大学物理学：9-1场强zk1.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,*,静电场的电场分布和性质,静电场,与,导体,的相互作用,静电场,与,电介质,的相互作用,静电场,在惯性参照系中,相对于观察者静止,的电荷所产生的电场。,9-1,电相互作用 电场强度,9-2,静电场的高斯定理,9-3,静电场的环路定理 电势,9-4,静电场中的导体,9-5,静电场的电介质,9-6,电容,本章内容：,第九章,静电场,本次课主要内容：,难点：,一.,电荷,库仑定律,二,.,电场和电场强度,三,.,点电荷电场的叠加及电场强度的计算,两种情况,：,1.分立的,点电荷系；,2.,电荷连续分布的带电体,掌握当,带电体电荷连续分布,时电场强度,的计算方法,1,电荷,正电荷、负电荷,电荷守恒定律,电荷量子化,1986,年的推荐值为：,e,=1.6021773310,-19,库仑,(C),电荷的相对论不变性,9-1-1,电荷基本性质,电荷是基本粒子的固有属性。,电的相互作用发生在电荷之间，有引力和斥力。,一个孤立系统的总电荷是不变的。电荷守恒定律是自然界的基本定律之一，无论在宏观还是微观都是成立的。,电荷的电量与它的运动速度和加速度无关。,9-1-2,库仑定律,点电荷,:,理性模型,忽略带电体的体积和形状,.,所带电量集中在一个点上的带电体,.,理想模型,对实际带电物体有条件的合理抽象,库仑定律,在真空中，两个静止的点电荷,q,1,和,q,2,之间的相互作用力的大小与这两个点电荷所带电荷量的乘积成正比，与它们之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，同号电荷相斥，异号电荷相吸。,真空中的两个点电荷之间的相互作用力,:,x,0,y,z,r,1,r,2,r,12,r,21,+,q,1,+,q,2,F,21,F,12,是静止点电荷相互作用的基本实验规律,真空电容率或真空介电常量,同号时相斥,异号时相吸,讨论,(2),库仑定律适用于真空中的点电荷；,(3),库仑力满足牛顿第三定律。,(1),库仑定律是物理学中著名的平方反比定律之一；,静电力叠原理,由,n,个点电荷,q,1,q,2,qn,组成的点电荷系对点电荷,q,0,的静电力,某点电荷受到来自其它点电荷的总静电力等于所有其它点电荷单独存在时的对该点电荷所施加的静电力的矢量和。这称为静电力叠加原理。,早期：电磁理论是,超距,作用理论,后来,:,法拉第提出,场,的概念,1,电场,(electric field,）,基本性质,（,1,）,.,电荷之间的相互作用是通过电场传递的,（,2,）,.,场的物质性：,电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性,.,9-1-3,电场强度,电荷,电荷,电场,场的物质性体现：,a.,对电场中的电荷施以,力的作用,。,b.,当电荷体在电场中移动时，电场力做功,.,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。,d.,电场与实物之间的,不同,在于它,具有叠加性,。,q,0,F,带电体,从电场对电荷有作用,力,的角度研究电场,-,电场强度,2,电场强度,(electric field strength),单位正电荷,在电场中某点所受到的力,检验电荷,q,0,在电场中受力,F,q,0,A,F,A,q,0,B,F,B,q,0,C,F,C,q,0,(-),D,F,D,q,1,0,q,2,0,电场强度特点,:,(2),电场强度是电场中的,空间位置,的,矢量,函数,.,电场强度,:,(1),电场强度的分布与场源带电体有关，与检验电荷无关,带电体,检验电荷,q,0,带电量足够小,点电荷,3.,点电荷的电场强度,:,球对称,场强方向为正电荷受力方向,从源电荷指向场点,场源点电荷,q,关于电场强度的理解,:,(1),电场强度是从电场对电荷有作用,力,的角 度研究电场,;,(2),电场强度是电场中的,点,的,矢量,函数,.,p,4.,场强,叠加原理,:,如果带电体由,n,个点电荷组成，则,+,q,1,由静电力叠,加原理,由场强定义,整理后得,场的基本性质,+,q,2,-,q,3,矢量叠加,叠加原理表明,场物质具有与波动类似的性质,:,两个场物质在某处相遇时,将相互叠加或互相穿越而过,而不象实物粒子那样发生碰撞或散射,.,点电荷系,一对等量异号电荷,q,-,q,电场强度的计算,x,-,q,+,q,l,P,o,r,电偶,极,距,例,电偶极子,的场强,当两电荷间的距离,l,比从它们连线中点到所讨论场点的距离小得多的时，这一点电荷系统称为电偶极子。,例 求电偶极子在延长线上和中垂线上任一点产生的电场强度。,O,x,P,解,电偶极矩,:,对于延长线上任一点,若,l,x,，则,电场强度的方向与电偶极矩方向相同。,P,r,对于中垂线上任一点,若,l,L,杆可以看成点电荷,讨论,(2),无限长直导线,“,无限长”均匀带电直线,x,P,无限长带电棒的场强方向垂直于细棒，大小与离细棒的距离,x,成反比,请同学们考虑下面的问题,2.,求,:,均匀带电细杆延长线上,P点处的电场强度,.,o,q,L,x,d,q,d,P,1.,半限长均匀带电直棒，,P,点的电场强度,P,28,请考虑下面的问题,1.,求,:,均匀带电细杆延长线上,p,点处电荷,Q,受到的静电力,.,o,q,L,x,d,q,d,P,Q,静电力,方向,:+,x,x,A.0,B.,C.,以上都不对,一个均匀带电圆环，电量为,q,，半径为,R,，它在圆心,O,点产生的电场强度大小为：,R,O,#1,a0501003a,x,y,E,例,：,x,0,的半圆环在原点产生的电场,o,a,圆环轴线上任一点,P,的电场强度。,R,P,解,d,q,r,例,半径为,R,的均匀带电细圆环，带电量为,q,。,求,圆环上电荷分布关于,x,轴对称,x,O,x,(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。,讨论,R,P,x,O,x,(3),令,d,E,/d,x=,0,，则得,E,的极值条件,面密度为,，,半径为,R,的均匀带电圆板在轴线上任一点的电场强度。,解,P,r,x,O,例,R,根据圆盘电荷分布具有轴对称的特点，把圆盘划分为许多宽为,d,r,的均匀带电微圆环，其电荷为,它在轴线上,P,点产生的电场为,(,1),当,R x,，圆板可视为无限大薄板,讨论,+,+,+,+,+,+,+,+,电场强度垂直带电平面,解题思路,对于电荷连续分布的带电体，应用叠加原理求电场强度的方法和步骤是：,(1),根据给定的电荷分布，选定便于计算的坐标系，确定电荷元,d,q,(,l,d,l,s,d,s,r,d,V,),(2),将,d,q,作为点电荷，列出场点处 的大小，并图示,的方向：,写出 的分量式,(3),统一变量，计算积分,36,无限长均匀带电薄板外共面点的场强,电,荷,面密度为,.,0,x,.,p,b,a,d,x,