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1.1 静电的基本现象和基本规律.ppt

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1.1 静电的基本现象和基本规律.ppt
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教材: 《电磁学》 第三版赵凯华、陈熙谋高等教育出版社,1,电 磁 学,起电:使物体带电 摩擦起电:用摩擦方法使物体带电 带电体:带电的物体 带电体性质:吸引轻小物体 两种电荷:正电荷和负电荷;同种电荷相斥,异种电荷相吸。,,一 两种电荷,,,,,2,第一章 静电场,1-1 静电场的基本现象和基本规律,习题:1.1-7,二 静电感应和电荷守恒定律,,1 静电感应,,,,+,3,4,2 电荷守恒定律,在与外界没有电荷交换的系统内,任一时刻存在于系统中的正、负电荷的代数和始终保持不变,要点:,电荷的代数和不变性:孤立系统中正、负电荷各自的量可能发生变化,但其代数和保持不变。例如,正、负电子相遇转化为两个光子。高能光子经过另一粒子附近时转换为正、负电子对。 电荷的相对论不变性:孤立系统的电量,与其运动状态无关,在不同参考系内进行观察,系统总电量保持不变。,宏观和微观过程均适用,三 物体的分类,1 导体:电荷能从产生的地方迅速转移或传导到其它部分的那种物体叫做导体。 2 绝缘体:电荷几乎只停留在产生的地方的那种物体叫绝缘体。 3 半导体:半导体是介于导体与绝缘体之间的物体,而且对温度,光照,杂质,压力,电磁场等外加条件极为敏感。,5,常见导体:金属,石墨,电解液(酸,碱,盐类的水溶液),人体,地,电离的气体等; 常见绝缘体:玻璃,橡胶,丝绸,琥珀,松香,硫磺,瓷器,油类,未电离的气体等。,电荷量子化,* 1897年J.J.汤姆逊从实验中测出了电子的比荷。,* 1913年R.A.密立根从实验中测定所有电子都有相同的电量,带电体的电量是电子电荷的整数倍;,,电子电荷,带电体电量,6,电荷量子化是个实验规律。,迄今所知,电子是经实验验证的自然界中存在的最小负电荷,质子是最小的正电荷。,电荷只能取离散的、不连续的量值的性质,叫 做电荷的量子化。电子电荷的绝对值 e 称为元电荷。或称作电荷的量子。,强子的夸克模型具有分数电荷( 或 电子电荷)但实验上尚未直接证明.,量子化是近代物理的一个基本概念,当研究范围达到原子线度大小时,很多物理量如频率、能量也都是量子化的。,7,四 物质的电结构,物质是由分子,原子组成的,而原子又由带正电的原子核和带负电的电子组成。原子核中有质子和中子,中子不带电,质子带正电。一个质子所带电荷和一个电子所带电量数值相等。如果用e代表一个质子的电量,则一个电子的电量就是-e。,自由电荷:可以自由移动,束缚电荷:只能在一个原子或分子范围内作微小位移,8,9,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.,五 库仑定律,10,,,1 点电荷模型,,点电荷是一个抽象的理想模型。当带电体本身的线度远比问题中涉及的距离小很多时,带电体就可近似当成点电荷。,11,2 库仑定律,,,,1785年,法国物理学家库仑用扭秤实验测定了两带电球体之间相互作用的电力,并在其基础上提出了两点电荷之间相互作用的规律,即库仑定律。,SI制,在真空中,两个静止的点电荷之间的相互作用力,其大小与其电量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比 。作用力的方向沿着两个点电荷的连线方向.同号电荷相斥,异号电荷相吸。,,12,13,( 为真空电容率),令,库仑定律,库仑力遵守牛顿第三定律,14,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作用力之矢量和,3 库仑力的叠加原理,15,解,例1 氢原子内,电子和质子的间距为 . 求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小.,,(微观领域中,万有引力比库仑力小得多,可忽略不计.),库仑定律的进一步讨论:,成立条件:静止、真空、点电荷,,,该条件可以拓宽到静源——静电荷, 不能延拓到动源——动电荷? 问题:上述结论是否与牛顿第三定律矛盾?结果合理吗?,静止:点电荷相对静止,且相对于观察者也静止,16,被作用者静止,满足牛三,被作用者运动,不满足牛三,看上去与牛三矛盾 实际上正说明电荷间有第三者——场, 前者电荷静止,场的动量不变——作用力对等 后者场的动量发生变化,作用力不对等,17,真空条件,作用:为了除去其他电荷的影响,使两个点电荷只受对方作用。 如果真空条件破坏会如何?——不仅只有两个电荷;总作用力比真空时复杂些,但由于力的独立作用原理,两个点电荷之间的力仍遵循库仑定律 因此可以推广到介质、导体,18,点电荷,理想模型 质点 刚体 理想流体 平衡态(热学) 点电荷:忽略了带电体形状、大小以及电荷分布情况的电荷。,19,适用范围和精度,原子核尺度——地球物理尺度 天体物理、空间物理 大概无问题,
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