真空中的静电场93123.ppt

第八章 真空中的静电场(Electrostatic Field in Vacuum) 相对于观察者为静止的电荷所激发的电场为静电场； 本章研究： 1、 真空中静电场的基本特性； 2、引入描述电场的的基本物理量——电场强度和电势； 3、在库仑定律和场强叠加原理的基础上建立高斯定理和场 强环路定理； 4、 讨论电场强度和电势之间的关系。 §8-1 电荷 库仑定律(coulomb law) 电荷量（电量）：表示物体所带电荷多寡程度的物理量称为电荷量，用q表示，国际制单位为库仑。 电子（质子）是自然界带有最小电荷量的粒子。任何带电体或微观粒子所带的电荷量都是电子（质子）电荷量的整数倍。 一个电子的电荷量为 e= 1.6×10-19 C 点电荷 (point charge) ： ——理想模型, 若带电体的线度带电体间的距离，则带电体可看成点电荷。 这一节的主要内容：引入三条实验规律 电荷守恒定律 库仑定律 电场力的叠加原理 电荷守恒定律 表述1：在任一物理过程中，电荷既不能产生，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一物体，或从物体的一部分转移到另一部分。 表述2：在一个与外界无电荷交换的系统内进行的任何物理过程中，电荷的代数和保持不变。 这是一条在一切已发现的宏观过程和微观过程中都普遍遵守的规律。 库仑定律(coulomb law) 表述：实验表明，真空中两个静止点电荷间作用力的大小与两电量的乘积成正比，与两电荷之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着两电荷的连线，同号相斥，异号相吸。 适用条件： 　　 　(1) 点电荷　　　　 　　 　(2) 真空——没有电介质 　　 　(3) 电荷静止 有理化米-千克-秒-安培制 1.国际单位制(SI) q-库仑(C)， F-牛顿(N)， r-米(m) k＝8.9880 ×109 N·m2/C2 2、有理化 引入常数，使 ?0 ——真空介电常量(真空电容率) (permittivity of vacuum) ?0 ≈8. 85 ×10－12 C2/ N·m2 库仑定律（有理化后） 电场力的叠加原理 设在n个点电荷组成的点电荷系中，引入另一点电荷q0，实验表明，各个点电荷对q0的作用力是彼此独立的， q0受到的合力等于各个点电荷单独存在时对q0所施作用力的矢量和，即： 库仑定律和静电力的叠加原理，原则上可以解决静电学的全部问题。 §8-2 电场 电场强度 问题：两个静止电荷的相互作用力是通过什么途径发生的？ 超距观点： 电荷 电荷 近距观点：电荷 电场 电荷 近代物理的发展证明，超距观点是错误的，近距观点是正确的。电荷之间的相互作用，是通过其中一个电荷所激发的电场对另一个电荷的作用来传递的。这种传递虽然很快（约为3×108m/s），单仍需要时间。 电场(electric field) 1、电荷产生电场 　 2、电场性质 (1)对处于电场中的其他带电体有作用力（电场力）； (2)在电场中移动其它带电体时，电场力要对它作功。 静电场：相对于观察者静止的电荷在其周围激发的电场。 电场强度 (electric field intensity) 引入：电场强度是从电荷在电场中受力的角度来描述电场的一个物理量，电场中某一点的电场强度定义为： 电场强度的单位是：N/C 即，任意电场中，某点的电场强度E是表征该点电场特性的矢量。其大小等于位于该点的单位电荷(试探电荷)所受的电场力的大小，方向为该点正试探电荷所受电场力的方向。试探电荷(test charge)(电量小、线度小) 电场强度 (electric field intensity) 由 电场强度的计算 （1）点电荷的场强 欲求点电荷q(源电荷)在p点(场点)产生的电场，在p点放一试探电荷q0，则由库仑定律和电场强度定义，其受力为 p点处的电场强度为 ： 电场线(electric field line ) 形象地描述场强在空间的分布情形，使电场有一个比较直观的图像。 1.画法：在电场中画出许多电场线： (1)为描述电场中场强的方向分布，使电场线上每一点的切线方向表示该点场强的方向； (2)为描述电场中场强的大小分布，引入电场线数密度的概念(通过垂直于E的单位面积的电场线的条数) ΔN/ΔS⊥，并使电场中任一点的电场线的数密度正比于该点 E 的大小，这样，电场线的疏密分布就反映了电场中场强大小的分布情况，电场线