大学物理学2591电荷的量子化电荷守恒定律92库仑定93电场强度.pptx

第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件大学物理学电子教案大学物理学电子教案静电场的概念与计算静电场的概念与计算9-1 电荷的量子化电荷的量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律9-2 库仑定律库仑定律9-3 电场强度电场强度第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件1、什么是电磁学、什么是电磁学电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学是研究电磁学是研究电磁运动及其规律的物理学分支。电磁运动及其规律的物理学分支。2、电磁学的主要内容、电磁学的主要内容电荷、电流产生电场和磁场的规律；电荷、电流产生电场和磁场的规律；电场和磁场的相互作用；电场和磁场的相互作用；电磁场对电流、电荷的作用；电磁场对电流、电荷的作用；电磁场中物质的各种性质。电磁场中物质的各种性质。3、学习电磁学的意义、学习电磁学的意义在现代物理学中的地位是非常重要的。在现代物理学中的地位是非常重要的。深入认识物质结构。深入认识物质结构。是学习电工学、无线电电子学、自动控制、计算机技术是学习电工学、无线电电子学、自动控制、计算机技术等学科的基础。等学科的基础。第三部分第三部分 电磁学电磁学第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件电电 磁磁 学学法拉第法拉第的电磁感应定律：的电磁感应定律：电磁一体电磁一体麦克斯韦麦克斯韦电磁场统一理论（电磁场统一理论（19世纪中叶）世纪中叶）赫兹赫兹在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波.技术上的重要意义：发电机、电动机、无线电技术等技术上的重要意义：发电机、电动机、无线电技术等.库仑库仑定律：定律：电荷与电荷间的相互作用电荷与电荷间的相互作用 （磁极与磁极间的相互作用）（磁极与磁极间的相互作用）奥斯特奥斯特的发现：的发现：电流的磁效应，安培发现电流与电流电流的磁效应，安培发现电流与电流 间的相互作用规律间的相互作用规律.第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件静电场静电场本章主要内容：研究真空中静电场的基本特性：本章主要内容：研究真空中静电场的基本特性：静电场的基本定律：静电场的基本定律：库仑定律库仑定律、叠加定律叠加定律 静电场的基本定理：静电场的基本定理：高斯定理高斯定理、环路定理环路定理 描述静电场的物理量：描述静电场的物理量：电场强度电场强度、电势电势 静电场对电荷的作用静电场对电荷的作用 第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件91 电荷的量子化电荷的量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律一、电荷的量子化一、电荷的量子化1、电荷、电荷摩擦起电摩擦起电：用木块摩擦过的琥珀能吸用木块摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体的现象。许多物体引碎草等轻小物体的现象。许多物体经过毛皮或丝绸等摩擦后，都能够吸经过毛皮或丝绸等摩擦后，都能够吸引轻小的物体。人们引轻小的物体。人们就说它们带了电就说它们带了电，或者或者说它们有了电荷说它们有了电荷。当物质处于电中性时，质子数中子数当物质处于电中性时，质子数中子数当物质的电子过多或过少时，物质就带有电荷当物质的电子过多或过少时，物质就带有电荷 电子过多时电子过多时物体带负电物体带负电 电子过少时电子过少时物体带正电物体带正电电量的定义：电量的定义：物体所带电荷的多物体所带电荷的多少叫作电量。少叫作电量。单位：库仑单位：库仑(C)第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件2、电荷量子化电荷量子化1913年，密立根用液滴法从实验中测出所有电子都具有相同年，密立根用液滴法从实验中测出所有电子都具有相同的电荷，而且带电体的电荷是电子电荷的整数倍。的电荷，而且带电体的电荷是电子电荷的整数倍。电子电量电子电量 e 带电体电量带电体电量 q=ne,n=1,2,3,.电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电荷电荷的量子化的量子化。电子的电荷。电子的电荷e称为称为基元电荷基元电荷，或，或电荷的量子电荷的量子。1986年国际推荐值年国际推荐值近似值近似值3、电荷的相对论不变性：、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。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这一性质叫做电荷的相对论不变性电荷的相对论不变性。第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件说明：说明：电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程(例如核反例如核反应和基本粒子过程应和基本粒子过程)，是物理学中普遍的基本定律之，是物理学中普遍的基本定律之一。一。二、二、电荷守恒定律电荷守恒定律内容：内容：在孤立系统中，不管系统中的电荷如何迁移，系统在孤立系统中，不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变。的电荷的代数和保持不变。第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件一一 电荷的量子化电荷的量子化二二 电荷守恒定律电荷守恒定律 在在孤立孤立系统中系统中,电荷的代数和保持不变电荷的代数和保持不变.强子的强子的夸克模型夸克模型具有具有分数电荷分数电荷（或或 电子电荷）电子电荷）但实验上尚未直接但实验上尚未直接.（自然界的基本守恒定律之一）（自然界的基本守恒定律之一）基本性质基本性质1 1 电荷有正负之分；电荷有正负之分；2 2 电荷量子化；电荷量子化；电子电荷电子电荷 3 3 同性相斥，异性相吸同性相斥，异性相吸.小结小结第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件9-2 库仑定律库仑定律库仑库仑 (Charlse-Augustin de Coulomb 1736 1806)法国物理学家法国物理学家1773年提出的计算物体上应力和应变分布情年提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法，是结构工程的理论基础。况的方法，是结构工程的理论基础。1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。的科学理论。17851789年，用扭秤测量静电力和磁力，导年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。出著名的库仑定律。他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得出摩擦定律。出摩擦定律。第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件库仑定律内容库仑定律内容在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小在真空中，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，同号电荷互相成反比，作用力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相排斥，异号电荷互相吸引。排斥，异号电荷互相吸引。表示单位矢量表示单位矢量是国际单位制中的比例系数是国际单位制中的比例系数第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件实验表明，库仑力满足线性叠加原理，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即不因第三者的存在而改变两者之间的相互作用。的相互作用。库仑力的叠加原理：库仑力的叠加原理：真空电容率真空电容率 库仑力满足牛顿第三定律库仑力满足牛顿第三定律第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件例：例：在氢原子中，电子与质子之间的距离约为在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.310-11m，求，求它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。解：氢原子核与电子可看作点电荷解：氢原子核与电子可看作点电荷万有引力为万有引力为两值比较两值比较结论：库仑力比万有引力大得多，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，万有引力完力，主要是电场力，万有引力完全可以忽略不计。全可以忽略不计。第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件一一 点电荷模型点电荷模型二二 库仑定律库仑定律小结小结：真空电容率：真空电容率：q1指向指向q2的单位矢量的单位矢量库仑力遵守牛顿第三定律库仑力遵守牛顿第三定律第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件9-3 电场强度电场强度1、电场的概念、电场的概念电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有存在有电场电场。在该电场的任何带电体，都受到电场的作用。在该电场的任何带电体，都受到电场的作用力，这就是所谓的力，这就是所谓的近距作用近距作用。2、电场的物质性、电场的物质性给电场中的带电体施以给电场中的带电体施以力力的作用。的作用。当带电体在电场中移动时，电场力作功；表明电场具有当带电体在电场中移动时，电场力作功；表明电场具有能量能量。变化的电场以光速在空间传播，变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有表明电场具有动量。动量。表明电场具有动量、质量、表明电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性能量，体现了它的物质性.3、静电场、静电场静止电荷产生的场叫做静止电荷产生的场叫做静电场静电场。电荷电荷 电场电场 电荷电荷一、静电场一、静电场第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件1、试验电荷、试验电荷线度足够小，小到可以看成点电荷；线度足够小，小到可以看成点电荷；电电量量足足够够小小，小小到到把把它它放放入入电电场场中中后后，原原来来的的电电场场几乎没有什么变化。几乎没有什么变化。2、实验、实验在静止的电荷在静止的电荷Q周围的静电场中，放入试验电荷周围的静电场中，放入试验电荷q0，讨，讨论试验电荷论试验电荷q0 的受力情况。的受力情况。F与与r 有关，而且还与试验电荷有关，而且还与试验电荷q0 有关。有关。二、电场强度二、电场强度第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件3、电场强度、电场强度试验电荷将受到源电荷的作用力与试验电荷电量的比值试验电荷将受到源电荷的作用力与试验电荷电量的比值F/q0 则与试验电荷无关，可以反映电场本身的性质，用这个物理则与试验电荷无关，可以反映电场本身的性质，用这个物理量作为描写电场的场量，称为量作为描写电场的场量，称为电场强度电场强度（简称场强）。（简称场强）。电场中某点的电场强度在数值上等于位于电场中某点的电场强度在数值上等于位于该点的单位正试验电荷所受的电场力该点的单位正试验电荷所受的电场力。电场强度的方向与电场力的方向一致（当电场强度的方向与电场力的方向一致（当q0为正值时）。为正值时）。单位：单位：N.C-1或或V.m-1电场强度是电场的属性，与试验电荷的电场强度是电场的属性，与试验电荷的存在与否无关，并不因无试验电荷而不存在与否无关，并不因无试验电荷而不存在，只是由试验电荷反映。存在，只是由试验电荷反映。4、电场力、电场力电荷电荷q在电场在电场E中中的电场力的电场力当当q0时，电场力时，电场力方向与电场强度方方向与电场强度方向相同；向相同；当当q0，电场强度电场强度E与与er同向同向Q0，电场强度电场强度E与与er反向。反向。说明：说明：(1)点电荷电场是非均匀电场；点电荷电场是非均匀电场；(2)点电荷电场具有球对称性。点电荷电场具有球对称性。+-三、点电荷电场强度三、点电荷电场强度第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件四四 电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理由力的叠加原理得由力的叠加原理得 所受合力所受合力 点电荷点电荷 对对 的作用力的作用力 故故 处总电场强度处总电场强度 电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理1、电荷离散分布、电荷离散分布第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件2、电荷连续分布情况、电荷连续分布情况电荷电荷体体密度密度点点 处电场强度处电场强度第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件电荷电荷面面密度密度电荷电荷线线密度密度第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件3、电场强度的计算方法、电场强度的计算方法离散型离散型连续型连续型计算的步骤大致如下：计算的步骤大致如下：任取电荷元任取电荷元dq，写出，写出dq在待求点的场强的表达式；在待求点的场强的表达式；选取适当的坐标系，将场强的表达式分解为标量表选取适当的坐标系，将场强的表达式分解为标量表示式；示式；进行积分计算；进行积分计算；写出总的电场强度的矢量表达式，或求出电场强度写出总的电场强度的矢量表达式，或求出电场强度的大小和方向；的大小和方向；在计算过程中，要根据对称性来简化计算过程。在计算过程中，要根据对称性来简化计算过程。第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件电偶极矩（电矩）电偶极矩（电矩）例例1 1 电偶极子的电场强度电偶极子的电场强度电偶极子的轴电偶极子的轴 讨讨 论论（1）电偶极子轴线延长线上一点的电场强度电偶极子轴线延长线上一点的电场强度第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件（2 2）电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度根据对称性可知根据对称性可知第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件由对称性有由对称性有解解 例例2 2 正电荷正电荷 均匀分布在半径为均匀分布在半径为 的圆环上的圆环上.计算在环的轴线上任一点计算在环的轴线上任一点 的电场强度的电场强度.第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件讨讨 论论（1 1）（点电荷电场强度）（点电荷电场强度）（2 2）（3 3）第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件例例3 3 均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度.有一半径为有一半径为 ,电荷均匀分布的薄圆盘电荷均匀分布的薄圆盘,其电荷面其电荷面密度为密度为 .求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点处的电场强度处的电场强度.解解 由例由例第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件（点电荷电场强度）（点电荷电场强度）讨讨 论论无限大均匀带电无限大均匀带电平面的电场强度平面的电场强度第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件小小 结结电荷的量子化电荷的量子化电荷守恒定律电荷守恒定律库仑定律库仑定律静电场的概念静电场的概念电场强度电场强度电场强度叠加原理电场强度叠加原理电场强度的计算电场强度的计算第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件作业：作业：思考题：思考题：P35 1，3，4，5习习 题：题：P37 7，9，11预预 习：习：9-4，9-5，9-6第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件人有了知识，就会具备各种分析能力，人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说古人说“书中自有黄金屋。书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进鼓舞我们前进。第九章第九章 静电场静电场物理学教程物理学教程（第二版）（第二版）广东海洋大学理学院广东海洋大学理学院教学课件教学课件