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静电的基本现象和规律.ppt

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第五章 静电场,§1 静电的基本现象和规律,1.1 物质的电结构 电荷守恒定律,电荷:是代表物质间发生电力相互作用的一种属性。自然界中存在着两种不同性质的电荷,一种称为正点荷,另一种称为负电荷。,电荷的基本性质:,电荷与电荷之间存在相互作用力,同性相斥;异性相吸。,电荷量子化,1906-1917年,密立根用液滴法首先从实验上证明了,微小粒子带电量的变化不连续。,电量:带电体所带电荷的量值,一般用q表示,在SI制中,其单位为库仑(C)。,n=1,2,3,…,电荷守恒定律:,在一个和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。,电荷守恒定律是物理学中普遍的基本定律,1.2 库仑定律,1.点电荷:一种可以忽略其形状大小的带电体,2.库仑定律,1785年,库仑通过扭称实验得到。,在真空中, 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,与它们之间距离的平方成反比;作用力的方向沿着它们的联线,同号电荷相斥,异号电荷相吸。,,库仑(Charlse-Augustin de Coulomb 1736-1806),法国工程师、物理学家。1736年6月14日生于法国昂古莱姆。1806年8月23日在巴黎逝世。早年就读于美西也尔工程学校。离开学校后,进入皇家军事工程队当工程师。 法国大革命时期,库仑辞去一切职务,到布卢瓦致力于科学研究。法皇执政统治期间,回到巴黎成为新建的研究院成员。,,电荷2 受电荷 1的力,,,从电荷1指向电荷2,若表示 电荷1受电荷2的力 表达式仍为,,,在SI中:,令,,3.电力叠加原理,例1、在氢原子中,电子与质子的距离约为5.310-11m。求它们之间的万有引力和静电力。(已知G=6.6710-11 N·m2·kg-2,M=1.6710-27 kg , m=9.1110-31 kg),解:,2.1 静电场,电场:,电荷周围存在着的一种特殊物质。,电荷,,电场,,电荷,,,静电场: 静止电荷所产生的电场,电场的两个重要性质:,力学性质:,电荷在电场中要受到电场力的作用。,能量性质:,电场力对电荷有作功的本领。,§2 电场 电场强度,2.2 电场强度,试验电荷:,(1)点电荷,(2)正电荷,(3)电量足够小,电场中各处的力学性质不同。,结论:,1、在电场的不同点上放同样的试验电荷qo,2、在电场的同一点上放不同的试验电荷,结论:,电场强度定义:,单位:N·C-1,电场强度的大小为F/qo。,电场强度的方向为正电荷在该处所受电场力的方向。,2.3 电场强度叠加原理,场强叠加原理:,点电荷系电场中某点的场强等于各点电荷单独存在时在该点场强的矢量和。,电场强度的计算,1、点电荷的场强:,qo,2、点电荷系的场强,根据场强叠加原理:,点电荷系的场强:,3、电荷连续分布带电体的场强,,电荷元dq在P点的场强:,带电体在P点的场强:,线电荷: dq =dl,面电荷:dq=dS,体电荷:dq =dV,,4、电偶极子,电偶极子:,大小相等,符号相反并有一微小间距的两个点电荷构成的复合体。,电偶极矩:,,电偶极子是个很重要的物理模型,在研究电极化,电磁波的发射和接收都会用到。,例2、计算在电偶极子延长线上任一点A的场强。,解:,例3、计算电偶极子中垂线上任一点B的场强。,解:,因为rl,所以,例4、真空中有均匀带电直线,长为L,总电量为Q。线外有一点P,离开直线的垂直距离为a,P点和直线两端连线的夹角分别为1和2 。求P点的场强。(设电荷线密度为),,解:,电荷元:dq=dx,无限长带电直线: 1 = 0 ,2 = ,例5、电荷q均匀地分布在一半径为R的圆环上。计算在圆环的轴线上任一给定点P的场强。,,解:,,例6、均匀带电圆板,半径为R,电荷面密度为。求轴线上任一点P的电场强度。,解:,利用带电圆环场强公式,R,P,x,,,讨论:对带电圆板,当 x R 时 :,当考察点很接近圆板时,可以把带电圆板近似看作无限大带电平面来处理。,结论:,3.1 电场线,电场线:,1、曲线上每一点的切线方向表示该点电场强度E的方向,描述电场分布情况的曲线。,2、曲线的疏密表示该点处场强E的大小。即:垂直通过单位面积的电场线条数,在数值上就等于该点处电场强度的大小,,,§3 高斯定理,几种常见的电场线:,点电荷的场强,静电场中电场线的特点:,3、任意两条电场线不相交。,1、电场线起始于正电荷,终止于负电荷,在无电荷 处不中断。,2、电场线不可能是闭合曲线。,3.2 电通量,电场强度通量(电通量)e:,通过电场中任一曲面的电场线数目。,1、均匀电场中通过平面S的电通量,,2、非均匀电场的电通量,,,对闭合曲面的电通量:,外法线方向为正,例7、有一三棱柱放在电场强度为E =200
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