大学物理静电场理论及习题(精品·公开课件).ppt

电势能 设静电场中a、b点的电势能为: 保守力做功等于势能的减小: 令b点的电势能为零, 则a点的电势能: 势能具有相对性, 若令 约定: 一般选取无穷远处电势能为零, 电势能的单位: 焦耳(J) 试探电荷在电场中任一点a的电势能,等于电荷从该点移到无限远处电场力所作的功. 静电场中某点的电势, 在数值上等于放在该点的单位正电荷的电势能, 亦即, 等于单位正电荷从该点经过任意的路径移到无限远处电场力所作的功, 即 电势是一个标量. 电势 Epa: 静电场与场中电荷q0共同拥有. Epa/q0: 取决于电场分布. 场点位置和零势点选取. 与场中检验电荷q0无关. 可用以描述静电场自身的特性. 单位正电荷从电场中a点移到b点, 静电力所做的功, 为静电场中两点的电势差: 电势差 单位: J·C-1 , 也称为伏特(V). 大学物理学 静电场 NIZQ 第*页 第 五 章 静 电 场 一、电荷 库仑定律 闪电 殷商时代(约公元前16~11世纪)的甲骨文中出现了“雷”字. 早在西周时代的青铜器的铭文中就出现了“电”字. 电现象 东汉王充著《论衡》中的描述摩擦起电“顿牟掇芥, 慈石引针”. 玻璃棒被丝绸摩擦或橡胶棒被毛皮摩擦后, 对轻微物体具有吸引作用, 这种现象称为带电现象. 带电现象的演示 带电体所带的电称为电荷. 带电量的大小称为电荷量. 被丝绸摩擦的玻璃棒所带电荷——玻璃电; 被毛皮摩擦的橡胶棒所带电荷——树脂电. 1750年,美国物理学家富兰克林首先命名: 前者称为正点荷, 后者称为负电荷. 电荷 正电荷和负电荷 物质的电结构理论 卢瑟福的星式原子模型: 原子由原子核和核外电子构成, 原子核带正电,电子带负电且绕着原子核运动. 原子半径: r =10-10 m 原子核半径: r =10-14 ~10-15 m 解释摩擦起电? 电荷的基本性质 同种电荷相互排斥; 异种电荷相互相吸. 电荷具有量子性: 每个电子所带电量正好是一个基本单位电量, 因此物体所带总电量总是e的整数倍. 带电本质: 物体带电是由于得失电子所致, 中性物体失去电子带正电, 得到电子带负电. 电荷守恒定律: 孤立系统的带电总量(正负电荷的代数和)始终保持不变. 电荷运动不变性: 物体所带电荷与它的运动状态无关. 当质子和电子被加速, 其质量变化, 但电荷不变. 表明系统所带电荷与参考系选取无关. 点电荷——理想模型 真空中,两个静止点电荷之间的作用力与它们的电量的乘积成正比, 与它们之间距离的平方成反比——库仑定律. ?0: 真空中的介电常数, 又称为真空中的电容率. 库仑定律 点电荷: 带电体的大小和带电体之间的距离相比很小时, 就可看作点电荷. 静电力叠加原理 Q r 任意带电体, 可分割任意微小量dq: 例题1: 已知两杆电荷线密度为?, 长度为L, 相距L . 求两带电直杆间的电场力. 解: L 3L 2L x O 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 对位于其中的带电体有力的作用——力学性质. 带电体在电场中运动, 电场力要作功——能量性质. 电荷 电场 电荷 二、电场 电场强度 场的物质性 电场具有做功本领, 表明电场具有能量; 变化的电场以光速在空间传播, 表明电场具有动量. 电场与实物之间的不同在于它具有叠加性. 电场强度 Q 结论: 电场中各处的力学性质不同. 在电场的不同点上放同样的正试验电荷q0 在电场的同一点上放不同的试验电荷 F3 F1 F2 结论: 定义为电场 电场强度定义: 单位: N·C-1 电场强度的大小: 电场强度的方向为正试验电荷在该处所受电场力的方向. 物理意义: 单位正电荷在电场中某点所受到的力. 与试验电荷无关, 反映电场本身的性质. 电场是一个矢量场 场强叠加原理 Fn F3 F2 F1 F P qo qn q1 q2 q3 电场强度的计算 点电荷电场的场强 F qo r q 电场具有球对称性. 由场强叠加原理: 点电荷系的场强: E P r1 r2 r3 rn qn q1 q2 q3 点电荷系电场中的场强 连续分布电荷电场中的场强 dq P r 直角坐标系中: 例题2: 求电偶极子中垂线上距离中心较远处一点的场强. 电偶极子: 等量异号电荷+q、-q, 相距为l (l相对于求场点很小)的带电体系. 解: 用 表示从-q到+q的矢量, 定义电偶极矩为: 例题3: 求长为l、电荷线密度