8-1电荷的量子化电荷守恒定律8-2 库仑定律8-3 电场强度.ppt

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1、8-1 8-1 电荷的量子化电荷的量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律8-2 8-2 库仑定律库仑定律8-3 8-3 电场强度电场强度8-4 8-4 电场强度通量电场强度通量 高斯定理高斯定理8-6 8-6 静电场的环路定理静电场的环路定理 电势能电势能8-8-7 7 电势电势8-8-8 8 电场强度与电势梯度电场强度与电势梯度8-8-9 9 静电场中的电偶极子静电场中的电偶极子 第八章第八章 静电场静电场 教材：中册教材：中册P1P1P55P558-2 8-2 库仑定律库仑定律一一 点电荷点电荷二二 库仑定律库仑定律一一 静电场静电场二二 电场强度电场强度三三 点电荷的电场强度点电荷的电场强度四

2、四 电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理五五 电偶极子的电场强度电偶极子的电场强度8-3 8-3 电场强度电场强度8-1 8-1 电荷的量子化电荷的量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律二二 电荷的基本性质电荷的基本性质一一 电荷电荷第一讲8-1 8-1 电荷的量子化电荷的量子化 电荷守恒定律电荷守恒定律二二 电荷的基本性质电荷的基本性质1 1 电荷是代表物质间发生电力相互作用的一种属性电荷是代表物质间发生电力相互作用的一种属性一一 电荷电荷2 2 带电体：都有电荷的物体带电体：都有电荷的物体3 3 电量电量(Q)Q)：带电体所带电荷的多少。带电体所带电荷的多少。在国际单位制中单位：库仑在国际单位制

3、中单位：库仑(C)C)1 1 自然界中只存在正、负两种电荷。自然界中只存在正、负两种电荷。实验表明：异种电荷相互吸引，同种电荷相互排斥实验表明：异种电荷相互吸引，同种电荷相互排斥。2 2 电荷的量子性电荷的量子性 电荷量子电荷量子 电荷的量子性电荷的量子性 电荷这种只能取离散、不连续的量值的性质电荷这种只能取离散、不连续的量值的性质 称为电荷的量子性。称为电荷的量子性。实验表明：任何带电体的电量都为某一电荷单实验表明：任何带电体的电量都为某一电荷单 元元e e的整数倍。即：的整数倍。即：q q=nene (n n=1,2,3=1,2,3,)这个这个 基本电荷单元基本电荷单元e e称为电荷量子。

4、称为电荷量子。1986 1986年国际推荐的电子电荷值为：年国际推荐的电子电荷值为：3 3 电荷守恒定律电荷守恒定律 在孤立系统中，不管系统中的电荷任何迁移，在孤立系统中，不管系统中的电荷任何迁移，系统的电荷的代数和保持不变。系统的电荷的代数和保持不变。一般说来，带电体之间的相互作用力与许多因一般说来，带电体之间的相互作用力与许多因素有关，它不仅取决于电荷的正负、电量的多少，素有关，它不仅取决于电荷的正负、电量的多少，而且还与带电体的大小和形状有关，情况比较复杂。而且还与带电体的大小和形状有关，情况比较复杂。8-2 8-2 库仑定律库仑定律 几何线度比起它到其他带电体的距离小得多的几何线度比起

5、它到其他带电体的距离小得多的带电体，称为点电荷。带电体，称为点电荷。一一 点电荷点电荷二二 库仑定律库仑定律 在真空中，在真空中，两个静止点电荷之间的相互作用力两个静止点电荷之间的相互作用力大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着它们的联线，离的平方成反比；作用力的方向沿着它们的联线，同号电相斥，异号电荷相吸。同号电相斥，异号电荷相吸。式中：由施力电荷指向受力电荷k为常数,值取决于式中各量单位,可由实验确定。在国际单位制中（为真空电容率）静止电荷间的电作用力称为库仑力静止电荷间的电作用力称为库仑力 (又称静电场力又

6、称静电场力)库仑力遵守牛顿第三定律。即库仑力遵守牛顿第三定律。即例例 在氢原子内在氢原子内,电子和质子的间距为电子和质子的间距为 。求它们之间电相互作用和万有引力求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们并比较它们 的大小的大小。解解(微观领域中微观领域中,万有引力比库仑力小得多万有引力比库仑力小得多,可忽略不计可忽略不计.).)一一 静电场静电场8-3 8-3 电场强度电场强度 历史上关于电荷间相互作用的观点历史上关于电荷间相互作用的观点1 1 电场电场 超距作用超距作用电电 荷荷电电 荷荷电电 荷荷电场电场电电 荷荷 近距作用近距作用力的传递不需要之间物质，也不需要时间。力的传递不需要之间

7、物质，也不需要时间。力的传递通过电场这种物质，需要一定时间。力的传递通过电场这种物质，需要一定时间。实验证明近距观点是正确的。实验证明近距观点是正确的。电场具有物质属性电场具有物质属性电场是电荷周围存在的一种特殊物质。电场是电荷周围存在的一种特殊物质。2 2 电场力：电场对电荷的作用力电场力：电场对电荷的作用力3 3 静电场静电场 相对于观察者静止且电量不随时间变化的相对于观察者静止且电量不随时间变化的带电体周围存在的电场。带电体周围存在的电场。静电场对外表现：力的表现、功的表现、静电场对外表现：力的表现、功的表现、静电感应或极化。静电感应或极化。通常称产生通常称产生(激发激发)电场的电荷为源

8、电荷。电场的电荷为源电荷。其物质属性：具有能量和动量，有力的作用，其物质属性：具有能量和动量，有力的作用，能作功。能作功。4 4 描述电场性质的两个物理量：电场强度和电势描述电场性质的两个物理量：电场强度和电势二 电场强度 试验电荷q0放到任意场点P处，受力试验表明：确定场点比值 与实验电荷q0无关。定义：要求：试验电荷为点电荷、且足够小。使得q0对原电场几乎无影响 电场中某点处的电场强度 等于位于该点处的单位试验电荷所受的力，其方向为正电荷受力方向。单位:场源电荷 电荷电荷 在电场中受力在电场中受力 是场点坐标的矢量函数是场点坐标的矢量函数 各点的电场强度都相等的电场称为匀强电场各点的电场强

9、度都相等的电场称为匀强电场0q三三 点电荷的电场强度点电荷的电场强度 正负点电荷的电场中正负点电荷的电场中P P点的场强如下图：点的场强如下图：真空中点电荷的电场是非匀强电场，但具有真空中点电荷的电场是非匀强电场，但具有 (球球)对称性。对称性。解解例例 把一个点电荷把一个点电荷()()放在电场中某放在电场中某 点处，该电荷受到的电场力为点处，该电荷受到的电场力为，求该电荷所在处的电场强度，求该电荷所在处的电场强度。四四 电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理点电荷点电荷Q Qi i对对q q0 0的作用力的作用力 电场强度的叠加原理电场强度的叠加原理1 1 由由n n个点电荷组成的点电荷系个点

10、电荷组成的点电荷系由力的叠加原理得由力的叠加原理得q q0 0所受合力所受合力 故故q q0 0处总电场强度处总电场强度 2 2 电荷连续分布情况电荷连续分布情况 电荷体密度电荷体密度点点P P处电场强度处电场强度 电荷线密度电荷线密度 电荷面密度电荷面密度点点P P处电场强度处电场强度点点P P处电场强度处电场强度 从一对相距为从一对相距为l l 的等量异号的等量异号点电荷连线的中点向场点点电荷连线的中点向场点P P画一画一位矢且满足：位矢且满足：r rr r0 0的条件，则的条件，则这一对等量异号点电荷叫做电这一对等量异号点电荷叫做电偶极子。偶极子。五五 电偶极子的电场强度电偶极子的电场强

11、度1 1 电偶极子轴线延长线上一点的电场强度电偶极子轴线延长线上一点的电场强度 从负电荷到正电荷的径矢从负电荷到正电荷的径矢 称为电偶极子称为电偶极子的极轴，电量的极轴，电量q q和极轴和极轴 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。2 2 电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度解解 建立坐标如图建立坐标如图例例1 1 正电荷正电荷q q均匀分布在半径为均匀分布在半径为R R的圆环上的圆环上.计算在计算在 环的轴线上任一点环的轴线上任一点P P的电场强度的电场强度。在圆环上取一长度为在圆环上取一长度为d dl l的电荷元的电荷元d dq q

12、，则：则：又由对称性有又由对称性有 上式表明上式表明,均匀带电圆环轴线上任意点的电场均匀带电圆环轴线上任意点的电场强度强度,是该点距环心是该点距环心O O的距离的距离x x的函数的函数,即即E=E(x)E=E(x)。若若xRxR，则则(x x2 2+R+R2 2)3/23/2xx3 3,这时有这时有 若若x x0 0 ，则则E E0 0则则,即环心处的电场强度为零即环心处的电场强度为零。(点电荷电场强度点电荷电场强度)此处为电场强度极大此处为电场强度极大值的位置值的位置。讨论讨论：例例2 2 均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度均匀带电薄圆盘轴线上的电场强度.有一半径为有一半径为R R0 0,电荷均匀分布的薄圆盘电荷均匀分布的薄圆盘,其其电荷面密度为电荷面密度为。求通过盘心且垂直盘面的轴求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点处的电场强度线上任意一点处的电场强度.解解 建立坐标如图建立坐标如图.在圆盘上取一宽在圆盘上取一宽度为度为d dR R的电荷元的电荷元d dq q，则：则：由上例知圆环由上例知圆环d dq q在距环心在距环心x x处的电场强度为：处的电场强度为：若若xRxRxR0 0，带电圆盘可看作是点电荷，这时有带电圆盘可看作是点电荷，这时有讨论讨论