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第九章 静电场1第1页，本讲稿共98页人类对电和磁的认识可追溯到2000多年前。古代的中国人和希腊人早就知道静电现象，知道磁石的吸引和排斥现象。中国发明的指南针就是一个证明。文艺复兴开始之后才对电和磁进行科学、系统的研究。第2页，本讲稿共98页1600年前后，英国医生吉尔伯特对磁和电做了初步的科学研究.他指出：任何磁体都同时存在两极，没有单磁极存在。他发现了铁的磁化现象。吉尔伯特还正确地指出，地球是一个大磁体。他研究了摩擦起电现象，发明了第一个验电器。英文中电这个词，就是吉尔伯特最先提出来的，它来自希腊文“琥珀”一词的译音，这是由于古代最早的摩擦起电实验，就是希腊人用琥珀做的第3页，本讲稿共98页定定 量量 研研 究究从1785年库仑研究电荷之间的相互作用算起.其后泊松、高斯等人研究相成了静电场理论1786年伽伐尼发现了电流，后经伏特、欧姆、法拉第等人发现了关于电流的定律。1820年奥斯特发现了电流的磁效应，很快毕奥、萨伐尔、安培、拉普拉斯等进一步做了定量研究。1831年法拉第发现了电磁感应现象，提出了场和力线的概念，进一步揭示了电和磁的联系。迈克斯韦集前人之大成，建立电磁方程组成为整个电磁学的基础。第4页，本讲稿共98页 电电 磁磁 学学 （Electromagnetism）研究研究:电磁现象电磁现象的的 基本概念基本概念和和基本规律基本规律 电场和磁场的相互联系；电场和磁场的相互联系；电磁场对电荷、电流的作用；电磁场对电荷、电流的作用；电磁场对物质的各种效应电磁场对物质的各种效应。电荷、电流产生电场和磁场的规律；电荷、电流产生电场和磁场的规律；第5页，本讲稿共98页 处理电磁学问题的基本观点和方法处理电磁学问题的基本观点和方法着眼于场的分布着眼于场的分布（一般）（一般）归纳归纳假设假设 电磁学的教学内容电磁学的教学内容:静电学（真空、电介质、导体）静电学（真空、电介质、导体）稳定磁场稳定磁场（真空、磁介质）（真空、磁介质）电磁感应电磁感应 电磁场与电磁波电磁场与电磁波 对象：对象：弥散于空间的电磁场，弥散于空间的电磁场，方法：方法：基本实验规律基本实验规律综合的普遍规律综合的普遍规律（特殊）（特殊）第6页，本讲稿共98页第九章第九章（Intensity of Electrostatic Field in Vacuum）静电场静电场 静电场静电场 相对相对观测者观测者静止的电荷产生的电场静止的电荷产生的电场第7页，本讲稿共98页9.1 电荷的量子化、电荷守恒定律电荷的量子化、电荷守恒定律9.2 库仑定律库仑定律9.3 电场和电场强度电场和电场强度 9.4 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理 9.5 静电场的环路定理静电场的环路定理 电势能电势能 9.6 电势电势 9.7 电场强度与电势梯度电场强度与电势梯度本章目录本章目录第8页，本讲稿共98页一一 电荷电荷 强子的强子的夸克模型夸克模型具有具有分数电荷分数电荷（或或 电子电荷）电子电荷）但实验上尚未直接证明但实验上尚未直接证明.基本性质基本性质2 2 同种相斥，异种相吸同种相斥，异种相吸3 3 电荷量子化；电荷量子化；1 1 电荷的种类：有正、负之分；电荷的种类：有正、负之分；电荷的基本单元电荷的基本单元：一个电子电量的绝对值：一个电子电量的绝对值富兰克林富兰克林汤姆孙汤姆孙1897、密立根、密立根19139.1 电荷、电荷守恒定律电荷、电荷守恒定律第9页，本讲稿共98页二二 电荷守恒定律电荷守恒定律 在在孤立孤立系统中系统中,电荷的代数和保持不变电荷的代数和保持不变.（自然界的基本守恒定律之一）（自然界的基本守恒定律之一）三三 电荷相对论不变性电荷相对论不变性 在不同的参考系内观察，同一带电粒子的电量不变。在不同的参考系内观察，同一带电粒子的电量不变。第10页，本讲稿共98页 一一.点电荷模型点电荷模型9.2 库仑定律库仑定律（Coulomb s law）第11页，本讲稿共98页 在在真空中真空中，两个，两个静止的点电荷静止的点电荷之间的相互作用力，之间的相互作用力，其大小与点电荷的电量其大小与点电荷的电量乘积成正比乘积成正比，与两电荷间距离的，与两电荷间距离的平方成反比平方成反比。作用力在两电荷的。作用力在两电荷的连线上连线上，同号电荷相斥，同号电荷相斥，异号电荷相吸。异号电荷相吸。2 2、数学表达数学表达：17851785年年,库仑利用扭称实验直接测定两个带电球体库仑利用扭称实验直接测定两个带电球体之间的相互作用力的规律之间的相互作用力的规律二、二、库仑定律定律1.1.文字表述文字表述第12页，本讲稿共98页q1q2 0,与与 同向；同向；q1q2 EBVA VBEA EBVA VB第87页，本讲稿共98页两平行带电平板的电场线和等势面两平行带电平板的电场线和等势面两平行带电平板的电场线和等势面两平行带电平板的电场线和等势面+第88页，本讲稿共98页一对等量异号点电荷的电场线和等势面一对等量异号点电荷的电场线和等势面一对等量异号点电荷的电场线和等势面一对等量异号点电荷的电场线和等势面+第89页，本讲稿共98页三、电势与电场强度的关系三、电势与电场强度的关系1 1、积分关系分关系2 2、微分关系、微分关系梯度算子梯度算子梯度算子梯度算子第90页，本讲稿共98页3 3）为我们了提供一种计算场强的方法）为我们了提供一种计算场强的方法2 2）“-”“-”号表示场强指向电势降落的方向号表示场强指向电势降落的方向1 1）电势不变的空间，电场强度为零）电势不变的空间，电场强度为零第91页，本讲稿共98页 二二 理解理解高斯定理及静电场的环路定理是静电场的两高斯定理及静电场的环路定理是静电场的两个重要定理，它们表明静电场是个重要定理，它们表明静电场是有源有源场和场和保守保守场场.三三 掌握掌握用点电荷电场强度和叠加原理以及高斯定用点电荷电场强度和叠加原理以及高斯定理求解带电系统电场强度的方法；并能用电场强度与电理求解带电系统电场强度的方法；并能用电场强度与电势梯度的关系求解较简单带电系统的电场强度势梯度的关系求解较简单带电系统的电场强度.四四 掌握掌握用点电荷和叠加原理以及电势的定义式求解带用点电荷和叠加原理以及电势的定义式求解带电系统电势的方法电系统电势的方法.五五 了解了解电偶极子概念，能计算电偶极子在均匀电场中电偶极子概念，能计算电偶极子在均匀电场中的受力和运动的受力和运动.教学基本要求教学基本要求 一一 掌握掌握描述静电场的两个物理量描述静电场的两个物理量电场强度电场强度和和电势电势的概念，的概念，理解理解电场强度电场强度 是矢量点函数，而电是矢量点函数，而电势势V 则是标量点函数则是标量点函数.第92页，本讲稿共98页真空中静电场小结提纲真空中静电场小结提纲一一.线索（基本定律、定理）：线索（基本定律、定理）：还有电荷守恒定律，它时刻都起作用。还有电荷守恒定律，它时刻都起作用。第93页，本讲稿共98页从受力从受力的角度的角度描述描述 电电 场场从功能从功能的角度的角度描述描述定定量量描描述述力力形形象象描描述述电场线电场线等势面等势面1）相互垂直）相互垂直2）电场线密）电场线密 等势面也密等势面也密E二二.基本物理量之间的关系：基本物理量之间的关系：VA能能第94页，本讲稿共98页三三.求场强的方法：求场强的方法：第95页，本讲稿共98页第96页，本讲稿共98页例：例：质量为质量为M的带电质点，开始质点做自由落体运动。若的带电质点，开始质点做自由落体运动。若M下下落穿过电场中，做匀速运动，此匀强电场大小为落穿过电场中，做匀速运动，此匀强电场大小为E，方向如图，方向如图所示，求质点的电量并判断其电性？所示，求质点的电量并判断其电性？M，q解：匀速运动匀速运动M g =E qMgEqq=Mg/E质点带负电荷第97页，本讲稿共98页+q，速度增加速度增加ABD第98页，本讲稿共98页