真空中的静电场1

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1、第八章真空中的静电场(ElectrostaticFieldinVacuum)相对于观察者为静止的电荷所激发的电场为静电场；本章研究：1、真空中静电场的基本特性；2、引入描述电场的的基本物理量——电场强度和电势；3、在库仑定律和场强叠加原理的基础上建立高斯定理和场强环路定理；4、讨论电场强度和电势之间的关系。电荷量（电量）：表示物体所带电荷多寡程度的物理量称为电荷量，用q表示，国际制单位为库仑。电子（质子）是自然界带有最小电荷量的粒子。任何带电体或微观粒子所带的电荷量都是电子（质子）电荷量的整数倍。

2、一个电子的电荷量为e=1.6×10-19C点电荷(pointcharge)：——理想模型,若带电体的线度<<带电体间的距离，则带电体可看成点电荷。§8-1电荷库仑定律(coulomblaw)这一节的主要内容：引入三条实验规律电荷守恒定律库仑定律电场力的叠加原理表述1：在任一物理过程中，电荷既不能产生，也不能消灭，只能从一个物体转移到另一物体，或从物体的一部分转移到另一部分。表述2：在一个与外界无电荷交换的系统内进行的任何物理过程中，电荷的代数和保持不变。这是一条在一切已发现的宏观过程和微观过程中都

3、普遍遵守的规律。电荷守恒定律表述：实验表明，真空中两个静止点电荷间作用力的大小与两电量的乘积成正比，与两电荷之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着两电荷的连线，同号相斥，异号相吸。适用条件：(1)点电荷(2)真空——没有电介质(3)电荷静止库仑定律(coulomblaw)有理化米-千克-秒-安培制1.国际单位制(SI)q-库仑(C)，F-牛顿(N)，r-米(m)k＝8.9880×109N·m2/C22、有理化引入常数，使0——真空介电常量(真空电容率)(permittivityofvacuum)

4、0≈8.85×10－12C2/N·m2库仑定律（有理化后）设在n个点电荷组成的点电荷系中，引入另一点电荷q0，实验表明，各个点电荷对q0的作用力是彼此独立的，q0受到的合力等于各个点电荷单独存在时对q0所施作用力的矢量和，即：库仑定律和静电力的叠加原理，原则上可以解决静电学的全部问题。电场力的叠加原理§8-2电场电场强度问题：两个静止电荷的相互作用力是通过什么途径发生的？超距观点：电荷电荷近距观点：电荷电场电荷近代物理的发展证明，超距观点是错误的，近距观点是正确的。电荷之间的相互作用，是通过其中

5、一个电荷所激发的电场对另一个电荷的作用来传递的。这种传递虽然很快（约为3×108m/s），单仍需要时间。电场(electricfield)1、电荷产生电场2、电场性质(1)对处于电场中的其他带电体有作用力（电场力）；(2)在电场中移动其它带电体时，电场力要对它作功。静电场：相对于观察者静止的电荷在其周围激发的电场。电场强度(electricfieldintensity)引入：电场强度是从电荷在电场中受力的角度来描述电场的一个物理量，电场中某一点的电场强度定义为：电场强度的单位是：N/C即，任意电场

6、中，某点的电场强度E是表征该点电场特性的矢量。其大小等于位于该点的单位电荷(试探电荷)所受的电场力的大小，方向为该点正试探电荷所受电场力的方向。试探电荷(testcharge)(电量小、线度小)电场强度(electricfieldintensity)由E+_q0q0电场强度的计算（1）点电荷的场强欲求点电荷q(源电荷)在p点(场点)产生的电场，在p点放一试探电荷q0，则由库仑定律和电场强度定义，其受力为p点处的电场强度为：（2）场强叠加原理和点电荷系的场强对n个点电荷组成的点电荷系，电场中某点P处

7、的电场强度等于各个电荷单独在该点产生的电场强度的叠加(矢量和)。源电荷：q1、q2、…、qnp点放检验电荷q0，q0受力两边除以q0得p点场强设各个源点电荷指向P点的矢量为：各点电荷在p点处激发的电场强度分别为由场强叠加原理，点电荷系在p点激发的总场强：（3）连续分布电荷的场强（任意带电体激发的场强）首先引入连续分布电荷的概念实际带电体上的电荷分布是不连续的，但是，在考察物体的宏观电性质时，实验观察到的电现象是带电体上大量基元带电粒子所激发电现象的平均效果，因此，从宏观角度出发，可以把电荷看作连续

8、分布在带电体上。为了表征电荷在带电体上任一点附近的分布情况，引入电荷密度的概念电荷密度1、电荷分布在整个体积内——电荷体密度2、电荷分布在极薄的表面层里——电荷面密度3、电荷分布在细长线上——电荷线密度计算任意带电体所激发的场强对电荷连续分布的实际带电体，可以想象将其分割成许多足够小的电荷元dq，每一电荷元都可以看作点电荷，于是，电荷元dq单独产生的电场的强度为：带电体的全部电荷在P点激发的场强，是所有电荷元在P点所激发的场强的矢量和：典型场强结果1、点电荷的场强2、均匀带电无限长