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第九章 静电场.ppt

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第九章 静电场.ppt
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第九章 静 电 场,相对于观察者静止的电荷所激发的电场称为静电场。,与物体间的引力相互作用一样,电荷之间的相互作用也不是“超距作用”,而是通过电场来实现的。,电学起源于古希腊哲学家塞利斯(Thales 公元前600年)所知道的一种现象:一块琥珀经摩擦后会吸引草屑。但电学理论建立在“场”的基础上则是在18世纪以后才开始的。,主要内容:,(1) 库仑定律;,(2) 电场力和电场强度;,(3) 电场力的功和电势;,(4) 高斯定理和环路定理;,(5) 电场强度和电势的计算。,,返回,§9-1 电 荷,,,1、两种电荷:,由物质的原子结构理论:任何宏观物体内都带有大量的“正电荷”和“负电荷”。但通常情况下,正、负电荷的总量相等,因此对外不呈现电性。,通过摩擦或静电感应等过程,可使电荷(主要是负电荷)在物体之间或一个物体的不同部分之间转移,使物体对外呈现电性。,电荷间的相互作用:,同号电荷互相排斥;异号电荷互相吸引。,2、电荷的量子化:,1913年密立根 ( Millikan, 1868—1953 ) 通过油滴实验证实:任何带电体所带的电量都是某个基本电量的整数倍。即:,而基本电量的大小等于一个电子或一个质子所带电量的绝对值:,因基本电量很小( 1C = 6.242×1018e ),所以宏观带电体电量的变化可认为是连续的。,3、电荷守恒定律、电荷的相对论不变性:,电荷守恒定律:一个与外界没有净电量交换的系统经任何过程后,系统内正、负电量的代数和保持不变。,电荷守恒定律是自然界中普遍成立的定律之一。,例:一个电子(-e)和一个正电子(+e)靠近时,两个电子完全消失(正、负电子湮灭),产生两条沿相反方向的γ射线。湮灭前后电子的静质量不守恒,但净电荷守恒。,电荷的相对论不变性:一个带电体所带的电量不因带电体的运动而改变。,返回,§9-2 库 仑 定 律,,,1、点电荷:,宏观带电体之间的相互作用除与距离有关外,还与带电体的形状、大小、电荷分布有关。但当带电体的线度带电体之间的距离时,电力的相互作用由库仑定律 ( Coulomb’s Law ) 描述。,带有一定的电量,但没有形状、大小、结构的带电体称为点电荷(理想模型)。,宏观带电体可看作点电荷系。,2、库仑定律:,库仑定律描述两个点电荷之间电力的相互作用。,为q1指向q2的单位矢量。,当q1、q2为 1 库仑,r12 = 1m 时:,在国际单位制中,令:,其中:,称为真空的介电常数(或真空的电容率)。,库仑定律:,库仑力和万有引力的比较:,设铁原子中两个质子相距4.0×10-15m,则它们之间的库仑斥力为:,而它们之间的万有引力为:,两者相比:,3、电力叠加原理:,当一个点电荷 q0 受若干个其它点电荷{ q1, q2,…,qn }作用时,其所受的合力等于各点电荷单独存在时对该点电荷作用的库仑力的矢量和。,由库仑定律和电力叠加原理,原则上可以求出任意两个带电体之间的库仑力。,返回,§9-3 电场、电场强度,,,1、电场:,法拉第以前,电力的“超距作用”观点认为:电荷之间的相互作用力是直接的、瞬时的。,近代物理学认为:电荷能在其周围空间激发电场,而电荷之间的相互作用力是通过电场来实现的。,电荷  电场  电荷,和实物物质一样,电场也具有能量和动量,所以: 电场也是物质存在的一种形式。,电荷  电荷,2、电场强度:,为了测量电场,在电场中引入“试探电荷” q0 :,(1) q0的值很小—不改变原电场的分布;,(2) q0为点电荷—精确测量每一点电场。,由库仑定律, q0所受的电场力正比于|q0| ,方向随q0的正、负而反向。即:比值 是一个大小和方向都和q0无关的量。它反映了电场本身的性质。,定义:电场强度(场强)矢量,单位:,,若 q0 = + 1 C,则 。 即:电场中任一点场强的大小和方向等于单位正电荷在该点所受电场力的大小和方向。,通常,电场强度是空间位置的函数:,若空间各点场强的大小和方向都不变,则该电场称为匀强电场(或均匀电场)。,由电场强度的定义:一点电荷q在电场中所受的电场力:,3、点电荷的电场、电场强度叠加原理:,在距电荷 q(场源电荷)为r的P点放一试探电荷q0 ,由库仑定律:,由电场强度的定义,P点场强为:,(1) 点电荷的场强:,(2) 点电荷系的场强:,设试探电荷q0处于点电荷系 { q1 , q2 , …, qn } 产生的电场中的P点,由电力叠加原理:,所以,P点的电场强度为:,场强叠加原理:点电荷系在某点产生的场强等于各点电荷单独存在时在该点产生的场强的矢量和。,(3) 电荷连续分布带电体的场强:,电荷连续分布的带电体可看作无穷多点电荷组成的点电荷系。其中某电荷元dq在场点P的场强为:,整个带电体在场点P的场强为:,,(
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