电磁学1库仑定律和电场强度

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,第二篇,Electromagnetism,本篇内容,第 6 章 静电场,第 7 章 稳恒磁场,第 8 章 电磁感应,第6章 静电场,第1节 电荷和库仑定理,第2节 静电场 电场强度,第3节 静电场的高斯定理,第4节 静电场的环路定理,第5节 电势差和电势,第7节 静电场中的导体,第8节 静电场中的电介质,Electrostatic Fields,第6节 静电场的能量,一、电荷,1.什么是电荷？,电荷是物质的基本属性!,2.电荷是量子化的,量子化,：某物理量的值不是连续可取值而只,能取一些分立值,则称其为量子化。,自然界物体所带电荷：,e,=1.602,10,-19,C,注,：在宏观电磁现象中电荷的不连续性表现不出来,电荷,只有两种（正、负）,q,=,ne,第1节 电荷和库仑定理,Charge and Coulombs Law,电荷量子,n,=,1,2,3,1747年由美国物理学家富兰克林发现,物体所带的电量,3.电量,是相对论不变量,4.电荷遵从守恒定律,(,law of conservation of charge,),电荷守恒定律的表述：,在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负,电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。,电荷守恒定律是物理学中普遍的基本定律,电子加速到,0.9999999997,m,=4.082510,4,m,o,但是电子的电量:,q,=,e,=,1.602,10,-19,C,保持不变,1.库仑定律,（,1785年，库仑通过扭称实验得到,）,q,1,q,2,电荷,q,2,受电荷,q,1,的力：,从电荷,q,1,指向电荷,q,2,！,q,1,q,2,电荷,q,1,受电荷,q,2,的力：,二、库仑定律,理想模型,真空中两个点电荷,q,1,q,2,之间的相互作用力为：,真空中的,介电常数,国际单位制中：,2,库仑定律只适用两个,静止点电荷,同号,排斥力,q,1,、,q,2,q,1,、,q,2,异号,吸引力,3,若,q,1,、,q,2,在介质中，介电常数,=,r,o,；,空气中：,o,注：,4,基本实验规律,在宏观，微观领域都适用！,q,1,q,2,q,1,q,2,1,遵从牛顿第三定律,2.,电力叠加原理,实验证明：,多个点电荷存在时，任意一个点电荷受的,静电力等于其它各个点电荷单独存在时对它,的作用力的矢量和。,q,1,q,o,q,2,q,3,q,n,库仑定律,电力叠加原理,是静止电荷相互作用,的基本定律,即：,一、,电场,库仑力如何传递？,近代物理学证明：,电场,电荷,q,1,F,12,F,21,电荷,q,2,第,2,节 静电场、电场强度,Electrostatic Fields and Electric Field Strength,电场的基本性质：,相对观察者静止的电荷激发的电场,特点：,静电场与电荷相伴而生,是电磁场的一种特殊形式,静电场,：,1,对放其内的任何电荷都有作用力；,2,电场力对移动电荷作功,电场具有能量,3,电场,对导体产生静电感应现象,对绝缘体(电介质)产生极化现象,场源电荷,（,q,o,是很小的实验点电荷）,单位：N/C(,牛顿/库仑,),或 V/m(,伏特/米,),等于单位正电荷在该处受力大小,方向为单位正电荷在该处受力方向,一般地:,电场空间不同点的场强,E,大小方向都,不同,。,若场中各点的,E,大小方向都,相同,均匀电场,二、电场强度矢量,1.,的定义,（1）带电粒子的电场强度,+,x,y,z,q,q,o,P,求一位于原点处带电量为 的点电荷的电场强度,E,。,q,在任意点,P,放入一点电荷,q,o,根据库仑定律 受力：,q,o,P,点处的场强：,0,q,x,),则：,+,方向沿径向向外.,柱对称电场！,若令,x,=,r,方向沿径向向内.,x,r,.,P,y,o,讨论,-,例4.,一无限大带电平面，面电荷密度,，,求其电场分布。,y,x,.,P,解：,平面可看成无数条宽为,d,y,的细线组成,每个,d,y,在,P点,产生的场为,由对称性：,方向垂直平面！,r,+,0,z,均匀场,E,=0,E,=0,讨论：,y,x,.,P,r,例,5,.,求一均匀带电圆环轴线上的电场强度,E,=？,解：,在圆环上任取电荷元,d,q,由对称性知,P,已知：圆环半径为,R,，带电量为,Q,。,x,y,z,o,若：,点电荷,方向沿x轴,例6.,半径为,R,的均匀带电圆盘,面电荷密度为,，,求：,圆盘轴线上任一点,P,的场强。,解：,圆盘可视为许多小圆环组成,取半径为,r,宽为,d,r,的圆环,以,d,q,代替右式中的,q,得：,方向：圆盘带电“,+”,E,沿,x,轴从盘中心指向外。,若圆盘带电“,”,E,沿,x,轴指向盘中心。,2,当,R,x,则：,带电圆盘可视为无限大的带电平面，产生垂直于平面的均匀电场,讨论,当,R,x,设圆盘总带电量为,点电荷电场,P,.,例7.,无限大均匀带电平面中间有一圆孔，,求轴上 =？,两种方法,圆环,相减法,无限大带电平面,带电圆盘,无限大带电平面,带电圆盘,例8.,均匀带电球面，求轴上 =？,关键：圆环宽度,圆环电量：,P,.,带电圆环在轴线上的电场强度：,作业,6T1、T2、T3、T4,