荷 实验表明电场具有质量、动量、能量，体现了它的物质性。 二、电场强度 (electric field intensity) 它与试探电荷无关，反映电场本身的性质。 单位正电荷在电场中 某点所受到的力。 物理 意义 1. 试探电荷： q0 是携带电荷足够小；占据空间也 足够小的点电荷，放在电场中不会对原有电场有显著的影响。 2. 将正试探电荷q0放在电场中的不同位置，q0受到的电场力 F 的值和方向均不同 , 但对某一点而言 F 与 q0 之比为一不变的矢量，为描述电场的属性 引入一个物理量电场强度(简称为场强）： 3. 单位 ：在国际单位制 (SI)中 电场是一个矢量场(vector field ) 力 的单位：牛顿(N ); 电量 的单位：库仑(C ) 场强 单位(N/C )，或(V/m)。 电荷在场中受到的力： + + + + 电场中某点的电场强度的大小，等于单位电荷在该点所受电场力的大小；电场强度的方向与正电荷在该点所受电场力的方向一致。 三、电场强度的计算 1.点电荷的电场强度 位矢 求场点 O 场源 F 正电荷 负电荷 2.多个点电荷产生的电场T9-2-1.exe 电场中任何一点的总场强等于各个点电荷在该点各自产生的场强的矢量和。这就是场强叠加原理。 若空间存在n个点电荷q1 ,q2 ,…,qn 求它们在空间电场中任一点P 的电场强度： ri 是点P 相对于第i 个点电荷的位置矢量。 E3 E2 E1 3.任意带电体产生的电场 将带电体分成很多电荷元dq ,先求出它在空间任意点 P 的场强 对整个带电体积分,可得总场强： 以下的问题是引入电荷密度的概念并选取合适的坐标，给出具体的表达式和实施计算。 P ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 体电荷分布的带电体的场强 面电荷分布的带电体的场强 线电荷分布的带电体的场强 电荷的体密度 电荷的面密度 电荷的线密度 例：求两个相距为l,等量异号点电荷中垂线上距离点电荷连线中心任一点Q处的电场强度。 等量异号电荷 +q、-q ，相距为l (lr) ，称该带电体系为电偶极子 解：建立如右图的坐标系 Q点的场强 E 的y分量为零, x 分量是 E+ 和 E- 在x方向分量的代数和: 代入上式 结论：电偶极子中垂线上，距离中心较远处一点的场强，与电偶极子的电矩成正比，与该点离中心的距离的三次方成反比，方向与电矩方向相反。 用 表示从 到 的矢量， 定义电偶极矩为： X Y q q q E E E