电荷库伦定律电场电场强度.ppt

《电荷库伦定律电场电场强度.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电荷库伦定律电场电场强度.ppt（41页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、,一、电荷及其基本性质,10.1 电荷 库伦定律,电荷量子化：由于最小的自由电荷是电子，因此物体所带的电量是量子化的,基本电荷量,物体带电量是 e 的整数倍：,当物体带电量较多时，如宏观带电体，电量可以按连续量处理,电量(quantity of electricity)：反应物体带电荷的数量（多少）的物理量,常用Q来表示，单位为库伦（Coulomb）C,说明：,电荷守恒定律：在一个与外界没有电荷交换的封闭系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变.,2）电量的改变只能通过电荷的转移；电荷可以成对产生或湮灭，但代数和不变,1）自然界的基本守恒定律之一，适用于一切宏观和微观过程(例如核反应和

2、基本粒子过程),二、库仑定律,库仑(C.A.Coulomb 1736 1806）,法国物理学家，1785年通过扭秤实验创立库仑定律,使电磁学的研究从定性进入定量阶段.电荷的单位库仑以他的姓氏命名。,根据电荷的性质，电荷与电荷间有相互作用力,点电荷模型,宏观带电体都有一定的体积和形状。在具体问题中，当带电体的形状和大小与它们之间的距离相比允许忽略时，可以把带电体看作一个带电的几何点，称为点电荷(Point Charge)点电荷是一个物理模型,点电荷指对电荷尺度上的要求，并不要求带电体的电量很小,当研究的场中某点到带电体几何中心的距离远大于带电体自身时,带电体可以看成点电荷,若已知一个点电荷,而研

3、究场中某点到点电荷距离充分小时,此带电体不能视为点电荷,注意：这里距离上的要求是相对的，实际是为了在dr时取近似,库仑定律：在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小与点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷之间距离的平方成反比，作用力在两点电荷之间的连线上,矢量式,标量式（大小）,1）库仑定律自动包含同性相斥，异性相吸这一性质,q1和q2同号，则 q1 q2 0,和 同向，与 同向，说明同号电荷之间相互排斥,q1和q2异号，则q1 q20,和 反向，与 反向，说明异号电荷之间相互吸引,总结：规定矢量 的方向是由施力电荷指向受力电荷，且 为 方向的单位矢量，那么受力电荷所受到的库仑力 可表示

4、为,矢量式,2）库仑定律遵守牛顿第三定律,作用力与反作用力,是国际单位制中的比例系数,：真空电容率(也称介电常数）,库伦定律表达式,例1：在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.310-11m，求它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。,解：氢原子核质子与电子可看作点电荷,万有引力为,两值比较,结论：库仑力比万有引力大得多，所以在原子中，作用在电子上的力，主要是电场力，万有引力完全可以忽略不计。,解：由库仑定律,例2 已知带电粒子 a、b、c，所带电量分别为qa=3.0C，qb=6.0C，qc=2.0C。试求带电粒子 a 和 b 对 c 的作用力。,a,y,z,O,b,c,3.0m,4.

5、0m,本节小结,电荷的性质,同性相斥、异性相吸电量量子化电荷守恒定律,库伦定律,力：物体之间的相互作用,直接接触,通过介质,根据库伦定律，真空中两个相互隔开的点电荷也可以发生相互作用,场,电场的引入,10.2 电场 电场强度,间接媒介物质,怎样发生的？,两种争论：,（延时）,光速,电场,电场的最基本性质给位于其中的带电体施加电场力,电场,激发,作用,Q,F,电场能够对其中的带电体提供能量和动量，是一种真实的存在,+,+,力,加速度,速度,动量能量,试验电荷尺寸足够小，小到可以看成点电荷场点确定电量足够小，小到把它放入电场中后，原来的电场几乎没有什么变化不干扰源电荷的电场分布,注意：点电荷只有尺

6、寸上的要求，而试验电荷还有电量上的要求,电场的基本属性是对处在电场中的电荷施加作用力，所以可以从力的角度描述电场。为了定量描述场的强弱变化，需引入试验电荷。,r,q0,根据观测：,Bingo！,+,+,F,2q0,2F,F,-,Q,在静止的电荷Q周围的静电场中，放入试验电荷q0，讨论试验电荷q0 的受力情况。,2）比值 与试验电荷无关，只反映了场的信息而与试验电荷无关,1）先测力的大小，发现受力与位置（场点）和试验电荷的电量有关,电场强度,电场强度是静电场中位置的函数。反过来，已知电场强度和电荷，就能得出场中某点处点电荷所受的力,可与F=mg对比记忆,Electric,大小：单位电荷受力大小,

7、方向：正电荷受电场力的方向,单位：N/C、V/m,2）电场强度与检验电荷无关,，反映电场本身的性质,3）静电场是矢量场，并且具有单值性。,1）电场强度是描述电场的力的性质的物理量,电场强度,根据已知描述：,库仑定律,点电荷场强公式,说明：1）点电荷电场是非均匀电场2）点电荷电场具有球对称性,Q 0，电场强度 与 同向Q 0，电场强度 与 反向,点电荷系的电场强度,电场强度叠加原理：点电荷系在某产生的电场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,1.分别写出每个点电荷的电场强度,2.进行矢量叠加,+,+,+,+,电荷连续分布带电体的电场强度,线密度,面密度,体密度,dl,ds,dV

8、,长度,长度X宽度,长度X宽度X高度,电荷元,点电荷,根据点电荷电场强度计算公式,dq,1.写出电荷元的电场强度,2.进行积分,再根据电场强度叠加原理,电场强度的计算方法,离散型,连续型,计算的步骤大致如下：1）根据给定的电荷分布，恰当地选择电荷元和坐标系2）由选取的电荷元dq，写出dq在待求点的场强的表达式3）由选取适当的坐标系，将场强的矢量表达式投影分解为标量表示式4）根据电场强度叠加原理，对每个分量进行求和（离散型）或积分（连续型）,点线面体,例1.两个大小相等的异号点电荷+q和-q相距l。中垂线上一点P到l的垂直距离为r。若rl，这样一对点电荷称为电偶极子，其电偶极矩为 p=ql。试求

9、点P的电场强度。,-q,+q,P,r,O,l,解：,x,y,两个点电荷的电场强度大小相等，为,通过矢量分解，根据电场强度叠加原理,代入，得到,+,-,又有,电偶极子电场强度公式,对于电偶极子,又有电偶极矩,r,讨论：,x,0,解:,例2 长为L的均匀带电直杆，电荷线密度为+。求在空间一点P 产生的电场强度。（P点到杆的垂直距离为a）,电荷元,a,y,由几何关系,无限长带电直线,讨论,例3 半径为R的均匀带电细圆环带电量为q，试计算圆环轴线上任一点P的电场强度。,R,P,z,y,x,x,O,dr,r,解：,在x方向上的分量为,电荷元的场强为,由于圆环对于P点在y方向上分布对称,通过积分得到总场强

10、,带入得到,计算带电体产生的电场强度的两种方法：,E,1.根据电场强度的定义，从最基础的开始计算,2.在已有结果的基础上进行延伸、补充计算,记得住/能查到,知道怎么算,例5 计算半径为R，均匀带电量为+q的圆形平板的轴线上任一点的电场强度。,z,y,x,dE,R,r,dr,x,解：,电荷元的带电量为,面密度为,根据例4的结果，电荷元的场强为,通过积分得到总场强,O,讨论,例5 如图，一均匀带电的无限长直线段，电荷线密度 1,另有一均匀带电直线段,长度为l,电荷密度为 2，两线互相垂直且共面，若带电线段近端距长直导线为a。求 它们之间的相互作用力。,38,dq 受到的电场力,各电荷元所受力的方向相同，故,解：在 l 上取电荷元,电荷元处的场强,例6 一均匀带电细杆,长为 l,其电荷线密度为,在杆的延长线上到杆的一端距离为 d 的 P点处,有一电量为 q0 的点电荷。求:1.点电荷所受电场力;2.当 d l 时,场强大小。,解:,1.取电荷元,2.当 d l 时,可视为点电荷,本节小结,在静电场中引入电场和电场强度给出电场强度计算公式单个点电荷：根据库仑定律点电荷系：电场强度叠加原理连续带电体：从电荷元积分,