大学物理真空中的静电场1

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1、电磁学(ELECTROMAGNETISM)——电磁场及其与物质的相互作用．电磁学静电场真空中的静电场导体和电介质中的静电场稳恒磁场真空中的磁场磁介质中的磁场电磁感应Maxwell方程组与电磁场第一章　真空中的静电场(ElectrostaticFieldinVacuum)内容：库仑定律电场强度高斯定理环路定理电势电势能§1.1电荷(ElectricCharge)-物质的一种属性．1.电荷的性质实验:基本单元——e=1.60210-19C理论:基本单元——e/3,2e/3(夸克quark)⑴只有两种类型——正与负⑵量子性——q是基本单元的整数倍⑶守恒性——在任何

2、相互作用过程中,q保持不变e.g.质子p=2(2e/3)+1(-e/3)上夸克　下夸克中子n=1(2e/3)+2(-e/3)聚变反应：正负电子湮灭：⑷相对论不变性——在不同参照系中观察,同一粒子的q不变2.点电荷(pointcharge)——点状电荷．(理想模型)适用情形:带电体尺寸<<问题中涉及的线度§1.2库仑定律(CoulombsLaw)C.A.Coulomb(1736-1806)In1785，扭秤实验．e.g.(PositronAnnihilationTechnique)——沿　方向的单位矢量令k=1/40得0=8.851012C2/

3、Nm2——真空介电常量or真空电容率结果：①实验的精确度．1785年，(Coulomb)1873年，(Maxwell)1936年，(Laudon)1971年，(Williams)②实验的空间尺度．r=1017～107mNotes:实验确定：物理本质:两个电荷之间的作用力不因其它电荷的存在而改变.库仑定律＋电力叠加原理＝静电学的实验基础§1.3电力叠加原理(PrincipleofSuperpositionforElectricForces)Note:§1.4电场强度(ElectricField)M.Faraday(1791-1867)“场”的概念电场——一种物

4、质(场物质)电场的描述——场强电势　能量密度1.场强的定义——静止的实验电荷——作用于　上的电场力SI单位：N/CorV/m①可正可负②是场量，与　无关．2.场强叠加原理PNotes:[来历]电荷连续分布情形：点电荷场强＋场强叠加原理＝计算场强的基本方法电荷元dq产生的场强Note:3.场强计算举例[例1-1]电偶极子(electricdipole)的电场.电偶极子:两个等量异号电荷构成的系统()背景:分子,细胞,发射天线偶极矩(electricmoment):(从　指向)解：(*)其中①②③④将，得将①②③④代入(*)式，得[讨论]①在偶极子的中垂线上():②在偶

5、极子的轴线上():[例1-2]均匀带电直线段的电场．设:线段长L,线电荷密度，P点到直线段的距离r，从P点看,A、B的仰角分别为1、2则y－y+dy上的电荷在P点产生的场强：这里OXY1d2y+dyyrPBAOXY1d2y+dyyrPBA于是仰角1、2可正可负.当A、B点位于Y轴正半轴上时,其仰角取正;反之,取负.Note:OXY1d2y+dyyrPBA[讨论]当P点位于带电线段的中垂线上时,带电线段.此时1=-20,则有①若rL，则0/2，sin0≈1无限长均匀带电直线附近的场强②若rL，则00，

6、sin0≈L/2r点电荷的场强[例1-3]均匀带电圆环轴线上的电场．XdqOxPR设圆环半径R,带电q则由对称性知,轴线上环上dq的贡献：于是[讨论]①该结果对X轴负半轴上各点也成立.②环心处,场强为零;离环很远(xR)处,近似为点电荷的场强.其中故得XdqOxPR[例1-4]均匀带电圆盘轴线上的电场.XOxPrdr0设圆盘半径R,面电荷密度则由对称性知,轴线上盘上r－r+dr电荷元的贡献其中于是因此(x0)XOxPrdr0点电荷的场强②若xR，则[讨论]无限大均匀带电平面附近的场强①若xR，则③对于X轴负半轴上各点,有(x0

7、)§1.5电场线(ElectricFieldLines)——表示场强分布的有向曲线(旧称电力线)规定：在场点处，①沿电场线正向的切线方向即场强方向②垂直于电场线作一面元,则穿过其单位面积的电场线数目等于场强大小.性质：①连续(不会在没有电荷处中断)②不闭合(起于+q或无穷远处,止于-q或无穷远处)③不相交(电场单值性)[思考]一点电荷在电场中某点由静止释放,它是否会沿电场线运动？(若电场线为直线,Yes;否则,No)§1.6电通量(ElectricFlux)——从一侧向另一侧穿过场中某一曲面的电场线数目.定量计算：：场强：曲面：法线方向矢量(有确定指向)考虑