1、大学物理学电子教案,长江大学教学课件,静电场的概念与计算,5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律5-2 库仑定律5-3 电场强度,1、什么是电磁学,电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学是研究电磁运动及其规律的物理学分支。,2、电磁学的主要内容电荷、电流产生电场和磁场的规律； 电场和磁场的相互作用； 电磁场对电流、电荷的作用； 电磁场中物质的各种性质。,3、学习电磁学的意义在现代物理学中的地位是非常重要的。深入认识物质结构。是学习电工学、无线电电子学、自动控制、计算机技术等学科的基础。,第四部分 电磁学,第五章,静电场,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：库仑定律静电场的
2、基本定理：高斯定理、环路定理 描述静电场的物理量：电场强度、电势 静电场对电荷的作用,51 电荷的量子化 电荷守恒定律,一、电荷的量子化,1、电荷,摩擦起电：用木块摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体的现象。许多物体经过毛皮或丝绸等摩擦后，都能够吸引轻小的物体。人们就说它们带了电，或者说它们有了电荷。,当物质处于电中性时，质子数中子数当物质的电子过多或过少时，物质就带有电荷 电子过多时物体带负电 电子过少时物体带正电,电量的定义：物体所带电荷的多少叫作电量。单位：库仑(C),2、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的电荷，而且带电体的电荷是电子电荷的整数倍。 电子电
3、量 e 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，叫作电荷的量子化。电子的电荷e称为基元电荷，或电荷的量子。,1986年国际推荐值,近似值,3、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。,说明：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。,二、电荷守恒定律,内容：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。,5-2 库仑定律,库仑 (Charlse-Augustin de Coulomb 1736 180
4、6),法国物理学家1773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。1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。17851789年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得出摩擦定律。,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，同号电荷互相排斥，异号电荷互相吸引。,表示单位矢量,是国际单位制中的比例系数,真空电容率,库仑力满足牛顿第三定律,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
5、作用。,库仑力的叠加原理：,例：在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.310-11m，求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,万有引力为,两值比较,结论：库仑力比万有引力大得多，所以在原子中，作用在电子上的力，主要是电场力，万有引力完全可以忽略不计。,5-3 电场强度,一、静电场,1、电场的概念电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有电场。在该电场的任何带电体，都受到电场的作用力，这就是所谓的近距作用。,2、电场的物质性,给电场中的带电体施以力的作用。当带电体在电场中移动时，电场力作功；表明电场具有能量。变化的电场以光速在空间传播，表
6、明电场具有动量。,表明电场具有动量、能量，体现了它的物质性.,3、静电场静止电荷产生的场叫做静电场。,二、电场强度,1、试验电荷线度足够小，小到可以看成点电荷；电量足够小，小到把它放入电场中后，原来的电场几乎没有什么变化。,2、实验在静止的电荷Q周围的静电场中，放入试验电荷q0 ，讨论试验电荷q0 的受力情况。,F与r 有关，而且还与试验电荷q0 有关。,3、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，用这个物理量作为描写电场的场量，称为电场强度（简称场强）。,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。
7、电场强度的方向与电场力的方向一致（当q0为正值时）。,单位：N.C-1或V.m-1,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，只是由试验电荷反映。,4、电场力,电荷q在电场E中的电场力,当q0时，电场力方向与电场强度方向相同；当q0，电场强度E与er同向Qr0时，x2- r0 2/4 x2,在电偶极子轴线延长线上任意点的电场强度的大小与电偶极子的电偶极矩大小成正比，与电偶极子中心到该点的距离的三次方成反比；电场强度的方向与电偶极矩的方向相同。,（2）轴线中垂线上一点的电场强度,.,+,-,.,.,+,-,.,当yr0时，y2+ r0 2/4 y2,电偶极子中垂线
8、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，方向电矩方向相反。,由对称性有,（1）,（点电荷电场强度）,（2）,（3）,解 由例,（点电荷电场强度）,带电直线场强,均匀带电直线的场强,续16,续17,两个常用公式,注意前述两个推导结果,带电球面场强,均匀带电球面的场强,续25,Q,例,解,相对于O点的力矩,(1),力偶矩最大,力偶矩为零,(电偶极子处于稳定平衡),(2),(3),力偶矩为零,(电偶极子处于非稳定平衡),求电偶极子在均匀电场中受到的力偶矩。,讨论,小 结,电荷的量子化电荷守恒定律库仑定律静电场的概念电场强度电场强度叠加原理电场强度的计算,作业：大学物理习题集练习一,
