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第05章 静电场1.ppt

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第05章 静电场1.ppt
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电 磁 学,电能是应用最广泛的能源; 电磁波的传播实现了信息传递; 电磁学与工程技术各个领域有十分密切的联系; 电磁学的研究在理论方面也很重要。,1905年爱因斯坦建立 狭义相对论,1865年麦克斯韦提出 电磁场理论,1820年,奥斯特发现 电流对磁针的作用,,,公元前600年,,1831年,,法拉第发现 电磁感应,古希腊泰勒斯 第一次记载电现象,,静电场,第五章,静电场----相对于观察者静止的电荷产生的电场 稳恒电场—不随时间改变的电荷分布产生不随时间改变的电场两个物理量: 场强、电势; 一个实验规律:库仑定律;两个定理: 高斯定理、环流定理,电场是一种特殊形式的物质.,5-1 电场 电场强度,一、电荷,电荷的种类:正电荷、负电荷,带电现象:物体经摩擦后对轻微物体有吸引作用的现象。,两种电荷:,硬橡胶棒与毛皮摩擦后所带的电荷为负电荷。,玻璃棒与丝绸摩擦后所带的电荷为正电荷。,电荷守恒定律: 在一个孤立系统内发生的过程中,正负电荷的代数和保持不变。 (自然界的基本守恒定律之一),电荷的量子化效应:Q = Ne,电量:电荷的多少 单位:库仑 符号:C,( N = 1,2,3,… ),电荷的性质:同号相斥、异号相吸,库仑 (C.A.Coulomb 1736 1806),法国物理学家,1785年通过扭秤实验创立库仑定律, 使电磁学的研究从定性进入定量阶段. 电荷的单位库仑以他的姓氏命名.,二、库仑定律,真空中两个静止的点电荷之间的作用力(静电力),与它们所带电量的乘积成正比,与它们之间的距离的平方成反比,作用力沿着这两个点电荷的连线。,讨论,库仑定律包含同性相斥,异性相吸这一结果。,(a) q1和q2同性,则q1 q20, 和 同向,方程说明1排斥2,(b)q1和q2异性,则q1 q20, 和 反向,方程说明1吸引2,注意:只适用两个点电荷之间,数学表达式,离散状态,连续分布,静电力的叠加原理作用于某电荷上的总静电力等于其他点电荷单独存在时作用于该电荷的静电力的矢量和。,所以库仑力与万有引力数值之比为,电子与质子之间静电力(库仑力)为吸引力,电子与质子之间的万有引力为,,,,,例:在氢原子中,电子与质子的距离为5.310-11米,试求静电力及万有引力,并比较这两个力的数量关系。,解:由于电子与质子之间距离约为它们自身直径的105倍,因而可将电子、质子看成点电荷。,,三、电场强度,电场,叠加性,研究方法:,能法—引入电势 u,力法—引入场强,对外表现:,a.对电荷(带电体)施加作用力 b.电场力对电荷(带电体)作功,,电场强度,电场,电荷,电荷,1.由 是否能说, 与 成正比,与 成反比?,,,,讨论,2.一总电量为Q0的金属球,在它附近P点产生的场强为 。将一点电荷q0引入P点,测得q实际受力 与 q之比为 ,是大于、小于、还是等于P点的,四、场强叠加原理,点电荷系,连续带电体,1. 点电荷的电场,五、电场强度的计算,2. 点电荷系的电场,设真空中有n个点电荷q1,q2,…qn,则P点场强,场强在坐标轴上的投影,例1.电偶极子,如图已知:q、-q、 rl,电偶极矩,求:A点及B点的场强,,解:A点 设+q和-q 的场强 分别为 和,电偶极子的轴,,,对B点:,结论,3. 连续带电体的电场,,电荷元随不同的电荷分布应表达为,体电荷,面电荷,线电荷,例2 求一均匀带电直线在O点的电场。 已知: q 、 a 、1、2、。,,解题步骤,1. 选电荷元,5. 选择积分变量,,4. 建立坐标,将 投影到坐标轴上,2.确定 的方向,3.确定 的大小,选θ作为积分变量,,当直线长度,无限长均匀带电直线的场强,讨论,,课堂练习 求均匀带电细杆延长线上一点的场强。已知 q ,L,a,例3 求一均匀带电圆环轴线上任一点 x处的电场。 已知: q 、a 、 x。,对轴线:,,当dq位置发生变化时,它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。,由对称性,讨论,(2)当x=0,即在圆环中心处,,(3)当 时,,这时可以把带电圆环看作一个点电荷 这正反映了点电荷概念的相对性,1.求均匀带电半圆环圆心处的 ,已知 R、,电荷元dq产生的场,根据对称性,课堂练习:,取电荷元dq则,由对称性,方向:沿Y轴负向,,2.求均匀带电一细圆弧圆心处的场强,已知 ,,R,例4 求均匀带电圆盘轴线上任一点的电场。已知:q、 R、 x 求:Ep,解:细圆环所带电量为,由上题结论知:,讨论,1. 当Rx,(无限大均匀带电平面的场强),2. 当Rx,例5. 两块无限大均匀带电平面,已知电荷面密度为,计算场强分布。,两板之间:,两板之外: E=0,六.带电体在外电场中所受的力,课
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