大学物理—静电场(1).ppt

* 电磁运动: 电磁学: 物质的又一种基本运动形式 研究物质电磁运动规律及应用的学科 * 主 要 内 容 静电场 恒定电流 静电场中的导体和电介质 稳恒磁场 磁场中的磁介质 电磁感应 第7章 相对观察者静止的电荷所激发的电场 * 本章主要内容 7.1 电荷 库仑定律 7.2 电场 电场强度 7.3 静电场的高斯定理 7.4 静电场的环路定理 电势能 7.5 电势 电势差 电势的叠加原理 7.6 等势面 电势梯度 7.7 电荷在外电场中的静电势能 * 教学基本要求 1. 掌握电场强度与电势的概念以及场强叠加原理和电势叠加原理。掌握电势与场强的积分关系。能利用叠加原理，结合对称分析，计算一些简单问题中的电势和场强。 2. 理解静电场的两个基本规律：高斯定理和环路定理。掌握用高斯定理计算场强的条件和方法。 3. 理解电偶极矩的概念，能计算电偶极子在均匀电场中所受的力矩。 4. 理解电通量的概念，能分析、计算一些简单情形的电通量。 * 7.1 电荷 库仑定律 一、电荷 二、库仑定律 * 一、电荷 1. 电荷的种类 2. 电荷的量子性 1964年盖尔—曼提出夸克模型： 3. 电荷守恒 在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。——电荷守恒定律 4. 电荷的相对论不变性 电荷的电量与它的运动状态无关，和参考系无关。 两种电荷 是物理学中普遍的基本定律 * 1777年开始研究静电和磁力问题，发明扭秤。1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。1785-1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。 扭秤 库仑(1736 ~ 1806) 法国工程师、 物理学家。 二、库仑定律 点电荷 当带电体本身的线度与所研究的问题中所涉及的距离相比可忽略不计时，可以把带电体看作点电荷。 说明： 1）相对概念 2）带电量不一定少 * 库仑定律： 在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力的大小与这两个电荷所带电量的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比；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。 真空介电常量（真空电容率） ——从电荷1指向电荷2 * 讨论： (1) 库仑定律适用于真空中的点电荷； (2) 库仑力满足牛顿第三定律； (3) 一般 (4) 是基本实验规律；宏观、微观均适用； (5) 库仑力可以叠加： 两个以上的点电荷对一个点电荷的作用力，等于各个点电荷单独存在时对该点电荷作用力的矢量和。 ——静电力的叠加原理 * q0 受的力： 对n个点电荷： 对电荷连续分布的带电体： Q r * 7.2 电场 电场强度 一、电场 二、电场强度 三、电场强度的计算 * 一、电场 在任何电荷的周围，都存在一种特殊形态的物质——电场。 静电场对外表现 力的表现 功的表现 —— 电场强度 —— 电势 早期：超距作用理论 后来：法拉第提出近距作用，并提出力线和场的概念 电荷 电荷 电荷 电荷 电场 静电场—— 静电荷在其周围所激发的特殊形态的物质。电荷间的相互作用是通过电场来实现的。 * 二、电场强度 检验电荷q0 1.在电场的不同点上放同样的检验电荷qo 结论： 电场中各处的力学性质不同。 2.在电场的同一点上放不同的检验电荷 结论： 电场强度定义： 物理意义：等于单位正电荷在该点所受电场力 单位： N/C ； V/m 。 只要有电荷就有电场存在, 与是否引入检验电荷无关! 条件 电量充分地小 线度足够地小 * 处总电场强度 电场强度的叠加原理 点电荷qi 对q0的作用力 讨论： (1) 电场强度是矢量场。 (2) 由力的叠加原理得q0所受合力 * (1) 点电荷的电场强度 三、电场强度的计算 * （2）点电荷系的场强 如果电场由 n 个点电荷共同激发， 根据电场强度叠加原理，可知空间某点的电场场强为： q0 * （3）电荷连续分布的带电体的场强 注意：在具体计算时，要化成标量积分，即先分解，再积分。 q d 思路：把带电体看作是由许多个电荷元组成，然后利用 场强叠加原理。 * 例7.1 电偶极子的电场强度 — 电偶极子的轴 — 电偶极矩 求：电偶极子轴线延长线上一点和轴线的中垂线上一点的场强。 (靠得很近的等量异号点电荷对) 解：(1) 轴线延长线上一点的场强 * (2) 轴线中垂线上某一点的场强 * 例7.2 正电荷均匀分布在一根长直细棒上，此棒电荷线密度为?。试计算距细棒垂直距离为a的P点的场强。已知P点与细棒两端的连线与X轴的夹角分别为?1和? 2。 解： * 讨论：均匀带电细棒为无限长时 均匀带电细棒为半无限长时 *