电磁学-大学物理.备课讲稿.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,*,电磁学-大学物理.,7.,1,电荷 库仑定律,一、电荷及其性质,电荷有两种，,1747年美国物理学家富兰克林将其命名为：,正电荷、负电荷,。,规定：用丝绸摩擦过的玻璃棒所带的电荷为正电荷,用毛皮摩擦过的橡胶棒所带的电荷为负电荷,1.,电荷的种类：,电荷之间存在相互作用：,同种电荷相斥，异种电荷相吸，,这种相互作用力称为电性力。,物体所带电荷的种类由组成它们的微观粒子所带电荷的种类决定：,电子带负电荷，质子带正电，中子不带电。,基本电荷,电子所带电量的绝对值是：,带电体所带电荷得多少称为电量。,（Q或q,单位C),1913年，密立根油滴实验,证明了微小粒子带电量是e整数倍,2.,电荷是量子化的,自然界中带电体所带电量总是基本电荷,e,的整数倍：,电荷的量子化,1964年，美国物理学家盖尔曼提出,，基本粒子是由称为夸克和反夸克的更小粒子组成的，并预言其所带电量为,注：,对于宏观物体，由于所带电量比基本电荷大得多，认为电荷连续分布在带电体上，电荷的量子性表现不出来。,3.,电荷守恒定律,在一个孤立系统内，无论进行怎样的物理过程，正负,电荷量的代数和保持不变。,+,-,电子对湮灭,电荷守恒定律是物理学中的基本定律之一,+,-,电子对产生,一个高能光子与一个,重原子核相互作用时，,会产生正负电子对。,例如：,一个正电子与一个负电子在一定条件下相遇，会同时消失而产生两个或三个光子。,4.,电荷的相对论不变性,在不同的参考系中观察，同一带电粒子的电量不变。,二、库仑定律,点电荷：,当带电体的形状和大小与它们之间的距离相比可以忽略时，可以把带电体看作点电荷。,库仑定律：,真空,中两个,静止点电荷,之间的相互作用力,与这两个点电荷所带电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线。,矢量 方向：,由施力电荷指向受力电荷,在国际单位制中,k,=8.98810,9,N m,2,/C,2,式中,称,真空的介电常数,通常令,库仑定律,库仑力或静电力,注：库仑定律只适用于两个点电荷，且两个点电荷间的距离不可能趋近于零。,库仑定律对空气中的点电荷也成立。,两个点电荷之间的作用力，不会因为第三个电荷的存在而改变,静电力的叠加原理,点电荷q,0,所受的总静电力等于其它点电荷单独存在时对该点电荷作用力的矢量和,q,0,若有两个以上静止的点电荷，实验告诉我们：,静电力的叠加原理：,例1,：氢原子中的质子和电子间距离为5.3x10,-11,m，求此二粒子间的静电力和万有引力各为多少？,解：,库仑力引力,：,宏观物体靠分子、原子间的库仑力维系。,原子核中的核子（质子、中子）,之间存在着远比库伦力大得多的强相互作用。实验表明强相互作用是短程相互作用，它只在10,15,m尺度内发挥作用，其强度约为电相互作用的100倍。,例2,：设原子核中两个质子间距离为4.0 x10,-15,m，求此二质子间的静电力？,解：两个质子间的静电力是斥力,例3,：一长度为L的均匀带电棒，其电荷的线密度为,，一点电荷q,0,置于棒的延长线上距棒端为a的P点，求电荷q,0,受到的库伦力？,0,d,x,x,L,P,x,a,一、电场和电场强度,1.,电场,早期：“超距作用”,法拉第认为：任何带电体周围都存在,一种特殊物质,电场,“近距作用”,电荷 电荷,电荷 电场,电荷,相对观察者静止的电荷激发的场,称静电场,电场的性质：,变化的电,磁,场以光速传播：,场,具有动量、质量,移动带电体，电场力作功：,场具有能量,电场中的带电体，受电场的作用力。,7.2 电场强度及叠加原理,2.,电场强度,试验（试探）电荷,：,所带电荷量充分小，线度足够小，可视为点电荷。,Q,大小：单位电荷受力,方向：正电荷受力方向,单位：N/C 、V/m,电场强度,某点场强等于,单位正电荷,在该点所受的电场力,矢量场,注意:,（1）,电场强度是描述电场自身性质的物理量,与实验电荷无关.,q,0,只是使场显露出来，即使无,q,0,，,也存在。,（2）,点电荷在静电场中受力为,正电荷在电场中受力沿电场方向，负电荷受力沿电场反方向,（3）,试验电荷受力：,场强叠加原理,由定义,3.,电场叠加原理,点电荷系,试验电荷,P,推广至一切静电场：,某点的电场强度等于所有带电体在该处激发场强的矢量和,4.,场强的计算,(1)点电荷的电场,q,P,r,Q,0,方向,r：,是由点电荷指向场点P的矢量,F,P,球对称的;,与,r,平方反比的非均场。,当,r,0 时，,思考：,E,，,怎么解释？,(2)点电荷系的电场,设有若干个静止的点电荷,q,1,、,q,2,、,q,n,它们单独存在时的场强分别为,则它们同时存在时的场强为,P,r,1,r,2,分量式,(2),电荷连续分布带电体的场强,Q,d,q,P,：体电荷密度,：面电荷密度,：线电荷密度,均匀,分布：,例4：,求电偶极子延长线及中垂线上任意点的场强,电偶极矩：,电偶极子在均匀外电场中的受力情况,电偶极子：,一对靠得,很近,的,等量异号,点电荷。,电偶极子的轴线：连结两电荷的直线,轴线的正方向：从负电荷指向正电荷,r,l,-,+,A,r,0,偶极子无平动,力偶矩,外电场的作用总要使电偶极矩转向电场强度的方向,在非均匀外场中，偶极子又有平动又有转动,F,+,+,-,F,-,O,+,-,计算关于任意一点,O,的力矩：,r,l,偶极矩,r,4,-,+,P,0,r,l,延长线上任意点的场强：,+,-,中垂线上任意点的场强：,例5：,真空中有一均匀带电直线，长为L，总电量为q，线外一点p离开直线的垂直距离为d，P,点和直线两端的连线与直线之间的夹角分别为,1,和,2,，求P点的场强,线密度,P,d,l,0,x,y,r,（方向：从,dl,指向P）,（E与x轴的夹角）,0,x,y,r,d,P,无限长直线,0,x,y,r,d,P,讨论：,半无限长,若,d,L,时,即场点在远离直线,该直线可视为一点电荷,求总电量q、半径,R,的均匀带电圆环轴线上的场强。,例6：,解.,把,q,分成无限多 d,q，,d,q,的场强为,对称性,所有d,E,相互抵消,R,d,q,o,r,x,d,E,I,I,d,E,p,q,d,E,x,（2）,x,R,（1）,讨论：,R,d,l,o,r,x,d,E,I,I,d,E,p,q,d,E,x,d,E,p,x,x,R,r,d,r,d,q,s,解.,半径为,r宽度为d,r,的圆环在P点激发的场强,例7：,求半径为,R,面电荷密度为,的带电圆盘在轴线,上产生的场强。,d,q,=,2,r,d,r,1.,对,x,R,的区域,则,利用泰勒公式,在,远离,带电圆面处,的电场也相当于一,个点电荷的电场。,点电荷的,电场强度,公式,场强叠加,原理,原则上可以求得,任意点电荷系的场强,步骤:,1.,任取电荷元dq，写出,dq在待求点处的场强的,矢量式,；,2.,选取适当的坐标系，将场强投影到各坐标轴上，然后积分；,3.,计算总场强大小和方向角，写出总场强的矢量式；,注意:,1.,根据电荷分布的对称性进行简化；,2.,利用已有的结果进行计算；,P,x,P,x,O,P,x,均匀带电环形平板，其轴线上任意点的电场强度,均匀带电无限大平板，板外上任意点的电场强度,带有圆孔的均匀带电无限大平板，其圆孔轴线上任意点的电场强度,已知,：,求：,轴线上的场强,解：,（1）划分电荷元,0,x,x,P,x,P,R,2,x,R,1,0,例,r,均匀带电环面，,，,R,1,，,R,2,（,2）分析 大小、方向：,（3）积分求 ：,此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢,