第1章静电场 (2)精选文档.ppt
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1、第1章静电场本讲稿第一页,共六十七页一、一、电荷电荷 1.带电带电q公公元元前前约约585年年希希腊腊学学者者泰泰勒勒斯斯观观察察到到用用布布摩摩擦擦过过的的琥珀琥珀能吸引轻微物体。能吸引轻微物体。q“电电”(electricity)希腊文希腊文琥珀琥珀。q把带电体所带的电称为把带电体所带的电称为电荷电荷。本讲稿第二页,共六十七页一、一、电荷电荷q英英国国的的威威廉廉吉吉尔尔伯伯特特在在1600年年出出版版的的论论磁磁、磁磁体体和和地地球球作作为为一一个个巨巨大大的的磁磁体体一一书书中中描描述述了了对对电电现现象象所所做做的的研研究究,把把琥琥珀珀、金金刚刚石石、蓝蓝宝宝石石、硫硫磺磺、树树脂
2、脂等等物物质质摩摩擦擦后后会会吸吸引引轻轻小小物物体体的的作作用用称称为为“电电性性”。本讲稿第三页,共六十七页一、一、电荷电荷2.电荷的种类电荷的种类 q电荷有两种:电荷有两种:正正电、电、负负电。电。1750年年,美美国国物物理理学学家家 富富兰兰克克林林(B.FrankLin)首首先命名。先命名。q同性电荷相斥,异性电荷相吸。同性电荷相斥,异性电荷相吸。q带电体所带电荷的多少叫带电体所带电荷的多少叫电量电量。单位:单位:库仑库仑(C)。)。本讲稿第四页,共六十七页一、一、电荷电荷3.物质的电结构理论物质的电结构理论 q物物质质由由原原子子组组成成,原原子子由由原原子子核核和和核核外外电电
3、子子组组成成,原原子子核核又又由由中中子子和和质质子子组组成成。中中子子不不带带电电,质质子子带带正正电电,电电子子带带负负电电。质质子子数数和和电电子子数数相相等等,原原子子呈呈电电中中性性。本讲稿第五页,共六十七页一、一、电荷电荷q物物体体带带电电的的本本质质是是两两种种物物体体间间发发生生了了电电子子的的转转移移。即即一一物物体体失失去去电电子子带带正正电电,另另一一物物体体得得到到电电子子带带负电。负电。q一个带电体所带总电量为其所带正负电的代数和。一个带电体所带总电量为其所带正负电的代数和。q电电荷荷是是实实物物粒粒子子的的一一种种属属性性,它它描描述述了了实实物物粒粒子子的的电性质
4、。电性质。本讲稿第六页,共六十七页一、一、电荷电荷4.电荷的量子性电荷的量子性 q实实验验证证明明,在在自自然然界界中中,电电荷荷总总是是以以一一个个基基本本单单元元的整数倍出现,的整数倍出现,即即q电电荷荷的的这这种种只只能能取取分分立立的的、不不连连续续量量值值的的特特性性叫做电荷的叫做电荷的量子性量子性。本讲稿第七页,共六十七页一、一、电荷电荷q18901890年年斯斯通通尼尼引引入入了了“电电子子”(electron)(electron)这这一一名名称来表示带有负的基元电荷的粒子。称来表示带有负的基元电荷的粒子。q电荷的基本单元电荷的基本单元q19131913年年密密立立根根设设计计了
5、了有有名名的的油油滴滴试试验验,直直接接测测定定了此基元电荷的量值。了此基元电荷的量值。本讲稿第八页,共六十七页一、一、电荷电荷q许许多多基基本本粒粒子子都都带带有有正正的的或或负负的的基基元元电电荷荷。微微观观粒粒子子所所带带的的基基元元电电荷荷数数常常叫叫做做它它们们各各自自的的电电荷荷数数,都是正整数或负整数。都是正整数或负整数。q近近代代物物理理从从理理论论上上预预言言基基本本粒粒子子由由若若干干种种夸夸克克或或反夸克组成,每一个夸克或反夸克带有的电量为:反夸克组成,每一个夸克或反夸克带有的电量为:q至至今今尚尚未未从从实实验验中中直直接接发发现现单单独独存存在在的的夸夸克克或或反反夸
6、克,仅在一些间接的实验中得到验证。夸克,仅在一些间接的实验中得到验证。本讲稿第九页,共六十七页一、一、电荷电荷5.电荷的连续分布电荷的连续分布 q电磁现象的宏观规律电磁现象的宏观规律大量电荷大量电荷电荷在带电体上连续分布电荷在带电体上连续分布本讲稿第十页,共六十七页一、一、电荷电荷6.电荷守恒定律电荷守恒定律 q由由摩摩擦擦生生电电的的实实验验可可见见,当当一一种种电电荷荷出出现现时时,必必然然有有相相等等量量值值的的异异号号电电荷荷同同时时出出现现;一一种种电电荷荷消消失失时,必然有相等量值的异号电荷同时消失。时,必然有相等量值的异号电荷同时消失。因因此此,在在孤孤立立系系统统中中,不不管管
7、其其中中的的电电荷荷如如何何迁迁移移,系系统统的的电电荷荷的的代代数数和和保保持持不不变变,这这就就是是电电荷荷守守恒恒定定律律。本讲稿第十一页,共六十七页一、一、电荷电荷q现现代代物物理理研研究究已已表表明明,在在粒粒子子的的相相互互作作用用过过程程中中,电电荷荷是是可可以以产产生生和和消消失失的的。然然而而电电荷荷守守恒恒并并未未因因此此而遭到破坏。而遭到破坏。q电子对的电子对的“产生产生”q电子对的电子对的“湮灭湮灭”正电子正电子本讲稿第十二页,共六十七页一、一、电荷电荷7.电荷的相对论不变性电荷的相对论不变性 q实验表明,电荷的电量与它的运动状态无关。实验表明,电荷的电量与它的运动状态
8、无关。q在不同的参考系中,同一带电粒子的电量不变。在不同的参考系中,同一带电粒子的电量不变。本讲稿第十三页,共六十七页二、库仑定律二、库仑定律 1.点电荷点电荷 q当当一一个个带带电电体体本本身身的的线线度度比比所所研研究究的的问问题题中中所所涉涉及及的的距距离离小小得得多多时时,该该带带电电体体的的形形状状与与电电荷荷在在其其上上的的分分布布状状况况均均无无关关紧紧要要,该该带带电电体体就就可可看看作作为一个带电的点,叫做为一个带电的点,叫做点电荷点电荷。电子电子质子质子 本讲稿第十四页,共六十七页二、库仑定律二、库仑定律 2.库仑定律库仑定律 q实实验验表表明明:在在真真空空中中,两两个个
9、静静止止的的点点电电荷荷之之间间的的相相互互作作用用力力,其其大大小小与与它它们们电电荷荷的的乘乘积积成成正正比比,与与它它们们之之间间距距离离的的二二次次方方成成反反比比;作作用用力力的的方方向向沿沿着着两两点点电电荷荷的的连连线线,同同号号电电荷荷相相斥斥,异异号号电电荷荷相吸。相吸。本讲稿第十五页,共六十七页二、库仑定律二、库仑定律 r 称为称为真空电容率真空电容率。单位制的有理化单位制的有理化q1q2r21本讲稿第十六页,共六十七页二、库仑定律二、库仑定律 q当当 q1 和和 q2 同号时,作用力表现为排斥力;同号时,作用力表现为排斥力;当当 q1 和和 q2 异号时,表现为吸引力。异
10、号时,表现为吸引力。q静止电荷间的电作用力,又称为静止电荷间的电作用力,又称为库仑力库仑力。q两静止点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律。两静止点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律。本讲稿第十七页,共六十七页二、库仑定律二、库仑定律 q实验证实,库仑定律在实验证实,库仑定律在 r r 从从广大范围内正确有效。广大范围内正确有效。本讲稿第十八页,共六十七页二、库仑定律二、库仑定律 3.电力的叠加原理电力的叠加原理 q两两个个点点电电荷荷之之间间的的作作用用力力并并不不因因为为第第三三个个点点电电荷的存在而有所改变。这就是荷的存在而有所改变。这就是电力的叠加原理电力的叠加原理。电荷之间的库伦作用力服从
11、力的矢量合成法则。电荷之间的库伦作用力服从力的矢量合成法则。本讲稿第十九页,共六十七页三、电场三、电场 1.场的基本概念场的基本概念 q所谓所谓“场场”是指某种物理量在空间的一种分布。是指某种物理量在空间的一种分布。q物物理理上上的的“场场”是是指指物物质质存存在在的的一一种种特特殊殊形形态态。实实物和场是物质的两种存在形态。物和场是物质的两种存在形态。q实实物物是是由由原原子子分分子子组组成成的的,一一种种实实物物占占据据的的空空间间,不能同时被其他实物所占据。不能同时被其他实物所占据。q场场是是一一种种弥弥漫漫在在空空间间的的特特殊殊物物质质,它它遵遵从从叠叠加加性性,即即一一种种场场占占
12、据据的的空空间间,能能为为其其他他场场同同时时占占有有,互互不不发发生影响。生影响。本讲稿第二十页,共六十七页三、电场三、电场 2.静电场静电场电场q2q1q超距作用和近距作用(场的观点)超距作用和近距作用(场的观点)q电荷在其周围空间产生电荷在其周围空间产生电场电场,电场对,电场对 处于其中的其他电荷施以处于其中的其他电荷施以电场力电场力的作的作 用用。本讲稿第二十一页,共六十七页三、电场三、电场 3.电场强度电场强度q0 0,几何线度,几何线度0,q0 0q进入电场的任何带电体都将受到电场的进入电场的任何带电体都将受到电场的作用力。作用力。q试探电荷试探电荷 q0 的条件:的条件:q电场强
13、度的矢量定义电场强度的矢量定义本讲稿第二十二页,共六十七页三、电场三、电场 q在在已已知知电电场场强强度度分分布布的的电电场场中中,电电荷荷 q q 在在场场中中某点处所受的力为某点处所受的力为r电场强度的单位:电场强度的单位:牛顿牛顿/库仑库仑(NC-1)q电场强度是由电场本身的性质决定的,电场强度是由电场本身的性质决定的,与试探电荷无关。与试探电荷无关。本讲稿第二十三页,共六十七页四、点电荷电场强度四、点电荷电场强度 1.单个点电荷的电场单个点电荷的电场qq0+qq0-本讲稿第二十四页,共六十七页四、点电荷电场强度四、点电荷电场强度 2.场强叠加原理场强叠加原理 本讲稿第二十五页,共六十七
14、页四、点电荷电场强度四、点电荷电场强度 3.任意带电体的电场任意带电体的电场q任何带电体都可以看成是许多任何带电体都可以看成是许多电荷元的集合,在电场中任一场电荷元的集合,在电场中任一场点点 P 处,每一电荷元在处,每一电荷元在 P 点点产生的场强为产生的场强为q整个带电体在整个带电体在 P 点的场强为点的场强为:本讲稿第二十六页,共六十七页四、点电荷电场强度四、点电荷电场强度 4.例题例题q例例1 1:(均均匀匀带带电电圆圆环环轴轴线线上上一一点点的的场场强强)试试计计算算均均匀匀带带电电圆圆环环轴轴线线上上任任一一给给定定点点 P P 处处的的场场强强,设设圆圆环环半半径径为为 R R,圆
15、圆环环所所带带电电量量为为q q,P P 点点与与环环心心的的距距离离为为x x。q解解:建建立立如如图图坐坐标标系系,取取电电荷元荷元 dq 为为本讲稿第二十七页,共六十七页四、点电荷电场强度四、点电荷电场强度dq 在在 P 点产生点产生的场强大小为:的场强大小为:各各 dq 在在 P 点产生的场强大小相等,方向各异。点产生的场强大小相等,方向各异。本讲稿第二十八页,共六十七页四、点电荷电场强度四、点电荷电场强度由对称性可知:由对称性可知:本讲稿第二十九页,共六十七页四、点电荷电场强度四、点电荷电场强度本讲稿第三十页,共六十七页四、点电荷电场强度四、点电荷电场强度讨论:讨论:当当 x x R
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