第一章 真空中的静电场课件_26页.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,例题4 均匀带电圆盘轴线上一点的场强,设圆环带电量为 ，半径为,例题3 均匀带电圆环轴线上一点的场强,设圆环带电量为 ，半径为,例题2 求均匀带电细棒中垂面上一点的场强,例题1 求电偶极子中垂线上距离中心较远处,一点的场强,1.4 静止的点电荷的电场及其叠加,1.3 电场和电场强度,1.1 电荷 电荷守恒定律,提纲,JD_1QZB,JD_ZZB,第一章 真空中的静电场,1 电相互作用,1.2,库仑定律 静电力的叠加原理,1,第一章 真空中的静电场,1 电相互作用,1.1 电荷、电荷守恒定律,1.,两种电荷,:,正电荷、负电荷,摩擦起电，静电感应(,electrostatic induction),一些概念,电中性、电量,导体（,conductor),、绝缘体(,insulator),或电介质(,dielectric)、,半导体（,semiconductor)。,自由电子、载流子(,carrier)、,空穴(,hole),2,电荷守恒定律（,law of conservation of charge),表述：在一个与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。,电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程(例如核反应和基本粒子过程)，是物理学中普遍的基本定律之一,。,电荷量子化,19061917年，密立根（,R.A.millikan),，液滴法测定了电子电荷,，证明微小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是元电荷,e,的整数倍,即粒子的电荷是量子化的。,3,迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷。,1986,年的推荐值为：,e=1.6021773310-19,库仑(,C),库仑是电量的国际单位,。,电荷量子化(,charge quantization),是个实验规律。,假定中子电荷等于质子和电子电荷的代数和，,现有的实验结果,这表明：,电荷量子化已在相当高的精度下得到了检验。,4,电荷的相对论不变性：,在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。电荷的这一性质叫做电荷的相对论不变性。,5,表述：,在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。,表示单位矢量,1.2 库仑定律(,Coulomb law),静电力的叠加原理,6,库仑力满足牛顿第三定律,是国际单位制中的比例系数,称为真空电容率或真空介电常量。,7,实验表明，库仑力满足线性叠加原理，,即不因第三者的存在而改变两者之间,的相互作用。,静电力的叠加原理：,8,1.3 电场和电场强度,一、电场(,electric field),的物质性质：,电荷之间的相互作用是通过电场传递的，,凡是有电荷的地方就有电场,!,电场内的任何带电体，都会受到电场的作用力，这就是所谓的,近距,作用。,电荷 电场 电荷,9,2.场的物质性体现在：,a.,给电场中的带电体施以力的作用。,b.,当带电体在电场中移动时，电场力作功.表明电场具有能量,c.,变化的电场以光速在空间传播，,表明电场具有动量,电场具有动量、质量、能量，,体现了它的物质性.,3.电场与实物之间的不同在于它具有叠加性。(同类实物具有可加性)静止电荷产生的场叫做静电场(,electrostatic field),10,二、电场强度 (,electric field strength),1.试探电荷：本身电荷,足够小,；占据空间也,足够小,，放在电场中不会对原有电场有显著的影响。,2.将 放在点 电荷系产生的电场中，,受到的作用力为 ，为描述电场的属性引入,一个物理量,电场强度,(简称为场强）：,它与试探电荷无关，反映电场本身的性质。,单位正电荷在电场中,某点所受到的力。,物理,意义,11,3.单位 在国际单位制中(,SI),电场是一个,矢量场,(,vector field),力的单位是牛顿,N;,电量 的单位是库仑,C,场强单位是,N/C。,或者叫做伏特/米,4,、点电荷产生的场,位矢,O,场源,12,表示 的单位矢量。,1.4,、场强的叠加原理：,一、电场中任何一点的总场强等于各个点电荷在该点,各自产生的场强的矢量和。这就是场强叠加原理。,13,二、点电荷系 的电场中的场强,14,三、,任意,带电体（连续带电体)电场中的场强,将带电体分成很多元电荷,dq,先求出它在任意场点,P,处的场强,对场源求积分，可得总场强：,以下的问题是如何选出合适的坐标，,给出具体的表达式和实施计算。,15,体电荷分布的带电体的场强,面电荷分布的带电体的场强,线电荷分布的带电体的场强,电荷的体密度,电荷的面密度,电荷的线密度,16,四、,例题1：求电偶极子中垂线上距离中心较远处一点的场强,等量异号电荷 、，相距为 ，它相对,于求场点很小，称该带电体系为,电偶极子,用 表示从 到 的矢量，,定义,电偶极矩,为：,17,结论,：电偶极子中垂线上,距离中心较远处一点的场,强，与电偶极子的电矩成,正比，与该点离中心的距,离的三次方成反比，方向,与电矩方向相反。,18,学生自证。,电偶极子延长线上,一点的场强与电偶,极子电矩的二倍成,正比，与该点离中,心的距离的三次方,成反比，方向与电,矩方向相同。,时，有,19,例题2 求均匀带电细棒中垂面上一点的场强。,设棒长为 ,带电量 ，电荷线密度为,解：由对称性可知，最好用柱坐标，中垂面上一点的场强只有,Y,方向的分量，在,Z,和,X,方向无分量。,利用公式：,20,1.无限长均匀带电细棒的场强,方向垂直与细棒。,2.相当于点电荷的场强。,正负决定场强方向的正负。,讨论,21,解：由对称性可知，,p,点场强只有,X,分量,例题3 均匀带电圆环轴线上一点的场强。,设圆环带电量为 ，半径为,讨论：当求场点远大于环的半径时，,方向在,X,轴上，正负由 的正负决定。,说明远离环心的场强相当于点电荷的场。,22,例题4 均匀带电圆盘轴线上一点的场强。,设圆盘带电量为 ，半径为,解：带电圆盘可看成许多同心的圆环 组成，取一半径为,r,，,宽度为,dr,的细圆环带电量,23,在远离带电圆面处，相当于点电荷的场强。,相当于无限大带电平面附近的电场，可看成是均匀场，场强垂直于板面，正负由电荷的符号决定,讨论：1.当,讨论：2.当,附录泰勒展开：,24,特别注意：,场强是矢量。,将矢量问题化解成标量进行计算。,连续带电体的微积分的应用。,25,例题4 均匀带电圆盘轴线上一点的场强,设圆环带电量为 ，半径为,例题3 均匀带电圆环轴线上一点的场强,设圆环带电量为 ，半径为,例题2 求均匀带电细棒中垂面上一点的场强,例题1 求电偶极子中垂线上距离中心较远处,一点的场强,1.4 静止的点电荷的电场及其叠加,1.3 电场和电场强度,1.1 电荷 电荷守恒定律,提纲,JD_1QZB,JD_ZZB,作业：,1-3，1-4,第一章 真空中的静电场,1 电相互作用,1.2,库仑定律 静电力的叠加原理,26,