大学物理6.1 库仑定律 电场强度.ppt

6.1.5 由点电荷引起的电场由点电荷引起的电场 6.1.4 电场强度电场强度 6.1.6 由连续电荷分布引起的电场由连续电荷分布引起的电场 6.1.3 库仑定律库仑定律 6.1.1 电荷的量子化电荷的量子化 6.1.2 电荷守恒定律电荷守恒定律 6.1 库仑定律库仑定律 电场强度电场强度 6.1.7 喷墨打印喷墨打印 6.1.1 电荷的量子化电荷的量子化 电子电量：电子电量：迄今所知迄今所知，电子是自然界存在的最小负，电子是自然界存在的最小负电荷，质子是最小正电荷电荷，质子是最小正电荷 1.电荷电荷富兰克林富兰克林 密立根密立根电荷被想电荷被想象成连续象成连续的流体的流体 油滴实验油滴实验量子化量子化 尽管尽管19641964年盖尔曼等人提出夸克模型，每年盖尔曼等人提出夸克模型，每一个夸克带有一个夸克带有 或或 的电量，然而迄今的电量，然而迄今实验上还没有发现处于自由状态的夸克，即使实验上还没有发现处于自由状态的夸克，即使发现了，也不过把基本单元电荷的量值缩小到发现了，也不过把基本单元电荷的量值缩小到目前的目前的 ，并不破坏电荷的量子化规律，并不破坏电荷的量子化规律2.物质的层次结构物质的层次结构核子核子电子电子原子原子质子质子中子中子夸克夸克分子分子6.1.2 电荷守恒定律电荷守恒定律 电荷守恒定律：电荷守恒定律：在孤立系统中，不管系统在孤立系统中，不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变不变6.1.3 库仑定律库仑定律 点电荷：具体问题中，当带电体的形状和点电荷：具体问题中，当带电体的形状和大小可忽略不计时，可把它抽象成一个点大小可忽略不计时，可把它抽象成一个点 电荷守恒定律不仅在一切宏观过程中成立，电荷守恒定律不仅在一切宏观过程中成立，也是一切微观过程所普遍遵守的它就像能量守也是一切微观过程所普遍遵守的它就像能量守恒定律、动量守恒定律和角动量守恒定律那样，恒定律、动量守恒定律和角动量守恒定律那样，也是自然界的基本守恒定律之一也是自然界的基本守恒定律之一定律：定律：单位矢量单位矢量 ，表示从电荷表示从电荷 指向电荷指向电荷 的的矢径，矢径，表示表示对对的作用力，的作用力，表示表示对对的作用力的作用力6.1.4 电场强度电场强度 1.电场电场+电场电场电场电场静电场静电场涡旋电场（感生电场）涡旋电场（感生电场）静电场：相对于观测者静止的电荷在其周静电场：相对于观测者静止的电荷在其周围空间所产生的电场围空间所产生的电场 涡旋电场：变化的磁场在其周围激发一种涡旋电场：变化的磁场在其周围激发一种的电场，这种电场也叫做感生电场的电场，这种电场也叫做感生电场2.电场强度电场强度 单位：单位：注意注意 与有关，但比值与有关，但比值 与与 本本身无关，而仅仅与试探电荷所在点处身无关，而仅仅与试探电荷所在点处的电场性质有关的电场性质有关6.1.5 由点电荷引起的电场由点电荷引起的电场 1.真空中单个点电荷周围的电场强度真空中单个点电荷周围的电场强度+2.电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理 试探电荷试探电荷 在点电荷在点电荷 所共同激发所共同激发的电场所受的力为：的电场所受的力为：点电荷系中任一点处的总场强等于各个点点电荷系中任一点处的总场强等于各个点电荷单独存在时在该点各自产生的场强的矢量电荷单独存在时在该点各自产生的场强的矢量合合，这就是电场场强的叠加原理这就是电场场强的叠加原理 3.点电荷系中的场强点电荷系中的场强电荷线密度：电荷线密度：电荷面密度：电荷面密度：电荷体密度：电荷体密度：6.1.6 由连续电荷分布引起的电场由连续电荷分布引起的电场 求场强步骤：求场强步骤：(1)(2)(3)6.1.7 喷墨打印喷墨打印 纸纸偏转极板偏转极板充电装置充电装置输入信号输入信号墨滴墨滴发生器发生器喷墨打印机的工作原理喷墨打印机的工作原理偏转极板偏转极板墨滴在偏转极板中的运动墨滴在偏转极板中的运动例例1 电偶极子是由两个大小电偶极子是由两个大小相等，符号相反的点电荷相等，符号相反的点电荷 和和 组成的点电荷系从组成的点电荷系从负电荷到正电荷的矢量线负电荷到正电荷的矢量线段段 称为电偶极子的臂称为电偶极子的臂电荷电荷 和臂和臂 的乘积的乘积 称为电偶极矩，简称电矩称为电偶极矩，简称电矩求电偶极子中垂线上任求电偶极子中垂线上任一点的电场强度一点的电场强度解解当时，当时，例例2 求均匀带电细棒中垂面上的场强分布，求均匀带电细棒中垂面上的场强分布，设棒长为设棒长为 ，带电总量为，带电总量为 （）解解 对称的两个对称的两个电荷微元所带的电电荷微元所带的电量为量为 和和 在在 点产点产生的场强生的场强 和和 关于中垂线对称，关于中垂线对称，两者的合场强沿两者的合场强沿 轴正方向轴正方向 根据场强的叠加原理根据场强的叠加原理可将该带电细棒视为可将该带电细棒视为“无限长无限长”当当 时时 该带电细棒的电场相当于一个点电荷该带电细棒的电场相当于一个点电荷 的电场的电场 当当 时时 例例3 一个均匀带电细圆环，半径为一个均匀带电细圆环，半径为 ，所带电，所带电量为量为 （），求圆环轴线上任一点的场强），求圆环轴线上任一点的场强解解电荷微元电荷微元 ，在在点产生的场强为点产生的场强为 ，沿平行和垂直于轴沿平行和垂直于轴的两个方向的分量分别为的两个方向的分量分别为 和和 由于电荷分布具有轴对称性由于电荷分布具有轴对称性，所以圆环上，所以圆环上全部电荷的全部电荷的 分量的矢量合为零，因而分量的矢量合为零，因而 点点的场强沿轴线方向的场强沿轴线方向当当 时，时，当当 时，时，例例4 一根细玻璃棒被弯成圆心角为一根细玻璃棒被弯成圆心角为、半径为、半径为的圆弧，其上电荷的圆弧，其上电荷均匀分布均匀分布，总电量为，总电量为 .求圆弧中心求圆弧中心点的场强点的场强解解 其上电荷其上电荷 ,在圆弧上取线元在圆弧上取线元 ,电荷线密度电荷线密度 ,和和的电场矢量分的电场矢量分分解成分解成 和和 分量分量.分量抵消分量抵消,分量为分量为 （1 1）在导线的延长线上与导线端相距）在导线的延长线上与导线端相距 （2 2）在导线的垂直平）在导线的垂直平分线上与导线中点相距分线上与导线中点相距 处的点的处的点的例例5 长长 的直导线上的直导线上 ，设想均匀，设想均匀地分布着线密度地分布着线密度 的正电荷，的正电荷，求：求：处的点场强；处的点场强；场强场强解解（1 1）建立如图所）建立如图所示坐标系，电荷微元示坐标系，电荷微元的场强为的场强为 在在 点产生点产生点的场强沿点的场强沿 轴方向轴方向（2 2）电荷微元电荷微元在在 点产生的场强为点产生的场强为 由于电荷分布关于由于电荷分布关于 点对称，点对称，所以所以直导线直导线上上全部电荷的全部电荷的 分量的矢量合为零，因而分量的矢量合为零，因而 点的场强沿点的场强沿 轴方向轴方向