第1章真空中静电场1(电场强度)

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1、电磁学1第1章真空中的静电场§1库仑定律§2电场电场强度§3静电场的高斯定理§4静电场的环路定理电势2§1库仑定律一、基本认识二、库仑定律3对电荷的基本认识两种－－正负电荷量子化电量是相对论不变量§1库仑定律一、基本认识4原子是电中性的,原子核中的中子不带电、质子带正电、核外电子带负电，并且所带电量的绝对值相等。自然界中有两种电荷：正电荷、负电荷。密立根（R.A.millikan)用液滴法测定了电子电荷，电子是自然界中存在的最小负电荷,1986年的推荐值为：e=1.60217733×10-19C电荷量子化是个实验规律。实验证明微小粒子带电量的变化是不连续的，

2、它只能是元电荷e的整数倍,即粒子的电荷是量子化的：Q=ne;n=1,2,3,…52.基本实验规律1）电荷守恒定律2）电力叠加原理6库仑(C.A.Coulomb1736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.7二、库仑定律1785年，库仑通过扭称实验得到。1.表述在真空中，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。8从施力电荷指向受力电荷若两电荷同号斥力若两电荷异号吸引力方

3、向方向92.物理上如何处理K的取值一般情况下根据单位制来处理K的取值问题：1)如果关系式中除K以外，其它物理量的单位已经确定，那么只能由实验来确定K值。K是具有量纲的量如万有引力定律中的引力常量G2)如果关系式中尚有别的量未确定单位，为了使定律的形式简捷就令K=1。K是无量纲的量如牛顿第二定律中的K10第二种高斯制中当时电量的单位尚未确定令K=1库仑定律的形式简单库仑定律中的K有两种取法第一种国际单位制中11施力受力3.SI中库仑定律的常用形式令（有理化）真空中的介电常数或真空电容率12例1：三个点电荷q1=q2=2.0×10-6C,Q=4.0×10-

4、6C，求q1和q2对Q的作用力。解：q1和q2对Q的作用力的方向虽然不同，但大小相等：由对称性可以看出两个力在y方向的分力大小相等，方向相反而相互抵消，Q仅受沿x方向的作用力：q1q2Qyxor1r20.30.30.4θFxF1F2Fy13§2电场电场强度一、电场二、电场强度三、电场强度的计算14一静电场静电场:静止电荷周围存在的电场电荷电场电荷物质实物场15早期：电磁理论是超距作用理论后来:法拉第提出近距作用并提出力线和场的概念1.电场的宏观表现对放其内的任何电荷都有作用力电场力对移动电荷作功（电场强度）（电势）162.静电场相对于观察者静止的电荷产生的电

5、场是电磁场的一种特殊形式二、电场强度电量为Q的带电体在空间产生电场描述场中各点电场强弱的物理量是电场强度17思考试验电荷必须满足两小：电量充分地小线度足够地小试验电荷放到场点P处，试验电荷受力为试验表明：确定场点比值与试验电荷无关电场强度定义定义方法：为什么？18讨论1)2)矢量场3)SI中单位4)电荷在场中受的电场力点电荷在外场中受的电场力或一般带电体在外场中受力19三、电场强度的计算1.点电荷Q的场强公式要解决的问题是：场源点电荷Q的场中各点电场强度。解决的办法：根据库仑定律和场强的定义。由库仑定律有，首先，将试验点电荷q放置场点P处201)球对称由库仑

6、定律由场强定义讨论2)场强方向：正电荷受力方向由上述两式得212.场强叠加原理任意带电体的场强1）如果带电体由n个点电荷组成，如图由电力叠加原理由场强定义整理后得或根据电力叠加原理和场强定义22电偶极矩(电矩)电偶极子的电场强度电偶极子的轴+-23（1）轴线延长线上一点的电场强度..+-24..+-25（2）轴线中垂线上一点的电场强度.+-.26习题10一电偶极子由电荷q＝1.0×10-6C的两个异号点电荷组成，两电荷相距l＝2.0cm．把这电偶极子放在场强大小为E＝1.0×105N/C的均匀电场中．试求：(1)电场作用于电偶极子的最大力矩．(2)电偶极子从

7、受最大力矩的位置转到平衡位置过程中，电场力作的功．2.解：(1)电偶极子在均匀电场中所受力矩为：其大小：M=pEsinq=qlEsinq当q=p/2时，所受力矩最大：Mmax＝qlE＝2×10-3N·m(2)电偶极子在力矩作用下，从受最大力矩的位置转到平衡位置(q=0)过程中，电场力所作的功为：＝2×10-3N·m273.如果带电体电荷连续分布，如图把带电体看作是由许多个电荷元组成，然后利用场强叠加原理求解。P28体电荷密度面电荷密度线电荷密度电荷密度29电荷体密度+30电荷面密度+31电荷线密度32解：建坐标如图例长为l的均匀带电直线，电荷线密度为

8、求：如图所示P点的电场强度在坐标x处取一长度为dx的