物理真空中静电场

*,12-1电荷,物理学,第五版,*,12-2库仑定律,物理学,第五版,*,12-3电场强度,物理学,第五版,*,物理学,第五版,电磁学,1,第12章 静电学,自然界一切电磁现象都起源于物质具有电荷属性，电现象起源于电荷，磁现象起源于电荷运动，所以“电荷”概念是电磁学中的第一个重要概念。,2,一 电荷,1,电荷 摩擦起电,两种不同材质的物体互相摩擦后，能吸引轻微物体。这表明两种物体经摩擦后，处于一种,特殊状态,，处于这种状态的物体称为带电体，它们分别带有电荷。,注意：电荷不是物质而是物体的属性。,摩擦起电,3,2,种类:,正电荷，负电荷,+,-,3,电性力:,同种相斥，异种相吸,带同号电荷的物体互相排斥，带异号电荷的物体互相吸引，这种相互作用称为电性力。,4,5,电荷的量子化:,库仑,（,C,）,4,电量:,描述物体所带电荷多寡的物理量称为电荷量，用符号,q,或,Q,表示。,5,宏观上:大量基本单元的集合,呈连续分布.,阐明微观本质时，常需要从电荷的量子性出发.,电荷量只能取分立的、不连续量值的性质，称为电荷的量子化。,量子化是微观世界的一个基本性质，在微观世界中，能量、角动量等也是量子化的。,6,6,原子的微观结构:,宏观物体由分子、原子组成，,原子都由一个带正电的原子核和一定数目的电子所组成，,原子核又由带正电的质子和不带电的中子组成。,7,带正电的原子,带负电的原子,中性原子,(a)电子质量非常小，根据其得失，原子呈现电性.,(b),原子若得到电子便带负电，失去,电子便带正电.,8,1913年密立根油滴实验测得,电荷具有量子性，任何带电体的电荷只能是某一基本单位的整数倍，这个基本单位就是电子电量绝对值,e,。,摩擦起电,，实际上是通过作功实现电荷的分离、转移，从而使物体处于带电状态。,9,二 电荷守恒定律,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,.,（自然界的基本守恒定律之一）,问题：电荷能否产生和消失？,如：高能光子在重荷附近可以转化为电子偶，电子偶也能湮没为光子。,光子,10,库仑,(C.A.Coulomb 1736,1806）,法国物理学家，1785年通过,扭秤实验,创立,库仑定律,使电磁学的研究从定性进入定量阶段.电荷的单位库仑以他的姓氏命名.,11,一 点电荷的概念,影响带电体之间,的,相互作用的因素,带电体的间距,电荷电量,带电体大小、形状及电荷在带电体上的分布,。,当带电体本身的几何线度远比带电体间的距离小得多时，在测量的精密范围内，带电体的形状与其上的电荷分布对作用力没有影响，此时可以引入点电荷的概念。,12,当带电体的大小和带电体间的距离相比很小时，可将其视为点电荷。,点电荷,简化为点电荷的条件:,Q,1,r,d,d,r,r,的解，得,35,若改为,Q,A,=+4,Q,，,Q,B,=,Q,，均固定，他们相距r，若一电荷q放于何处才能平衡？,r,x,4,Q,-,Q,解：,要求第三个点电荷所受的合力为零，只可能放在两个电荷的右侧，设它距,B,为,x,36,一、电性力作用机制,历史上曾经有两种观点。,一种观点认为电荷之间的相互作用力是通过充满在空间的弹性媒体“以太”来实现力的传递的，这种观点叫做“近距作用”；,另一种观点则认为它们不需要任何媒体，也不需要时间，能够由一个物体立即作用到另一个物体上，这种观点叫做“超距作用”。,37,电磁力的传递需要时间，同时，所谓的“以太”也是不存在的。其相互作用是通过特殊物质场来实现的。,电 场,电 荷1,电 荷2,产生,作用,作用,产生,任何电荷都在其周围空间激发电场，而电场的基本特征是对处在其中的任何电荷都有作用力。,二 电场,38,电场对外表现:,(1)电场中的任何带电体都有将受到电场所作用的力;电场能使电场中的导体产生静电感应现象,使电场中的电介质产生极化现象;,(2)当带电体在电场中移动时,电场所作用的力将对带电体作功,这表示电场具有能量。,理论和大量实验证明场的观点是正确的。,39,物 质,实物,场,电磁场是物质存在的一种形态,它分布在一定范围的空间里,并和一切物质一样,具有能量、动量、质量等属性。,静电场:,静止电荷周围存在的电场,电场力：电场对处在其中的其他电荷的作用力,静电力：静电场对电荷的作用力,40,电场强度,为了测定空间电场的存在和性质，可以在空间引入一个电荷，根据该电荷的受力大小和方向来判定电场的存在和性质。,1,试验电荷,点电荷,以便能精确定位某点的电场,电荷足够小,不对原电场产生显著的影响,41,2,电场强度,场源电荷,试验电荷,激发电场的电荷叫做场源电荷。,Q,所在位置源点,试探电荷放在不同电场空间，它的受力大小和方向不同，如图所示。同一位置放置不同的试探电荷时，它们的受力大小不同。,42,单位,:,和,试,验电荷无关,电荷,q,受电场力,:,定义,:,单位正试验电荷所受的电场力,场源电荷,试验电荷,43,场强是空间的点函数，大小方向随位置而变（矢量场）。,如空间各点的场强大小和方向都相同，这种场称为均匀场，否则称为非均匀场。,44,四 点电荷电场强度,45,点电荷场强公式,重要！,46,负点电荷产生的场是以点电荷为中心成辐射状指向点电荷的场。,-,47,练习 两个点电荷,Q,A,=+4Q，Q,B,=Q,，均固定，他们相距r，若一电荷-2q 放于何处才能平衡？,4,Q,Q,若改为Q,A,=+4Q，Q,B,=Q，均可以自由运动，他们相距r，若一电荷q放于何处才能平衡？且q的带电量为多少？,作业：习题册p,72,1,48,