电磁学 第一章 第2节.ppt

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1、第一章第一章 静电学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学库仑库仑 (C.A.Coulomb 1736 1806）法国物理学家，法国物理学家，17851785年通过年通过扭秤实验扭秤实验创立创立库库仑定律仑定律,使电磁学的研使电磁学的研究从定性进入定量阶段究从定性进入定量阶段.电荷的单位库仑以他的电荷的单位库仑以他的姓氏命名姓氏命名.1第一章第一章 静电学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学一、点电荷的概念一、点电荷的概念 库仑定律库仑定律2点电荷点电荷 与研究力学问题中采用与研究力学问题中采用“质点质点”的理想模型相的理想模型

2、相仿，在研究带电体相互作用的问题时常采用的理想仿，在研究带电体相互作用的问题时常采用的理想模型是模型是“点电荷点电荷”。可以简化为点电荷的条件可以简化为点电荷的条件:只要带电体本身的线度较带电体之间的间距只要带电体本身的线度较带电体之间的间距小的多时，就可视为点电荷。小的多时，就可视为点电荷。Qrd观察点观察点Pdr第一章第一章 静电学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学3一般情况下，一个带电体可视为点电荷的集合。一般情况下，一个带电体可视为点电荷的集合。库仑定律库仑定律：由：由 指向指向 的单位矢量的单位矢量 在真空中，两个静止的电荷在真空中，两个静止的电荷

3、 和和 之间的相互之间的相互作用力的大小，与作用力的大小，与 和和 的乘积成正比，与它们之的乘积成正比，与它们之间的距离间的距离r12（或（或r21）的平方成的平方成反比；作用力的方向反比；作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，同号相斥，异号相吸沿着这两个点电荷的连线，同号相斥，异号相吸。、同号同号+、异号异号+第一章第一章 静电学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学库仑定律的矢量表示式：库仑定律的矢量表示式：4在国际单位制中，在国际单位制中，第一章第一章 静电学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学5 为使以后导出的公式更为简洁

4、，在库仑定律中引为使以后导出的公式更为简洁，在库仑定律中引入了因子入了因子 ，这种做法称为，这种做法称为单位制的有理化单位制的有理化。通常表示成通常表示成称为称为真空电容率真空电容率，又称为，又称为真空介电常数真空介电常数。真空中的库仑定律：真空中的库仑定律：只适用于点电荷只适用于点电荷第一章第一章 静电学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学二、真空的概念及其演变二、真空的概念及其演变 真空早就是物理学的重要概念之一。真空并非真空早就是物理学的重要概念之一。真空并非真的空无一物，真空是复杂的，真空无处不在，随真的空无一物，真空是复杂的，真空无处不在，随着物理学

5、的发展，真空的概念不断地演变和深化着物理学的发展，真空的概念不断地演变和深化。真空概念有真空概念有“经典真空经典真空”和和“量子真空量子真空”之分，它之分，它们分别属于经典和量子物理的概念范畴。们分别属于经典和量子物理的概念范畴。6 经典电磁理论范畴内真空的概念是除了静电经典电磁理论范畴内真空的概念是除了静电场以及静止电荷以外，不存在其它（由原子或分场以及静止电荷以外，不存在其它（由原子或分子组成的物质空间）物质的空间。静电场也是一子组成的物质空间）物质的空间。静电场也是一种物质。种物质。第一章第一章 静电学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学三、叠加原理三、

6、叠加原理 当空间有两个以上点电荷存在时，任意两个当空间有两个以上点电荷存在时，任意两个点电荷间存在相互作用。实验指出，两个点电荷点电荷间存在相互作用。实验指出，两个点电荷间的作用力不因第三个电荷的存在而改变。间的作用力不因第三个电荷的存在而改变。不管不管一个体系存在多少个点电荷，每一对点电荷之间一个体系存在多少个点电荷，每一对点电荷之间的作用力都服从库仑定律，而任一点电荷所受到的作用力都服从库仑定律，而任一点电荷所受到的作用力等于其它点电荷单独作用于该点电荷的的作用力等于其它点电荷单独作用于该点电荷的库仑力的矢量和。库仑力的矢量和。这一结论称为这一结论称为叠加原理叠加原理。7第一章第一章 静电

7、学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学8当空间有多个点电荷时当空间有多个点电荷时 当空间有多个点电荷时，任一点电荷受到的当空间有多个点电荷时，任一点电荷受到的静电力，等于其他各点电荷单独存在时对该点电静电力，等于其他各点电荷单独存在时对该点电荷所施加的库仑力的矢量和。荷所施加的库仑力的矢量和。静电力叠静电力叠加原理加原理 叠加原理与库仑定律相结合，构成了整个静叠加原理与库仑定律相结合，构成了整个静电学的基础。电学的基础。第一章第一章 静电学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学例例1 1 在在图图中中,三三个个点点电电荷荷所所带

8、带的的电电荷荷量量分分别别为为q1=-86 C,q2=50 C,q3=65 C。各各电电荷荷间间的的距距离离如如图所示图所示。求作用在求作用在q3上合力的大小和方向。上合力的大小和方向。解解 选如图所示的直角坐标系。选如图所示的直角坐标系。q2q1q30.4m0.52m0.3m9F3F31xijyF32第一章第一章 静电学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学力力 沿沿x轴和轴和y轴的分量分别为轴的分量分别为电荷电荷q1作用于电荷作用于电荷q3上的力上的力 的大小为的大小为10电荷电荷q2作用于电荷作用于电荷q3上的力上的力 的大小为的大小为第一章第一章 静电学

9、的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学力力 沿沿x轴和轴和y轴的分量分别为轴的分量分别为根据静电力的叠加原理根据静电力的叠加原理,作用于电荷作用于电荷q3上的合力为上的合力为合力合力 的大小为的大小为11合力合力 与与x轴的夹角为轴的夹角为第一章第一章 静电学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学 可可见见,由由库库仑仑定定律律算算出出的的作作用用力力是是不不小小的的,在在距离一定时距离一定时,它与带电体所带电荷量相关。它与带电体所带电荷量相关。12 例例如如两两个个各各带带电电荷荷量量为为1C的的带带电电体体,当当它它们们相相距

10、距1 1m时时,根根据据库库仑仑定定律律算算出出其其作作用用力力达达9.0109N,然然而而,通通常常在在实实验验室室里里,利利用用摩摩擦擦起起电电使使物物体体能能获获得得的的电电荷荷量量的的数数量量级级只只是是10-6C,此此时时相相距距1 1m时时的的静静电电力力仅仅为为10-2N的的数数量量级级,这这就就是是说说,实实际际上上我我们们利利用用通通常常的的起起电电方方法法不不可可能能使使一一个个有有限限大大(例例如如半半径径为为1 1m的的球球体体)的的物物体体的的带带电电量量达达到到1C或或接接近近1C,因因为为早早在在电电荷荷量量聚聚集集到到此此值值前前,周周围围的的绝绝缘缘体体已已被被击击穿穿,物物体体上上的的电电荷荷早早已已漏漏掉掉。所所以以通通常常遇遇到到的的静静电电力力还是很小的还是很小的,只能吸引轻微的物品。只能吸引轻微的物品。第一章第一章 静电学的基本规静电学的基本规律律1.2 1.2 库仑定律库仑定律电磁学电磁学13作业作业:1-31-3预习：预习：1.31.3