静电场及高斯定理

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1、本章主要内容研究真空中静电场的基本特性：第1节静电场基本定律：库仑定律、电场强度、叠加定律第2节静电场基本定理：高斯定理及应用第3节电场力做功、电势、电势能第4节静电场中的电解质第5章静电场一、电荷的量子化电荷守恒定律(1)电荷摩擦起电：用木块摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体的现象。许多物体经过毛皮或丝绸等摩擦后，都能够吸引轻小的物体。人们就说它们带了电，或者说它们有了电荷。电荷的定义：带正负电的基本粒子。单位：库仑(C)1、电荷的量子化当物质处于电中性时，质子数＝电子数当物质的电子过多或过少时，物质就带有电荷电子过多时——物体带负电电子过少时——物体带正

2、电正电子，又称阳电子、反电子、正子，基本粒子的一种，带正电荷，质量和电子相等，是电子的反粒子。最早是由狄拉克从理论上预言的。1932年8月2日，美国加州理工学院的安德森等人向全世界庄严宣告，他们发现了正电子。正电子的发现是利用云雾室来观测的。正电子的发现开辟了反物质领域的研究。(2)电荷量子化1913年，密立根用液滴法从实验中测出所有电子都具有相同的电荷，而且带电体的电荷是电子电荷的整数倍。电子电量e带电体电量q=ne,n=1,2,3,...密立根测定电子电荷的实验1909年密立根测量电子电荷；1923年获得诺贝尔物理奖。方法：观察均匀电场中带电油滴的运动

3、。不加电场时：油滴在重力和阻力的作用下，最后得到收尾速度。由此式可从实验中测量油滴的质量。加电场时油滴在重力、阻力和电场力的作用下，最后也得到收尾速度。因而可得油滴的电荷为密立根油滴实验的结果油滴的电荷总是等于同一基元电荷的整数倍q=ne,n=1,2,….,电子电荷的值为e=1.603×10-19C，称为基元电荷；即电荷是量子化的。电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电荷的量子化。电子的电荷e称为基元电荷，或电荷的量子。1986年国际推荐值近似值说明：电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程(例如核反应和基本粒子过程)，是物理学中普遍的基本定律之一

4、。内容：在孤立系统中，不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变。2、电荷守恒定律氘和氚的核聚变铀235的核裂变二、库仑定律库仑(Charlse-AugustindeCoulomb1736~1806)法国物理学家1773年提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法，是结构工程的理论基础。1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。1785~1789年，用扭秤测量静电力和磁力，导出著名的库仑定律。1、库仑定律内容在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小与点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷之间距离的平方成反比，作用力在两点电荷之间的

5、连线上，同号电荷互相排斥，异号电荷互相吸引。表示单位矢量真空介电常数库仑力满足牛顿第三定律实验表明，库仑力满足矢量叠加原理。库仑力的叠加原理：例：在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.3×10-11m，求它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。解：氢原子核与电子可看作点电荷，库仑力为：万有引力为：例：在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.3×10-11m，求它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。结论：库仑力比万有引力大得多。所以在原子中，作用在电子上的力，主要是电场力，万有引力完全可以忽略不计。三、电场强度(1)电场的概念电荷之间的相互作

6、用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有电场。在该电场的任何带电体，都受到电场的作用力，这就是所谓的近距作用。电荷电场电荷1、静电场(2)电场的物质性给电场中的带电体施以力的作用。当带电体在电场中移动时，电场力作功；表明电场具有能量。变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量。静止电荷产生的场叫做静电场。(3)静电场2、电场强度（1）试验电荷：线度足够小，小到可以看成点电荷；电量足够小，小到把它放入电场中后，原来的电场几乎没有什么变化。（2）实验在静止的电荷Q周围的静电场中，放入试验电荷q0，讨论试验电荷q0的受力情况。F与r有关，而且还与试验电荷q0有

7、关。（3）电场强度试验电荷将受到源电荷的作用力与试验电荷电量的比值F/q0则与试验电荷无关，可以反映电场本身的性质，用这个物理量作为描写电场的场量，称为电场强度（简称场强）。电场中某点的电场强度在数值上等于位于该点的单位正试验电荷所受的电场力。电场强度的方向与电场力的方向一致（当q0为正值时）。单位：N.C-1或V.m-1电场强度是电场的属性，与试验电荷的存在与否无关，并不因无试验电荷而不存在，只是由试验电荷反映。3、电场力电荷q在电场E中的电场力当q>0时，电场力方向与电场强度方向相同；当q<0时，电场力方向与电场强度方向相反。在真空中，点电荷Q放在坐标

8、原点，试验电荷放在r处，由库仑定律可知试验电荷受到的电场力为点电荷