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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,*,*,参考书目,1、金仲辉、梁德余主编大学基础物理学第二版，科学出版社,2、马文蔚主编大学物理学第五版，高等教育出版社,3、张三慧主编大学物理. 电磁学第二版，清华大学出版社,简介,静电场,-相对于观察者静止的电荷产生的电场。,一个定理库伦定理,两个物理量电场强度，电势,两个定理,高斯定理,，环路定理,7.1,电荷库仑定律,物质世界的基本问题:,1. 物质的存在形式,2. 物质的相互作用方式,静电学的基本问题:,1. 物质的存在形式 - 电荷Q, 电场E,2. 物质的相互作用方式 - 高斯定律,(麦克斯韦第一方程),问:,电势是什么?,(电场的标量场形式),7.,1,.1,电荷的基本性质,1.,电荷存在形式 正电荷，负电荷,2. 电荷量子化,3. 电荷守恒定律,4. 电荷是,相对论不变量,(洛仑兹变换中，质量，时间，长度都会变化，但是电荷是保持不变的),7.1,电荷库仑定律,7.,1,.,2,电荷的相互作用-库仑定律,7.1,电荷库仑定律,1.,q2,受 q1 的力,7.2,电场,电场强度,7.2.1,.a,电场 - 电荷作用的媒介,1.,早期：电荷间作用是超距作用,2. 后来: 法拉第提出作用媒介，并提出力线和电场的概念,电 荷,电 场,电 荷,场源电荷,q1,电场,E1,场中电荷受力,E1 * q2,-,+,7.2,电场,电场强度,7.2.,1.b,电场 -,电场的存在方式：电场线,1.,电场线 (电力线 ):,用来形象描述电场分布的空间曲线.,2. 电场强度E与电场线的关系:,电力线,E的,方向：,每一点的,切线方向,为该点,场强方向,E的大小：通过,垂直,电场的,单位面积,的电力线条数.,7.2,电场,电场强度,7.2.,1.b,电场,-,电场的存在方式：电场线,3,.,电场线性质,1),始于正电荷，止于负电荷，,(,或来自无穷远,去向无穷远,).,2),两条电力线不会相交；,3),电力线不会形成闭合曲线。,电力线,电力线,与任一场点的电场方向唯一矛盾,7.2,电场,电场强度,7.2.,1.c,电场 -,特殊的电场：静电场,1.,静电场：相对于观察者静止的电荷产生的电场，是电场的一种特殊形式,+,-,PS: 匀速运动的电荷会产生磁场(比如恒流导线)； 加速运动的电荷会激发电磁波(比如震荡电流)。请问氢原子核外的电子会不会辐射电磁波 ？,-,+,7.2,电场,电场强度,7.2.,2,电场,强度,1.,电场强度E：实验证明，空间中某点电荷受到的库伦力 与 该点电荷的电荷量的比值 与该点电荷的电荷量无关；,+,7.2,电场,电场强度,7.2.,2,电场,强度,2,.,点电荷电场强度,3.,静电场叠加定理,+,7.2.,2,电场,强度,2,.,点电荷电场强度,3.,静电场叠加定理,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,1,电,通量,高斯定理，是静电学的核心定理，也是麦克斯韦方程组的第一个方程。它把7.1节的电荷和7.2节的电场两个概念进行了统一 ，建立了电荷和电场的几何关系。,电通量,:,通过任意面积的电力线条数,S,1. 面积 和 电场强度平行:,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,1,电,通量,S,2. 面积 和 电场强度成一定角度:,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,1,电,通量,3. 非均匀电场、任意曲面:,取面元ds, 其电通量为：,整个曲面的电通量：,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,1,电,通量,4. 闭合曲面:,E,0 :,电力线穿出,几何含义：通过闭合曲面的电力线的净条数。,(上图净条数为0， 所以,E,=0,),7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,2,高斯定理,高斯定理:,在真空中的静电场内， 任一闭合面的电通量， 等于该闭合面所包围的电量的代数和除以,0,该定理给出了电场 E和场源 电荷q的几何关系，从而奠定了静电学的场论基础，是静电学的核心公式,Q,S,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,2,高斯定理,1. 点电荷的情况,R,+q,a) 通过以点电荷为球心,半径为R的球面 的电通量,E,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,2,高斯定理,1. 点电荷的情况,b) 点电荷位于封闭曲面外,E,=0,+q,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,2,高斯定理,2. 点电荷系的情况,E,q,n,q,2,q,i,q,1,电场强度叠加原理,单点电荷电通量计算,见上一小节 a的计算,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,2,高斯定理,3. 静电场高斯定理,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,2,高斯定理,练习,目的：,1,),了解高斯定理应用的场合。了解高斯定理需要什么条件，可以解决什么问题。,2,),通过解题，了解高斯定理使用的步骤,3,)若干,经典的结果可作为基本结论熟记，熟练掌握，有利于以后电磁理论的学习。,注意： 理论是建立在理想模型之上的,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,2,高斯定理,例1. 求电量Q 、半径R 的均匀带电球体的场强分布.,点评： 已知电量，求电场分布；,请注意球体内部，球体外部的场强分布的不同。,对于球体外部，高斯定理的右侧，电荷求和为,常量,；,对于球体内部，高斯定理的右侧，电荷求和为,变量,；,1.,球外,(rR),7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,2,高斯定理,例1. 求电量Q 、半径R 的均匀带电球体的场强分布.,2.,球内,(rR),r,E,R,0,E,均匀带电球体的场强分布.,PS: 均匀带电球,面,的场强分布是什么样的.？,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,2,高斯定理,例2. 线电荷密度,的无限长均匀带电直线的场强分布.,点评： 已知电荷密度，求电场分布；,线电荷密度 乘以 线元后便是电荷量，所以该题和例一是类似的。,结合例一和该题的结果，应注意到，电场强度并不是直接与电荷量有关， 而是和电荷的面密度- q/r,/r,有关。例三 中有进一步体现。,高斯面,同,轴柱面,E,上下底面 电场线抵消，因此为0。,7.,3,电,通量高斯定理,7.,3,.,2,高斯定理,例3.,面密度,的无限大均匀带电平面的场强分布。,E,侧面为 0。,+ + + + + + + + +,+ + + + + + + + +,+ + + + + + + + +,+ + + + + + + + +,+ + + + + + + + +,+ + + + + + + + +,
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