大学物理静电场(一)ppt课件.ppt

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1、1,新 学 期内容： 电磁学， 波动光学，近代物理-78学时 电磁学 本学期重点，上册书8，9，10章 静电场，稳恒磁场，变化电场和磁场 波动光学本学期重点，下册书14章 波动光学基础 近代物理本学期难点，下册书15，16，19章 狭义相对论基础，量子物理基础，固体物理和激光,2,电磁学 引 言,一、电磁学研究的内容： 电磁运动自然界中存在的又一种物质运动形式 我们学习：电荷、电流产生电场、磁场的规律； 电场、磁场对电荷、电流的作用； 电场、磁场的内在联系； 物质的电性质、磁性质。,二、学习时应注意的几个问题： 1：许多电磁运动规律都是从实验中总结出来的；学习时应从实验事实出发建立基本概念，掌

2、握基本规律。,3,如：重力场研究地球附近物体的运动，通过自由落体的规律来研究重力场的性质 电场引入带电体，通过电场对带电体的作用来研究电场的性质,2：研究对象场 （四个场） （质点-单个，气体-大量，场-连续) 场是一种客观存在的物质，如何认识其物质性？,场的性质指场中每一点的性质，指描写场的某个物理 量在场所占据的空间是如何分布的。,如：描写静电场的物理量有个，电场强度和电势。他们都是空间位置的单值函数。,我们不能满足仅仅了解场中某些点的情况，而是从整体上去把握场的性质，掌握描写场的基本物理量在场所占据的空间的分布，以及各量之间的联系。,4,3：熟练地运用数学工具电场的性质是由一个空间位置的

3、矢量函数或标量函数（，）来描写的，和都是空间位置的单值函数，因此在数学上常和矢量运算打交道注意：矢量运算，微积分运算,第8章 静电场,8.1 电荷 库仑定律,一.电荷的基本性质,正负性：正电荷和负电荷两种,电荷间同性斥，异性吸电荷量度-电量，用q、Q表示。 单位：库仑 C,5,2. 量子性： 电荷是量子化的，自然界中存在着的最小的 带电单元，即电子的电量：,任何带电体所带的电量都是e的整数倍,电荷这种只能取分立的、不连续的量值的性质叫电荷的量子化,3. 守恒性： 在一个孤立系统中总电荷量是不变的。即在任何 时刻系统中的正电荷与负电荷的代数和保持不变，这 称为电荷守恒定律。,4. 相对论不变性：

4、电荷的电量与它的运动状态无关,6,二. 库仑定律（点电荷间相互作用规律-实验定律）,1.点电荷（一种理想模型） 当带电体的大小、形状 与带电体间的距离相比可以忽略时，就可把带电体视为一个带电的几何点。 从物理上看：带电体的几何线度d带电体间距l 从数学上看：带电体在空间占据一个点的位置,2. 库仑定律 处在静止状态的两个点电荷，在真空（空气）中的相互作用力的大小，与每个点电荷的电量成正比，与两个点电荷间距离的平方成反比，作用力的方向沿着两个点电荷的连线。,7,电荷q1 对q2 的作用力F21,电荷q2对q1的作用力F12,电磁学中单位制较复杂，有多种（静电单位制、电磁制、高斯制等），各有方便。

5、在SI中，由实验测得：,8,为简化以后的公式，令：,-真空中的电容率（介电常数）,*库仑定律的几点说明： 1. 此定律是库仑在空气中用实验确定的，后来理论 证明：此定律在真空中成立，在空气中近似成立。,2. 本定律只用于计算点电荷间的相互作用力，在计 算任意带电体间的相互作用时，通过积分计算。,9,3. 运动电荷在 vc 时成立。,4. 基本粒子间 F库F引 约10361038 倍 F引 忽略不计,5. 电场力满足力的独立性原理（叠加原理）,10,一. 电场,场和实物一样具有能量、质量、动量。可以运动，是客观存在的物质，但有不同于一般物质： 如：场可以在空间叠加 场可以以光速传播,电场基本性质

6、： 1. 处于场中的电荷要受到电场力的作用。 2. 带电体在电场中移动，电场力要对其做功。,8.2 静电场 电场强度,以下我们从力和能量的角度来研究电场的性质和规律，分别引入电场强度 和电势U,11,二. 电场强度,Q-产生电场的电荷，源电荷q0-引入电场的电荷，通过其受力规律研究电场性质，检验电荷,对q0的要求: 电量小-引入电场后， q0的场对Q的场的影响不计 线度小-它在电场中的位置用一点表示,1. q0在Q的电场中的受力规律,q0受的电场力F 和以下因素有关： q0的位置 q0的大小 Fq0,一律采用单位正电荷所受的电场力来表示场中某点的性质,12,2. 电场强度E的定义,电场中某点的

7、电场强度的大小等于单位电荷在该点受力的大小，其方向为正电荷在该点受力的方向。,注 意：,1. 与q0及其受力无关,2. 是矢量,3. 单位 : (SI) N/C or V/m,4. 和空间位置有关，是空间位置的单值函数（“静”的 含义）,5点电荷q受到的电场力：,非点电荷受的电场力：,13,三. 电场强度叠加原理,设空间有几个电荷q 、q、q qn 同时激发电场。,P点的总场强：,当q1单独存在时,在P点的场强为当q2单独存在时,在P点的场强为,四. 电场强度的计算,1.点电荷的电场,14,说明：1. q 确定时,3. 点电荷的电场是求任意带电体电场的基础,2.点电荷系的电场,点电荷系在某点P

8、产生的电场强度等于各点电荷单独在该点产生的电场强度的矢量和。这称为电场强度叠加原理。,15,例: 求电偶极子中垂线上一点P的电场强度。,电偶极子,电偶极矩,P,r,解:在中垂线上,o,x,y,由对称性：,当r l,16,3.电荷连续分布带电体的电场,上式为矢量积分，具体计算时，写出分量式，在进行积分：,17,*体分布带电体的电场,*面分布带电体的电场,*线分布带电体的电场,例 半径为R 的均匀带电细圆环，带电量为q，求圆环轴线上任一点P 的电场强度,18,解：,圆环上电荷分布关于x 轴对称,19,*注意区分哪个量是积分变量。在积分式中有二类不同的变 量，描写电荷分布的变量（源变量）和描写电场中

9、场点的变量（场变量），源变量是积分变量。,讨论,(1) 当 x = 0（即P点在圆环中心处）时，,(2) 当 xR 时,可以把带电圆环视为一个点电荷,问 当 x = ？时，,20,例 面密度为 的圆板在轴线上任一点的电场强度,P,r,R,解：,（圆环上电量）,21,讨论,(1) 当x R ，对P点，带电圆板可视为点电荷,(2) 当R x，对P点，带电圆板可视为无限大带电平面,带电平面可视为无限多个带电细圆环组成,无限大均匀带电平面的电场是一个平面对称的匀强电场,无限大均匀带电平面s 外任意点的 ，设该点到平面的垂直距离为x,22,例 一均匀带点半圆环，已知 R 求 环心o点的,解：在 处取 所对应的圆弧带电dq，dq在o点的 场强,23,分量式,由对称性知,