静电学(库仑定律和电场强度).ppt

西汉末年 春秋纬 考异犹 中记载 玳瑁吸诺 即 经过摩擦的玳瑁可以吸引微小的物体 西晋的张华在 博物志 中记载了梳头 着衣时摩擦起电现象 电磁学 电磁学 研究电磁现象及其规律的科学 1 早期人们对电现象的认识和研究 公元前600年前 希腊哲学家赛列斯发现琥珀磨擦可以吸引轻小物体 美国物理学家富兰克林做了大量的试验 认识到摩擦电 电击 电火花这些现象的统一性 1752年6月的一个雷雨天 他为了弄清摩擦电和雷电的关系 在费城做了著名的 风筝实验 1820年奥斯特发现电流的磁效应 改变将电现象与磁现象分别研究的情况 玳瑁 司南 2 早期人们对磁现象的认识和研究 早在公元前300年战国时期 我国古籍 吕氏春秋 所载有 磁石召铁 的现象 东汉时期王充 论衡 中有 磁石引针 的记载 3 电磁现象的统一研究 麦克斯韦建立了Maxwell方程 完美地解释大多数的电磁现象 预言了光的电磁本性 电磁学成为一门完整的科学 法拉第发现电磁感应现象 说明变化的磁场同样可以产生电场 1 两种电荷 3 电荷守恒定律 2 电荷量子化 4 电荷的相对论不变性 第6章静电学 6 1电荷库仑定律 同性相斥 异性相吸 实验证明 微小粒子带电量的变化不是连续的 只能是某个基本电荷e的整数倍 基本电荷量 电荷可以中和 一个孤立系统的电荷之代数和在任何物理过程中始终保持不变 一 电荷电荷守恒定律 二 库仑定律静电力叠加原理 在真空中 两个静止点电荷之间的相互作用力的大小与它们的电量q1和q2的乘积成正比 与它们之间的距离的平方成反比 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 q1 q2 表示单位矢量 SI制 真空电容率 真空介电常数 库仑扭秤 静电力的叠加 作用在q0上的总静电力 2 1971年数据 3 当电荷运动时 库仑定律是否适用 若场源电荷静止 库仑定律成立 若场源电荷运动 则库仑定律失效 若场源电荷静止 不论是静止还是运动 所受的力符合库仑定律 例如氢原子中的电子所受的库仑力为 讨论 例 求氢气中电子和质子之间电力与万有引力之比 已知 解 结论 库仑力 万有引力 库仑定律 电荷 电荷 电场 6 2电场电场强度 一 电场 早期 电磁理论是超距作用理论 不需要作用时间 后来 法拉第提出近距作用 需要作用时间 并提出力线和场的概念 q q0 A B 电场中 是与q0无关的量 定义 某处的电场强度的大小等于单位正电荷在该处所受到的电场力的大小 其方向与正电荷在该处所受到的电场力的方向一致 在SI制中 的单位是 是位置的一个矢量函数 点电荷q的场强为 检验电荷 场源电荷 二 电场强度电场强度叠加原理 一组点电荷在某点激发的场强 等于各个点电荷单独存在时所产生的电场在该点场强的矢量和 称为场强的叠加原理 由 则 每个点电荷单独存在的场强 场源电荷 检验电荷q0 总场 a 电场强度叠加原理 6 3电场强度和电场力的计算 场源为点电荷 场源为点电荷系 场源电荷连续分布 1 电荷线分布 2 电荷面分布 3 电荷体分布 场强的计算 例1 电偶极子 两大小相等符号相反的点电荷 q和 q组成点电荷系 求 远离电偶极子一点P的场强 如图 是极轴 叫电偶极矩 q q P r E E 特例 在极轴延长线和中垂线上的点 方向 为 与r的夹角 任一点的场强 P 讨论 1 与方向一致 与方向相反 电偶极子远处场强取决于q与的乘积 电偶极子远处场强与距离r的三次方反比 2 例 计算电偶极子在均匀电场中所受到的力矩 相对于点的力矩之和为 匀强电场中 非匀强电场中 发生转动和移动 电偶极子在电场中所受到的作用 y x P O x r 例均匀带电直线周围电场分布 设电荷的线密度为 讨论 1 当P点落在带电直线的中垂线上 则 只剩下 2 当带电直线为 长时 即 1 0 2 无限长均匀带电直线 例如图 电荷q均匀地分布在半径为R的圆环上 求圆环中心轴线上任一点P的场强 P点离环心的距离为x 已知 求 解 建立坐标系OXYZ 分割带电体 取 带电 讨论 1 2 3 例求面电荷密度为 的 半径为R的簿带电圆盘中心轴线x处一点的电场强度 已知 求 解 建立坐标系Ox 分割成许多带电细圆环 讨论 1 R 2 3 相当一点电荷