中南大学物理电磁学课件1静电场-1

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1、普通物理（下）授课老师：彭政2012年下学期电磁学教材：《新概念物理学》电磁学赵凯华、陈熙谋静电场----相对于观察者静止的电荷产生的电场需要掌握的主要内容两个物理量：电场场强、电势；一个实验规律：库仑定律；两个定理：高斯定理、环路定理静电场第一章（导体，电介质）电荷守恒定律：在一个与外界没有电荷交换的系统内,正负电荷的代数和在任何物理过程（宏观和微观）中保持不变。——物理学中最普遍的基本定律之一电荷的量子化效应：q=ne1电荷库仑定律一、电荷的量子化电荷的种类：正电荷、负电荷电荷的性质：同号相斥

2、、异号相吸电量：电荷的多少单位：库仑符号：C二、电荷守恒定律三、库仑定律——真空介电常数。——单位矢量，由施力物体指向受力物体。——电荷q1作用于电荷q2的力。真空中两个静止的点电荷之间的作用力（静电力），与它们所带电量的乘积成正比，与它们之间的距离的平方成反比，作用力方向沿着这两个点电荷的连线。讨论库仑定律包含同性相斥，异性相吸这一结果。所以库仑力与万有引力数值之比为电子与质子之间静电力（库仑力）为吸引力电子与质子之间的万有引力为例：在氢原子中，电子与质子的距离为5.310-11米，试求静电力

3、及万有引力，并比较这两个力的数量关系。忽略！解：由于电子与质子之间距离约为它们自身直径的105倍，因而可将电子、质子看成点电荷。数学表达式离散状态连续分布静电力的叠加原理作用于某电荷上的总静电力等于其他点电荷单独存在时作用于该电荷的静电力的矢量和。库仑定律成立条件、适用范围、精度条件：静止、真空、点电荷库仑定律是实验定律，平方反比规律一定严格的么？如果违反了会怎么样？一些思考：静止：点电荷相对静止，且相对于观察者也静止该条件可以拓宽到静源——动电荷，不能延拓到动源——静电荷？因为作为运动源，有一个

4、推迟效应。问题：上述结论是否与牛顿第三定律矛盾？结果合理吗？被作用者静止，满足牛三被作用者运动，由于推迟势，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，作用力不对等将场包含进去，依然满足牛顿第三定律真空条件作用：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、导体点电荷理想模

5、型（已学过的）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。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精度：Coulomb时代1971年理论地位和现代含义库仑定律是静电学的基础，说明了带电体的相互作用问题原子结构，分子结构，固体、液体的结构化学作用的微观本质都与电磁力有关，其中主要部分是库仑力静电场的性质后果？静电场的基本定理——高斯定理将不成立动摇了电磁理论的基础电力平方反比律与m光（静）是否为零有密切关系m光是有限的非零值？还是一

6、个零？有本质的区别现有理论以m光=0为前提,若m光不为零，后果严重电动力学的规范不变性被破坏电荷将不守恒光子偏振态要发生变化黑体辐射公式要修改会出现真空色散，即不同频率的光波在真空中的传播速度不同，从而破坏光速不变。——很严重！静电力的两种观点：电荷电荷“电力”应为“电场力”。力的传递不需要媒介，不需要时间。超距作用：近距作用：法拉第指出，电力的媒介是电场，电荷产生电场；电场对其他电荷有力的作用。电场电场电荷A电荷B产生产生作用作用2电场强度当电荷静止不动时，两种观点的结果相同。但当电荷运动或变化

7、时，则出现差异。近代物理学证明“场”的观点正确。电场电荷电荷电（磁）场可以脱离电荷和电流独立存在，具有自身的运动规律，具有动量，能量——电（磁）场是物质的一种形态！一、电场叠加性研究方法：能法—引入电势u力法—引入场强对外表现：a.对电荷（带电体）施加作用力b.电场力对电荷（带电体）作功二、电场强度场源电荷试验电荷a.由是否能说，与成正比，与成反比？讨论b.一总电量为Q>0的金属球，在它附近P点产生的场强为。将一点电荷q>0引入P点，测得q实际受力与q之比为，是大于、小于、还是等于P点的三点电荷的

8、电场强度四、场强叠加原理点电荷系点电荷系的电场场强在坐标轴上的投影连续带电体连续带电体的电场电荷元随不同的电荷分布应表达为体电荷面电荷线电荷例1．电偶极子如图已知：q、-q、r>>l，电偶极矩求：A点及B点的场强解：A点设+q和-q的场强分别为和五、电场强度的计算对B点：结论一般情况（习题1-8）EE○qE-q+qpPr例2计算电偶极子在均匀电场中所受的合力和合力矩已知解：合力合力矩将上式写为矢量式力矩总是使电矩转向的方向，以达到稳定状态可见：力矩最大；力矩最小。例