真空中的静电场 (5)课件.ppt

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1、关于真空中的静电场(5)现在学习的是第1页，共45页l静电场：静电场：相对于观察者静止相对于观察者静止的电荷所产生的电场的电荷所产生的电场现在学习的是第2页，共45页9-1电荷电荷.库仑定律库仑定律1.自然界只存在两种自然界只存在两种电荷，电荷，同种电荷相排同种电荷相排斥，异种电荷相吸引斥，异种电荷相吸引2.美国物理学家富兰克林（美国物理学家富兰克林（Franklin)首先首先称其为称其为正电荷正电荷和和负电荷负电荷一一.两种电荷两种电荷(electric charge)现在学习的是第3页，共45页 3.带电的物体叫带电体带电的物体叫带电体4.4.质质子子和和电电子子是是自自然然界界存存在在的

2、的最最小小正正、负负电电荷荷，其其数值相等，常用数值相等，常用+e和和-e表示表示1986年年 e 的推荐值为的推荐值为C(库仑库仑)为电量的单位为电量的单位现在学习的是第4页，共45页 二二.电荷量子化电荷量子化1.1.实验表明实验表明:任何带电体或其它微观粒子任何带电体或其它微观粒子所带的电量都是所带的电量都是 e 的整数倍的整数倍2.2.电荷量子化：电荷量子化：电荷量不连续的性质电荷量不连续的性质Q=Ne-物体所带电荷量量值不连续物体所带电荷量量值不连续现在学习的是第5页，共45页 摩擦起电摩擦起电摩擦起电的本质：摩擦起电的本质：电子从一电子从一个物体转移到另一个物体个物体转移到另一个物

3、体三三.电电荷荷守守恒恒定定律律(law(law of of electric electric charge charge conservation)conservation)常见的两种起电方式：常见的两种起电方式：现在学习的是第6页，共45页 感应起电：感应起电：感应电量等感应电量等值异号值异号现在学习的是第7页，共45页 电荷守恒定律：电荷守恒定律：电荷只能从一物体转移到电荷只能从一物体转移到另一物体另一物体，或从物体的一部分转移到另一或从物体的一部分转移到另一部分部分，但电荷既不能被创造但电荷既不能被创造，也不能被也不能被消灭消灭.四四.库仑定律库仑定律(Coulomb law)(Co

4、ulomb law)1.1.点电荷：点电荷：可以忽略形状和大小以及电荷可以忽略形状和大小以及电荷分布情况的带电体分布情况的带电体 现在学习的是第8页，共45页2.库仑定律：库仑定律：1785年库仑年库仑(Coulomb 法法)通通过扭秤实验得到两个过扭秤实验得到两个静止点电荷静止点电荷之间相之间相互作用的基本规律：互作用的基本规律：或或其中其中-单位矢量单位矢量现在学习的是第9页，共45页3.实验测得实验测得 4.k常用常数常用常数 0 表示：表示：其中其中 0=8.8510-12 C2/Nm2-真空介电常量真空介电常量现在学习的是第10页，共45页说明说明:对对于于不不能能抽抽象象为为点点电

5、电荷荷的的带带电电体体，不不能能直接应用库仑定律计算相互作用力直接应用库仑定律计算相互作用力 库库仑仑定定律律表表达达式式中中引引入入“4”因因子子，称称为为单单位位制制的的有有理理化化，这这可可使使以以后后的的推推导导结结果简单些果简单些现在学习的是第11页，共45页 例例1氢氢原原子子中中电电子子与与质质子子之之间间的的距距离离为为 5.3 10-11m，试试计计算算电电子子和和质质子子之之间间的的静静电电力力和和万万有有引引力力各各为为多多大大？已已知知万万有有引引力力常常数数G=6.7 10-11 N m2/kg 2 由库仑定律，电子与质子之间的静电力由库仑定律，电子与质子之间的静电力

6、大小为大小为解解:现在学习的是第12页，共45页 由万有引力定律有由万有引力定律有-可不考虑可不考虑 Fg现在学习的是第13页，共45页 五五.静电力叠加原理静电力叠加原理 设空间中有设空间中有n个点电荷个点电荷q1、q2、q3 qn-静电力叠加原理静电力叠加原理实验表明，实验表明，qi受到的总静电力等于其它各受到的总静电力等于其它各点电荷点电荷单独存在时单独存在时作用于作用于qi上静电力的矢上静电力的矢量和，即量和，即现在学习的是第14页，共45页一一.电场电场(electric field)历史上的两种观点历史上的两种观点:超距的观点超距的观点:电荷电荷 电荷电荷 电场的观点电场的观点:电

7、荷电荷 场场 电荷电荷近代物理的观点认为：凡是有电荷存在的近代物理的观点认为：凡是有电荷存在的地方，其周围空间便存在电场地方，其周围空间便存在电场9-2 电场电场 电场强度电场强度现在学习的是第15页，共45页静电场静电场(electrostatic field)(electrostatic field)的主要表现的主要表现:1 1 力力：放放入入电电场场中中的的任任何何带带电电体体都都要要受受到到电电场所作用的力场所作用的力-电场力电场力2 2 功功：带带电电体体在在电电场场中中移移动动时时，电电场场力力对对它作功它作功3 3 感感应应和和极极化化：电电场场中中的的导导体体或或介介质质将将分

8、分别产生静电感应现象或极化现象别产生静电感应现象或极化现象现在学习的是第16页，共45页二二.电场强度电场强度(electric field entensity)(electric field entensity)1 试探电荷：试探电荷：满足满足A.线线度度充充分分小小：试试探探电电荷荷可可视视为为点点电电荷荷,以便能够确定场中每一点的性质以便能够确定场中每一点的性质B.带带电电量量充充分分小小：可可忽忽略略其其对对原原有有电电场场分分布布的影响的影响现在学习的是第17页，共45页 2.实验：实验：将同一试探电荷将同一试探电荷 q0 放入电放入电场的不同地点：场的不同地点：q0 所受电场力大小

9、和方向逐点不同所受电场力大小和方向逐点不同 电场中某点电场中某点P处放置不同处放置不同电量的试探电荷电量的试探电荷:所受电场力方向不变，大小成比例地变化所受电场力方向不变，大小成比例地变化-电场力电场力不能反映某点的电场性质不能反映某点的电场性质现在学习的是第18页，共45页3.定义：定义：电场强度电场强度 单位：单位：牛顿牛顿/库仑库仑(N/C)或伏特或伏特/米米(V/m)三三.场强叠加原理场强叠加原理 设空间有点电荷设空间有点电荷q1、q2、q3 qnP点处的试探电荷点处的试探电荷 q0 所受电场力为所受电场力为现在学习的是第19页，共45页 P点的场强为点的场强为 场强叠加原理：场强叠加

10、原理：电场中任一点处的场强等电场中任一点处的场强等于各个点电荷于各个点电荷单独存在时单独存在时在该点各自产在该点各自产生的场强的矢量和生的场强的矢量和现在学习的是第20页，共45页四四.场强的计算场强的计算1.点电荷的场强点电荷的场强 P点的试探电荷点的试探电荷q0所受的电场力为所受的电场力为由场强的定义可得由场强的定义可得P点的场强为点的场强为-点电荷的场强点电荷的场强现在学习的是第21页，共45页 讨论：讨论：的大小与的大小与 q 成正比，而与成正比，而与 r2成反成反比比 的方向取决于的方向取决于 q 的符号的符号 q0 的方向沿的方向沿 的方向的方向(背向背向q)ql 时有时有方向沿方

11、向沿x方向方向现在学习的是第27页，共45页或或与电矩的方向一致与电矩的方向一致(2)设设电电偶偶极极子子中中垂垂线线上上任任一一点点B到到 O点的距离为点的距离为 r则则现在学习的是第28页，共45页 在在 y 方向上，方向上，和和 的分量相互抵消的分量相互抵消现在学习的是第29页，共45页当当 rl 时时方向沿方向沿x负方向负方向即即与电矩的方向相反与电矩的方向相反现在学习的是第30页，共45页 在带电体上任取一个电荷元在带电体上任取一个电荷元 dq，dq在某在某点点P处的场强为处的场强为3.连续分布电荷的场强连续分布电荷的场强整个带电体在整个带电体在P点产生的总场强为点产生的总场强为现在

12、学习的是第31页，共45页 根据电荷分布的情况，根据电荷分布的情况，dq 可表示为可表示为 在直角坐标系中在直角坐标系中现在学习的是第32页，共45页 例例3设有一长为设有一长为L的均匀带电的均匀带电q的直线，的直线，求直线中垂线上一点的场强求直线中垂线上一点的场强解解：建建立立如如图图坐坐标标系系，O为为直直线线中中点点，P为为直直线线中中垂线上任一点垂线上任一点任取一长为任取一长为dy的的电荷元电荷元dq现在学习的是第33页，共45页即即现在学习的是第34页，共45页现在学习的是第35页，共45页 当当xL时，即在远离带电直线的区域时，即在远离带电直线的区域即即带带电电直直线线可可看作点电

13、荷看作点电荷q现在学习的是第36页，共45页 例例4一半径为一半径为R、均匀带电为、均匀带电为q的细圆环，的细圆环，求求(1)轴线上某一点轴线上某一点P的场强；的场强；(2)轴线上哪轴线上哪一点处的场强极大？并求其大小一点处的场强极大？并求其大小解解：以以圆圆环环圆圆心心O为为原原点点建建立立如图坐标系如图坐标系在圆环上任取一线元在圆环上任取一线元dl则则现在学习的是第37页，共45页由对称性有由对称性有现在学习的是第38页，共45页为定值为定值且且-可看作集中在环心的点电荷可看作集中在环心的点电荷讨论：讨论：当当xR时，有时，有现在学习的是第39页，共45页 x=0时时 E的极值位置的极值位

14、置令令可得可得现在学习的是第40页，共45页例例5一半径为一半径为R的均匀带电薄圆盘，电荷的均匀带电薄圆盘，电荷面密度为面密度为,求圆盘轴线任一点的场强求圆盘轴线任一点的场强解：可将带电圆盘解：可将带电圆盘看成是由许多同心看成是由许多同心带电细圆环组成的带电细圆环组成的在圆盘上取一半径为在圆盘上取一半径为r，宽度，宽度为为dr 细圆环细圆环则则现在学习的是第41页，共45页因各细圆环在因各细圆环在P点的场强方向相同点的场强方向相同现在学习的是第42页，共45页讨论：讨论：xR时时-相当于点电荷相当于点电荷q的电场的电场真空中的静电场下现在学习的是第44页，共45页2022/10/7感谢大家观看现在学习的是第45页，共45页