第一次课静电场.ppt

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1、第一次课静电场第一次课静电场现在学习的是第1页，共32页应注意的几个问题应注意的几个问题1 1、上课注意听讲；、上课注意听讲；2 2、课后及时完成作业；、课后及时完成作业；1 1）不要盲目的照抄习题解答；）不要盲目的照抄习题解答；2 2）每两周交一次作业；）每两周交一次作业；3 3）平时作业成绩及考勤占期末总成绩的）平时作业成绩及考勤占期末总成绩的20%20%！3 3、有问题及时答疑。、有问题及时答疑。答疑地点：答疑地点：7J C段段 512答疑时间答疑时间：第二周至第十六周，每周二下午：第二周至第十六周，每周二下午3点半至点半至5点（一点（一个半小时），周三下午个半小时），周三下午2点至点至

2、5点（三个小时），第五周国庆点（三个小时），第五周国庆节除外。节除外。现在学习的是第2页，共32页本学期大学物理内容安排本学期大学物理内容安排大学物理下册（吴百诗大学物理下册（吴百诗 主编）主编）第第10章章 静电场静电场第第11章章 恒定电流的磁场（静磁场）恒定电流的磁场（静磁场）第第12章章 电磁感应与电磁场电磁感应与电磁场现在学习的是第3页，共32页电磁现象普遍存在于日常生产生活中。因此，理解和掌握电磁运动的基本电磁现象普遍存在于日常生产生活中。因此，理解和掌握电磁运动的基本规律在理论与实践中都有极重要的意义。规律在理论与实践中都有极重要的意义。一般来说，一般来说，运动电荷运动电荷同时同

3、时激发电场和磁场激发电场和磁场 当我们所研究的电荷相对某参考系静止时，当我们所研究的电荷相对某参考系静止时，电荷电荷在这个静止在这个静止参考系中就只激发参考系中就只激发电场电场，而无磁场。，而无磁场。静电场静电场 电荷是产生电磁场的源电荷是产生电磁场的源现在学习的是第4页，共32页本章主要内容：本章主要内容：一个定律一个定律：静电场的基本定律静电场的基本定律库仑定律库仑定律两个定理两个定理：静电场的两条基本定理静电场的两条基本定理高斯定理和环路定理高斯定理和环路定理两个基本物理量两个基本物理量：描述静电场的基本物理量：描述静电场的基本物理量电场强度和电势电场强度和电势现在学习的是第5页，共32

4、页电 荷1)电荷有正负两种电荷电荷有正负两种电荷1747年富兰克林（年富兰克林（Benjamin Franklin）发现了电）发现了电-第一个科学地用正第一个科学地用正 电、负电概念表示电荷这一性质电、负电概念表示电荷这一性质.现在学习的是第6页，共32页 2)电荷的量子化电荷的量子化美国著名的物理学家密立根（美国著名的物理学家密立根（R.A.Millikan）用近）用近8年的时间年的时间(19091917年年),终于用油滴法测定了电子电荷终于用油滴法测定了电子电荷e。证明微小粒子带电量的变化是不连续。证明微小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是元电荷的，它只能是元电荷 e 的整数倍的整数倍,

5、即粒子的即粒子的电荷是量子化电荷是量子化的。的。电子所带电荷的绝对值称电子所带电荷的绝对值称元电荷元电荷，或称，或称电荷的量子电荷的量子，用，用e 来来表示。表示。带电体的电荷：带电体的电荷：1986年的推荐值年的推荐值现在学习的是第7页，共32页在一个与外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程在一个与外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。中保持不变。不管在宏观领域还是在微观领域，电荷守恒定律都成立。不管在宏观领域还是在微观领域，电荷守恒定律都成立。电荷守恒定律现在学习的是第8页，共32页实验发现两个带电体之间有相互作用力。实验发现两个带电体之间有

6、相互作用力。如何探索带电体之间相互作用力规律？如何探索带电体之间相互作用力规律？消除形状的影响消除形状的影响先研究两个微小电荷之间的相互作用力规先研究两个微小电荷之间的相互作用力规律律基本原理基本原理再由再由叠加原理叠加原理得到总的力得到总的力将带电体划分成足够小的微元将带电体划分成足够小的微元现在学习的是第9页，共32页库仑定律是电磁学的最基本规律库仑定律是电磁学的最基本规律1736年年6月月14日生于法国昂古莱姆日生于法国昂古莱姆 1777年发明了年发明了扭秤扭秤。扭秤能以。扭秤能以极高的精度测出非常小的力。极高的精度测出非常小的力。1782年当选为法国科学院院士。年当选为法国科学院院士。

7、1785年，库仑用自己发明的扭秤建年，库仑用自己发明的扭秤建立了静电学中著名的库仑定律立了静电学中著名的库仑定律 库仑定律库仑定律现在学习的是第10页，共32页现在学习的是第11页，共32页1）在在真空中真空中，两个静止，两个静止点电荷点电荷之间的相互作用力，其大小与它们电荷的之间的相互作用力，其大小与它们电荷的乘积成正比；与它们之间距离的平方成反比；乘积成正比；与它们之间距离的平方成反比；2）作用力的方向沿着两个点电荷的连线方向；作用力的方向沿着两个点电荷的连线方向；3）两点电荷间的相互作用力大小相等，方向相反，满足牛顿第三定律。两点电荷间的相互作用力大小相等，方向相反，满足牛顿第三定律。+

8、q2+q1库仑力的方向？库仑力的方向？库仑力的大小：库仑力的大小：库仑定律内容库仑定律内容+q1-q2现在学习的是第12页，共32页 实验表明，库仑力满足线性叠加原理，即多个点电荷同时作用实验表明，库仑力满足线性叠加原理，即多个点电荷同时作用于一个点电荷的力等于每个点电荷单独存在时对该点电荷作用力之于一个点电荷的力等于每个点电荷单独存在时对该点电荷作用力之矢量和矢量和。库仑力的叠加原理库仑力的叠加原理基本原理基本原理+叠加原理叠加原理解决复杂的问题解决复杂的问题如何解决多个点电荷同时作用于一个点电荷的力的问题？如何解决多个点电荷同时作用于一个点电荷的力的问题？现在学习的是第13页，共32页例题

9、例题 求放在正方形中心的点电求放在正方形中心的点电荷荷q0所受的库仑力。所受的库仑力。基本原理基本原理+叠加原理叠加原理解解思考：若将下边的两个负电荷换成等量思考：若将下边的两个负电荷换成等量 的正电荷，结果如何？的正电荷，结果如何？方向竖直向下方向竖直向下现在学习的是第14页，共32页两个电荷之间的相互作用力是如何传递的？是否需要时间？两个电荷之间的相互作用力是如何传递的？是否需要时间？1）超距作用观点：两个电荷之间的相互作用力不需任何物质）超距作用观点：两个电荷之间的相互作用力不需任何物质传递，也不需要时间。传递，也不需要时间。2）近距作用观点：两个电荷之间的相互作用力是通）近距作用观点：

10、两个电荷之间的相互作用力是通过过场场传递的，需要一定的时间传递的，需要一定的时间场的观点。场的观点。一、什么是电场？一、什么是电场？电荷之间的相互作用力是通过电场传递的。电荷之间的相互作用力是通过电场传递的。带电体周围空间存在的一种特殊的物质。其重要性质之一就是对处带电体周围空间存在的一种特殊的物质。其重要性质之一就是对处于其中的电荷有力的作用。于其中的电荷有力的作用。电荷电荷A 电场电场 电荷电荷B现在学习的是第15页，共32页二二.电场强度电场强度q0AFAq0BFBq0CFC电场强度的电场强度的大小大小：上式模值；：上式模值；方向：方向：正电荷受力方向正电荷受力方向电场强度单位：牛顿电场

11、强度单位：牛顿/库仑（库仑（N/C）或伏特）或伏特/米（米（V/m）物理意义：单位正电荷在电场中某点所受到的电场力物理意义：单位正电荷在电场中某点所受到的电场力电场强度是空间位置函数电场强度是空间位置函数电场强度是表征电场强度是表征静电场施力性质静电场施力性质的物理量，与试验电荷存在的物理量，与试验电荷存在与否无关。与否无关。q如何检验电场的存在和描述电场的强弱与方向？如何检验电场的存在和描述电场的强弱与方向？实验发现：在电场中任一点，实验发现：在电场中任一点，F/q0是常数，是常数，的方向不变。的方向不变。现在学习的是第16页，共32页如果已知带电体的情况（大小、形状和带电量），能不能如果已

12、知带电体的情况（大小、形状和带电量），能不能用理论计算的方法求出该带电体产生的电场强度？用理论计算的方法求出该带电体产生的电场强度？1 点电荷点电荷及及点电荷系点电荷系产生的电场强度产生的电场强度（1）点电荷产生的电场强度）点电荷产生的电场强度位矢位矢 场源电荷场源电荷 场点场点三、电场强度的计算三、电场强度的计算 电场强度叠加原理电场强度叠加原理 试验电荷试验电荷现在学习的是第17页，共32页电场强度的大小：电场强度的大小：电场强度的方向：电场强度的方向：点电荷产生的电场强度：点电荷产生的电场强度：当当 q0 时，时，E 的方向沿矢径指向外；的方向沿矢径指向外；当当 q0 时，时，E 的方向

13、沿矢径指向内的方向沿矢径指向内点电荷产生的场强具有球面对称性。点电荷产生的场强具有球面对称性。场源电荷场源电荷位矢位矢 场点场点即在以点电荷为球心的任意球面上，场强的即在以点电荷为球心的任意球面上，场强的大小均相等，方向均沿半径方向。大小均相等，方向均沿半径方向。现在学习的是第18页，共32页点电荷系产生的电场强度点电荷系产生的电场强度+q1-q3+q2p场强迭加原理场强迭加原理点电荷系点电荷系的电场中某点处的电场强度等于各个点电荷单独存在时的电场中某点处的电场强度等于各个点电荷单独存在时在该点产生的电场强度的矢量和。在该点产生的电场强度的矢量和。现在学习的是第19页，共32页例例1 1 求电

14、偶极子中垂线上距离中心较远处求电偶极子中垂线上距离中心较远处一点的场强一点的场强.(称该带电体系称为称该带电体系称为电偶极子电偶极子。)解：解：定义电偶极矩为：定义电偶极矩为：现在学习的是第20页，共32页结论结论：电偶极子中垂线上距离中心较远处一点的场电偶极子中垂线上距离中心较远处一点的场强，与电偶极子的电矩成正比，与该点离中心的强，与电偶极子的电矩成正比，与该点离中心的距离的三次方成反比，距离的三次方成反比，方向方向与电偶极矩方向相反。与电偶极矩方向相反。由于电偶极矩为：由于电偶极矩为：现在学习的是第21页，共32页连续带电体产生的电场中的场强连续带电体产生的电场中的场强将带电体分成很多元

15、电荷将带电体分成很多元电荷 dq ,先求出它在任一场点先求出它在任一场点 p 的场强的场强pdq再对场源求积分，可得总场强再对场源求积分，可得总场强Ep现在学习的是第22页，共32页解：由对称性可知，中垂面上一点的场强只有解：由对称性可知，中垂面上一点的场强只有Y 方向的分量，在方向的分量，在Z和和X方方向无分量。向无分量。完成积分：完成积分：例例2 求均匀带电直线中垂面上一点的场强。求均匀带电直线中垂面上一点的场强。设棒长为设棒长为 ,带电量带电量 ，电荷线密度为，电荷线密度为yz现在学习的是第23页，共32页无限长均匀带电直线的场强：无限长均匀带电直线的场强：相当于点电荷的场强：相当于点电

16、荷的场强：方向垂直方向垂直于细棒于细棒Py扩展：扩展：现在学习的是第24页，共32页R0例例3 3：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，计算在环的轴线上的圆环上，计算在环的轴线上任一点任一点P P的场强。的场强。解：解：dq=dlpXxr讨论：讨论：此时此时,圆环相当于一个点电荷圆环相当于一个点电荷.现在学习的是第25页，共32页pXxr 例例4:4:有一半径为有一半径为R R，电荷均匀分布的薄圆盘，其电荷面密度为，电荷均匀分布的薄圆盘，其电荷面密度为 。求。求通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点处的电场强度。通过盘心且垂直盘面的轴线上任意一点处的电场强度。解：解：

17、由上题结果R0d现在学习的是第26页，共32页讨论讨论1x相当于相当于无限大均匀带电平面无限大均匀带电平面产生的电场强产生的电场强度，可看成是均匀场，场强垂直于板面，度，可看成是均匀场，场强垂直于板面，方向由电荷的正负决定。方向由电荷的正负决定。P现在学习的是第27页，共32页无限大均匀带电平面无限大均匀带电平面产生的电场强度产生的电场强度现在学习的是第28页，共32页小结：小结：两种最常用的电场两种最常用的电场强度强度方向垂直于棒方向垂直于棒具有柱面对称性具有柱面对称性1、无限长均匀带电直线无限长均匀带电直线的的场强场强现在学习的是第29页，共32页2、无限大均匀带电平面无限大均匀带电平面产生的电场强度产生的电场强度现在学习的是第30页，共32页1）电场与电荷）电场与电荷2）库仑定律库仑定律作业：作业：练习册练习册10.210.2节节本次课的主要内容本次课的主要内容3）电场强度及其计算电场强度及其计算现在学习的是第31页，共32页 课堂练习：课堂练习：已知已知 q,L,a q,L,a求均匀带电细杆延长线上一点的场强求均匀带电细杆延长线上一点的场强现在学习的是第32页，共32页