清华大学物理学概论第6章恒定电场和恒定磁场1(电场强度).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 篇,1,电磁相互作用和电磁场,四种基本相互作用,电磁 引力 强 弱,电磁相互作用,重要 清楚,通过电磁场说明 场的 基本,性质,基本,特征,基本,方法,场论,宏观的电磁学理论,2,一,.,恒定场,1.,静电场,2.,稳恒电流的电场,3.,稳恒电流的磁场,二,.,感生场,1.,感生电场,2.,感生磁场,三,.,电磁场的统一性 相对性,3,场的性质,场与物质的相互作用,基本思路,实验规律,麦克斯韦电磁场方程组,4,第,6,章 恒定电场和恒定磁场,6.1,真空中的静电场,6.2,导体存在时的静电场,6.3有电介质时的静电场,6.4,恒定电流的电场,6.5,真空中的稳恒磁场,6.6,磁介质,5,1.,对电荷的基本认识,两种,正 负,电荷量子化,电量是,相对论,不变量,6.1,真空中的静电场,一,.,电荷守恒定律和库仑定律,6,2.,基本实验规律,1,）电荷守恒定律,2,）,电力叠加原理,3,）,库仑定律,从施力电荷指向受力电荷,7,库仑定律表述：,1785,年 库仑通过扭称实验得到,真空,中，两个,静止点电荷,之间的相互作用力的大小与它们,电量的乘积成正比，,与它们之间,距离的平方成反比，,作用力的方向沿着它们的连线，,同号电荷相斥，异号电荷相吸。,8,从施力电荷指向受力电荷,若,两电荷同号,斥力,若两电荷异号,吸引力,方向,方向,9,第二种 高斯制中,当时电量的单位尚未确定,令,K=,1,库仑定律的形式简单,库仑定律中的,K,有两种取法,第一种 国际单位制中,10,施力,受力,3.SI,中库仑定律的常用形式,令,（有理化）,真空中的介电常数或真空电容率,11,早期：电磁理论是,超距,作用理论,后来,:,法拉第提出,近距,作用,并提出,力线,和,场,的概念,1.,电场,电荷周围存在电场,1,）电场的宏观表现,对放其内的任何电荷都有作用力,电场力对移动电荷作功,（电场强度）,（电势）,二,.,电场 电场强度,12,2,）静电场,相对于观察者静止的电荷产生的电场,是电磁场的一种特殊形式2.,电场强度,电量为,Q,的带电体在空间产生电场,描述场中各点电场,强弱,的物理量是,电场强度,13,思考,试验电荷必须满足两小：,电量充分地小,线度足够地小,试验电荷放到场点,P,处，,试验电荷受力为,试验表明：,确定场点,比值,与试验电荷无关,电场强度定义,定义方法：,为什么？,14,讨论,1),2),矢量场,3),SI,中,单位,4),电荷在场中受的电场力,点,电荷在外场中受的电场力,或,一般,带电体在外场中受力,15,三,.,电场强度的计算,1.,点电荷,Q,的场强公式,由库仑定律有,首先,将试验点电荷,q,放置场点,P,处,解决的问题是,场源点电荷,Q,的场中各点电场强度,解决的办法是,库仑定律和场强的定义,16,1,),球对称,由库仑定律,由场强定义,讨论,2,),场强方向：正电荷受力方向,由上述,两式得,17,2.,场强叠加原理,任意带电体的场强,1,）如果带电体由,n,个点电荷组成，如图,由电力叠,加原理,由场强定义,整理后得,或,根据电力叠加原理,和场强定义,18,2,）如果带电体电荷连续分布 如图,把带电体看作是由许多个电荷元组成,然后利用场强叠加原理求解,P,19,体,电荷密度,面,电荷密度,线,电荷密度,电荷密度,20,例,1,一对,相距为,l,的,等量异号点电荷的电场强度,根据场强叠加原理：,原理式,均为代数量,21,P,若场点,P,距正电荷一端为,a则场强：,方向如图,方向如图,合场为,方向：连线向右,22,讨论：一对等量异号电荷系统,若从电荷连线的中点向场点,P,画一位矢,且满足：,r,l,的条件,则这一对等量异号点电荷,叫做,电偶极子,(,electric dipole,),描述的物理量是电偶极矩,方向：从负点电荷指向正点电荷,23,再,利用电偶极子必须满足,r,l,的条件,得：,推导,电偶极子的,场强：,由,一对等量异号点电荷的场出发：,研究物质分子对场的贡献时，将分子看作电偶极子,24,电介质（绝缘体）的微观图象,+-,+-,+,有极分子,无极分子,无电场时,有极分子,无极分子,电中性,热运动,-,紊乱,故对外不产生电场,25解：建坐标如图,例,2,长为,l,的 均匀带电直线，电荷线密度为,求：如图所示,P,点的电场强度,在坐标,x,处取一长度为,d,x,的电荷元,电量为,电荷元到场点,P,距离为,r,26,电荷元,d,x,在,P,点的场强方向如图所示,大小为,27,各电荷元在,P,点的场强方向一致,场强大小直接相加,自解,方向：导线延线,28,例,3,求电偶极子在电场中的力和力矩 如图，,解：正负电荷受力：,系统质心速度不变,各力对质心的力矩,该力矩总是使电矩转向场强的方向,29,电介质（绝缘体）的极化会改变场的分布,1.,电介质的微观图象,+-,+-,+,有极分子,无极分子,2.,电介质分子对电场的影响,无电场时,有极分子,无极分子,电中性,热运动,-,紊乱,30,有电场时,电介质分子的极化,结论：,极化的,总,效果是介质边缘,出现,电荷分布,称呼：,由于这些电荷仍,束缚在每个分子中,所以称之为,束缚电荷,或,极化电荷,有极分子介质,位移极化,无极分子介质,取向极化,均匀,均匀,31,3.,自由电荷与极化电荷共同产生场,例,1,介质细棒的一端放置一点电荷,P,点的场强？,自由电荷产生的场,束缚电荷产生的场,介质棒被极化，产生极化电荷,q,1,q,2,。,极化电荷,q,1,q,2,和自由电荷,Q,0,共同产生场。,32,点电荷,电偶极子,无限长带电线,(,柱面 柱体）,无限大带电面（板）,r,d,r,l,r,L,r,d,P,P,P,P,理想模型,条件 带电体,P,场点,结束,33,附：,的推导,从,出发,写成,形式,34,由图有,进而得,从而又得,35,得,场强公式写成,再,利用关系式,得证,36,