库仑定律 (2)课件.ppt

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1、关于库仑定律(2)1第1页，此课件共44页哦23.1 电荷电荷 库仑定律库仑定律3.2 电场和电场强度电场和电场强度3.3 电通量电通量 高斯定理高斯定理3.4 3.4 静电场的环路定理和电势静电场的环路定理和电势3.5 3.5 等势面和电势梯度等势面和电势梯度目目 录录第2页，此课件共44页哦33.1 电荷电荷 库仑定律库仑定律m密立根密立根（R.A.Millikan）带电油滴实验带电油滴实验 （1906 1917,1923年诺贝尔物理奖）年诺贝尔物理奖）2、电荷是量子化电荷是量子化(quantization)的的基本电荷基本电荷 e=1.60217733(49)10-19C1、电荷只有正电

2、荷只有正、负两种负两种电磁现象归因于电荷及其运动电磁现象归因于电荷及其运动m宏观电磁学宏观电磁学电荷值连续电荷值连续m夸克夸克（quark）带分数电荷带分数电荷 和和 但实验未发现自由夸克（夸克囚禁）但实验未发现自由夸克（夸克囚禁）第3页，此课件共44页哦4 在在不不同同惯惯性性系系中中观观测测，同同一一带带电电粒粒子子的的电电量量相相同。同。4、电荷是一个洛仑兹不变量电荷是一个洛仑兹不变量3、电荷守恒电荷守恒：在宏观和微观上在宏观和微观上,电荷总量守恒。电荷总量守恒。5、有电荷就有质量有电荷就有质量 静质量为零的粒子，例如光子，只能是电中性的。静质量为零的粒子，例如光子，只能是电中性的。，但

3、是，都精确电中性！，但是，都精确电中性！不确定关系：不确定关系：例如：例如：H2He质子动量：质子动量：第4页，此课件共44页哦51/40=8.9880 109 Nm2/C2 9 109 Nm2/C2 0真空介电常数真空介电常数(Permittivity of vacuum)0=8.85 10-12 C2/Nm23.2 电场和电场强度电场和电场强度 惯性系，真空中的两静止惯性系，真空中的两静止（或低速或低速）点电点电荷荷间的作用力为间的作用力为q2q1一、库仑定律一、库仑定律第5页，此课件共44页哦6平方反比规律平方反比规律(与万有引力定律类似与万有引力定律类似)如果指数严格等于如果指数严格等

4、于2，则，则光子静质量为零。光子静质量为零。光子静质量上限为光子静质量上限为10-48 kg.实验结果实验结果第6页，此课件共44页哦7【例例】比比较较氢氢原原子子中中的的质质子子和和电电子子间间的的库库仑仑力力和和万万有有引力。引力。第7页，此课件共44页哦8库仑力库仑力引力：引力：强力强力电磁力电磁力弱力弱力引力引力 原原子子核核中中的的核核子子（质质子子、中中子子）靠靠强强力力吸吸引引，库仑排斥很弱。库仑排斥很弱。宏观物体靠分子、原子间的库仑力维系。宏观物体靠分子、原子间的库仑力维系。第8页，此课件共44页哦9二、二、电力的叠加原理电力的叠加原理 实实验验表表明明：两两个个点点电电荷荷之

5、之间间的的作作用用力力并并不不因因第第三个点电荷的存在而改变。三个点电荷的存在而改变。在电磁场的量子效应中，经典叠加原理不成立。在电磁场的量子效应中，经典叠加原理不成立。两两个个以以上上的的点点电电荷荷对对一一个个点点电电荷荷的的作作用用力力，等等于于各各个个点点电电荷荷单单独独存存在在时时对对该该点点电电荷荷作作用用力力的矢量和的矢量和第9页，此课件共44页哦10电场和电场强度电场和电场强度检验电荷检验电荷（静止静止）q0定义定义电场强度：电场强度：即即，静静止止的的单单位位正正电电荷荷所所受的电力。受的电力。静止或运动静止或运动任意电荷分布任意电荷分布F测受力测受力惯性系，点惯性系，点 p

6、(x,y,z)第10页，此课件共44页哦11场的观点场的观点 Maxwell电磁理论电磁理论静止电荷间的作用也可认为是静止电荷间的作用也可认为是“超距作用超距作用”m场的观点：场的观点：电荷之间的相互作用是通过电场传递电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在电场。的，或者说电荷周围存在电场。变化的电变化的电磁磁场以光速传播：场以光速传播：场场具有动量、质量具有动量、质量移动带电体，电场力作功：移动带电体，电场力作功：场具有能量场具有能量电场中的带电体，受电场的作用力。电场中的带电体，受电场的作用力。m电场物质性的表现电场物质性的表现m真空真空(vacuum)什么都没有吗？什么都没

7、有吗？电磁场的零点振动电磁场的零点振动真空涨落真空涨落自发辐射自发辐射第11页，此课件共44页哦12静静静静动动动动源源电电荷荷qq电荷间的作用力与电场的关系电荷间的作用力与电场的关系第12页，此课件共44页哦13 静静电电场场 在在相相对对场场源源电电荷荷静静止止的的参参考考系系中中观观 测测到的电场。到的电场。静止点电荷的电场静止点电荷的电场 静止点电荷的电场及其叠加静止点电荷的电场及其叠加电力的叠加原理电力的叠加原理电场叠加原理：电场叠加原理：在在 n 个点电荷产生的电场中，某点的电场强个点电荷产生的电场中，某点的电场强度等于每个电荷单独在该点产生的电场强度的度等于每个电荷单独在该点产生

8、的电场强度的矢量和矢量和第13页，此课件共44页哦14连续分布电荷的电场：连续分布电荷的电场：库仑定律库仑定律+电场叠加原理电场叠加原理 完备描述静电场完备描述静电场第14页，此课件共44页哦15【例例】求电偶极子中垂线远点的场强求电偶极子中垂线远点的场强电偶极子电偶极子(Electric dipole)：靠得很近的等量异号点电荷对靠得很近的等量异号点电荷对-qql电偶极矩电偶极矩（Dipole moment）：）：第15页，此课件共44页哦16电偶极子中垂线上远点的场强：电偶极子中垂线上远点的场强：E r-3，比点电荷的电场的衰减得快。比点电荷的电场的衰减得快。第16页，此课件共44页哦17

9、【例例】电场中的电偶极子电场中的电偶极子在均匀电场中，受合力为零。在均匀电场中，受合力为零。+-在均匀电场中受的力矩：在均匀电场中受的力矩：力矩使力矩使 p 尽量和尽量和 E 方向一致。方向一致。电场不均匀，合力不为零。电场不均匀，合力不为零。在电场中，受力矩作用。在电场中，受力矩作用。第17页，此课件共44页哦18+-计算关于任意一点计算关于任意一点O的力矩：的力矩：第18页，此课件共44页哦19解解.把把 q 分成无限多分成无限多 dq，dq 的场强为的场强为对称性对称性所有所有dE 相互抵消相互抵消【例例】求均匀带电细圆环轴线上任一点的场强求均匀带电细圆环轴线上任一点的场强Rdqo or

10、xdEI II IdEp dE第19页，此课件共44页哦20当当xR时，圆环时，圆环点电荷。点电荷。Rdqo orxdEI II IdEp dE第20页，此课件共44页哦21dE pxxRrdrdqs s【例例】求求半半径径为为 R,面面电电荷荷密密度度为为 的的带带电电圆圆盘盘 在在轴轴线上产生的场强。线上产生的场强。解解.对对半径为半径为r，宽度为，宽度为dr的圆环的电场的圆环的电场积分得积分得第21页，此课件共44页哦22(1)当当 x R，圆盘，圆盘点电荷点电荷第22页，此课件共44页哦233.3 电通量电通量 高斯定理高斯定理 通通过过面面元元的的电电通通量量的的符符号号，与与面面元

11、元矢矢量量方方向向的定义有关。的定义有关。一、电通量一、电通量(Flux)1、通过面元、通过面元 S 的电通量的电通量面元法向单位矢量面元法向单位矢量，则有，则有nE S Scos 定义定义面元矢量面元矢量第23页，此课件共44页哦242、通过曲面、通过曲面 S 的电通量的电通量3、通过闭合曲面、通过闭合曲面S的电通量的电通量面元面元 可定义两个指向可定义两个指向规定规定 的方向指向外为正的方向指向外为正 的正负依赖于面元指向的定义的正负依赖于面元指向的定义第24页，此课件共44页哦25：电通量：电通量向外向外“流流”：电通量：电通量向内向内“流流”二、高斯定理二、高斯定理其中其中S为任意闭合

12、曲面为任意闭合曲面高斯面。高斯面。在在真真空空中中的的静静电电场场内内，通通过过任任意意闭闭合合曲曲面面的的电电通通量量，等于该曲面所包围的电量的代数和的等于该曲面所包围的电量的代数和的 1/0 倍倍电通量与电量的关系电通量与电量的关系第25页，此课件共44页哦26（1）E是是曲曲面面上上的的某某点点处处的的场场强强，是是由由全全部部电电荷荷（面（面S内、外）共同产生的。内、外）共同产生的。注意：注意：（2）只只有有闭闭合合曲曲面面内内部部的的电电荷荷，才才对对总总通通量量有有贡献。贡献。第26页，此课件共44页哦27定理的证明：定理的证明：（1）通过包围点电荷通过包围点电荷 q 的的同心球面

13、同心球面的电通量为的电通量为 q/0第27页，此课件共44页哦28在球坐标系中在球坐标系中立体角的概念：立体角的概念：x f f y z第28页，此课件共44页哦29闭合曲面对内部一点所张立体角为闭合曲面对内部一点所张立体角为4。证明：证明：OdSd SrdS 第29页，此课件共44页哦30（2）通过包围点电荷通过包围点电荷 q 的的任意任意闭合曲面的电通量为闭合曲面的电通量为 q/0qdSrdS d rS通过闭合面通过闭合面S 的电通量：的电通量：第30页，此课件共44页哦31（3）任任意意闭闭合合曲曲面面外外的的点点电电荷荷通通过过该该曲曲面面的的电电通通量量为为零。零。（4）多个点电荷的

14、电通量等于它们单独存在时电通多个点电荷的电通量等于它们单独存在时电通量的和量的和（场叠加原理场叠加原理）qSdSdS第31页，此课件共44页哦32对称性分析对称性分析选高斯面选高斯面一、一、均匀带电球面的电场分布均匀带电球面的电场分布1、对称性分析、对称性分析电荷分布球对称电荷分布球对称电场分布球对称（场电场分布球对称（场强沿径向，只与半径有关）强沿径向，只与半径有关）2、选高斯面为同心球面、选高斯面为同心球面 利用高斯定理求静电场的分布利用高斯定理求静电场的分布电荷对称分布情况电荷对称分布情况Q第32页，此课件共44页哦333、球面外电场分布、球面外电场分布4、球面内电场分布、球面内电场分布

15、【思考思考】为什么在为什么在r=R 处处E 不连续？不连续？RrQ rE0R第33页，此课件共44页哦34二、二、均匀带电球体的电场分布均匀带电球体的电场分布RrE0球体内：球体内：球体外：球体外：第34页，此课件共44页哦35三、三、无限长圆柱面无限长圆柱面(线电荷密度线电荷密度)的电场分布的电场分布解解.（1）场强）场强轴对称轴对称沿径向沿径向（2）选半径）选半径r高高h的同的同轴圆柱面为高斯面轴圆柱面为高斯面（3）柱面外）柱面外（4）圆柱面内）圆柱面内rEl lhSS第35页，此课件共44页哦36四、四、带电无限大平板带电无限大平板(面电荷密度面电荷密度)的电场分布的电场分布电场垂直于板

16、，在与板平行的面上电场处电场垂直于板，在与板平行的面上电场处处相等，与板等远处电场的大小相等。处相等，与板等远处电场的大小相等。解解.s+SSS EE与板垂直的均匀场与板垂直的均匀场第36页，此课件共44页哦37+【思考思考】带等量异号电荷的两个无限大平板带等量异号电荷的两个无限大平板之间的电场为之间的电场为 ，板外电场为，板外电场为 。第37页，此课件共44页哦38五、电力线五、电力线电力线条数密度表示场强大小电力线条数密度表示场强大小电力线上某点的切向和该点场强方向一致电力线上某点的切向和该点场强方向一致用电力线描述电场：用电力线描述电场：在在真真空空中中的的静静电电场场内内，通通过过任任

17、意意闭闭合合曲曲面面的的电电力力线线的的条条数数等等于于该该曲曲面面所所包包围围的的电电量量的的代代数数和的和的1/0倍。倍。用电力线叙述高斯定理：用电力线叙述高斯定理：第38页，此课件共44页哦39电力线的性质：电力线的性质：1、静静电电场场的的电电力力线线始始于于正正电电荷荷（或或无无穷穷远远），终终于于负电荷（或无穷远）。负电荷（或无穷远）。2、电力线不相交、电力线不相交（场强的单值性）（场强的单值性）3、静电场的电力线不闭合、静电场的电力线不闭合电力线连续：电力线连续：不会在没有电荷的地方中断不会在没有电荷的地方中断【思考思考】用高斯定理证明以上性质。用高斯定理证明以上性质。【思考思考】电力线是物理实在吗？电力线是物理实在吗？库仑力是有心力，是保守力。库仑力是有心力，是保守力。第39页，此课件共44页哦40第40页，此课件共44页哦41电偶极子电偶极子第41页，此课件共44页哦42一对等量正点电荷一对等量正点电荷第42页，此课件共44页哦43一对异号不等量点电荷一对异号不等量点电荷第43页，此课件共44页哦27.09.2022感感谢谢大大家家观观看看第44页，此课件共44页哦