高二物理竞赛4.2 电场和电场强度课件.ppt

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1、第二篇 电磁学,第6章 电磁感应,第4章 静电场,第5章 稳恒磁场,一.电荷及其基本属性,2.电荷守恒定律 无论何种使物体带电的过程, 正负电荷是同时产生的。对于一个与外界没有电荷交换的系统,正负电荷的代数和总是保持不变的,这称为电荷守恒定律。它是物理学的基本定律之一。,4.1 电荷、库仑定律,1. 电荷种类:正电荷与负电荷 作用:同性相斥,异性相吸。,3.电荷量子化 在自然界中所观察到的电荷均为基本电荷的整数倍。表明电荷是量子化的。直到现在还没有足够的实验来否定这个规律。,电子对湮灭,电子对产生,宏观物体带电量 e 的整数倍。,夸克 ,电子电量,二.库仑定律,真空中,点电荷q1对点电荷q2的

2、作用力为,r则表示两个点电荷之间的距离。,(2)公式中的系数是SI制要求的。,(3)点电荷q2对点电荷q1的力，是上述力的反作用力。,连续带电体对点电荷的作用力,连续带电体上任取一电荷元,对点电荷q的作用力 为,连续带电体对点电荷的作用力可视为无数个电荷元对点电荷作用力的叠加,其中 为连续带电体所占空间。,说明：,库仑定律的形式与万有引力定律形式相似，是实验规律的总结。实验证明各点电荷间的库仑力彼此是独立的，满足叠加原理（不能用比其更基本的原理推导及实验定律）：,设有长为 ，电量为Q0的均匀带电细棒，在棒的延长线上距棒一端距离为a处的P点放一点电荷 ，求q受到Q的库仑力。,解,例,在x处取为电

3、荷元，可视其为点电荷，电量,对 q 的库仑力为：,整个棒可视为无限多个电荷元的集合，所有电荷元对q的库仑力方向相同，故可直接叠加，所以Q对q的库仑力为,一.电 场 任何电荷要在它的周围产生电场。,4.2 电场、电场强度,电荷之间的相互作用力是通过电场来进行的。即,电场的基本性质：对处于其中的电荷有力的作用。 电场是一种物质。它具有能量、动量和质量。场和实物是物质存在的两种基本形式。,二.电场强度矢量,定义：静电场中某点电场强度为：,说明： (1)表明,电场中某场点上的电场强度矢量等于置于该点的单位正电荷所受的力。,(N/C),三.电场强度的计算,设真空中有一静止的点电荷q ， 现计算与q相距r

4、的p点的场强。,若q0,电场方向由点电荷沿径向指向四方；若q0,则反向，即点电荷的电场具有球对称性。,试验电荷qo在P点受到的电场力为：,1.点电荷的电场,由n个点电荷q1, q2, qn产生的电场，可利用点电荷受力叠加原理求得所受合力：,2.点电荷系的电场,按场强定义：,即：,上式表明：点电荷系电场中任一点处的总场强等于各个点电荷单独存在时在该点产生的场强矢量和，这称为场强叠加原理。,例4-1 求电偶极子中垂线上任一点的电场强度。,补充,电偶极子是一种非常重要的物理模型,电偶极矩（电矩）,(方向由负电荷指向正电荷),解:,3.连续带电体的电场 对电荷连续分布的带电体,可划分为无限多个电荷元dq(点电荷), 用点电荷的场强公式积分：, 体电荷分布, 面电荷分布, 线电荷分布,解：在坐标 y 处取一个电荷元dq,电荷线密度为,例4-2 求无限长均匀带电直线的电场分布。,.,P,（1）场分布有柱对称性,（2）电场强度沿直线到P 点的方向,讨论,例4-3 均匀带电圆环轴线上的场,解：在圆环上任取电荷元,-点电荷场,若,解：,利用上题结果,讨论：1、若XR,则,2、若XR,则,重点和难点：, 连续带电体电场强度的计算, 问题处理思想,