电荷和静电场

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1、第九章电荷和静电场电磁学的研究对象：电磁运动的规律。电磁运动—物质的一种基本运动形式。1第九章电荷和静电场§9-1电荷和库仑定律§9-2电场和电场强度§9-3高斯定理§9-4电势及其与电场强度的关系§9-5静电场中的金属导体§9-6电容和电容器§9-7静电场中的电介质2§9-1电荷和库仑定律一、电荷1.两种电荷：毛皮与硬橡胶棒棒吸引小物体带电摩擦(有电荷)摩擦不同物体知：电荷正电荷负电荷同种电荷互相吸引异种电荷互相排斥2.物质的电结构：物质由大量的分子、原子组成。3原子带正电的质子带负电的电子不带电的中子正常正、负电数

2、目相等—电中性外界作用原子正、负电数目不相等获电子带负电离子失电子带正电离子—电离静电感应实验与摩擦起电实验表明：起电过程是电荷从物体间转移过程。一个物体失去电子，必有另一物体获得电子。43.电荷守恒定律：一个与外界没有电荷交换的孤立系统，无论发生什么变化，整个系统的电荷总量(正、负电荷的代数和)，必定保持不变。定律的适用范围：宏观过程微观过程4.电量：带电体所带电荷的多少。电量的基本单元为：e=1.602×10–19C质子—e，电子—－e，物体所带电量：q=ne夸克和反夸克—±1/3或±2/3—量子化的55.电荷的相

3、对不变性：在不同参考系内观察同一带电粒子的电量不变。二、库仑定律1.点电荷：当带电体自身的大小与带电体之间的距离相比很小时。2.库仑定律：其中：—真空电容率(真空中的介电常数)··q1q26定律的适用条件：只适用与点电荷。3.自然界存在四种力：强力、弱力、电磁力、万有引力两质子间的尺度(m)110-910-210-39在原子的构成、分子合成及固体形成和液体的凝聚等，库仑力起着主要作用。7§9-2电场和电场强度一、电场1.电荷间的作用：电荷之间的相互作用力是通过电场作用的。＋○＋○q1q2电场作用的传递速度与光速相同。2

4、.电场的产生：电荷激发电场作用电荷激发作用83.电场力电场对处于其中的任何其它电荷都有作用力电场力(库仑力)4.静电场相对于观察者静止的电荷在其周围空间产生的电场二、电场强度1.试探电荷q0带正电荷且足够小不影响原有电场分布电荷的线度很小点电荷92.电场强度定义：矢量大小：单位q0在某点受电场力的大小方向：与q0受力方向一致注意：(1)是描写电场自身性质的物理量，只要场一定，场中任意点的场强就确定；(2)引入试探电荷q0仅仅是为了量度电场的，与q0无关；(3)的定义式只适用于点电荷产生的电场。例:q0增一倍，也增一倍,

5、但不变,即与q0无关10三、电场强度的计算1.单个点电荷产生的电场大小：方向：当q0>0时，与同向当q0<0时，与反向2.多个点电荷产生的电场n个点电荷：q1、q2、…、qn电场力：、、…、在空间P点产生的电场场强叠加原理：点P的电场强度等于各个电告电荷单独在点P产生的电场的矢量和。11P点的电场强度：即矢量和例：P2739-2(方向如图)··+q-qlxy·Q123.任意带电体产生的电场从宏观上看：电荷是连续分布的从微观上看：电荷集中在一个个带电的微观粒子(如电子、原子核)上。(1)把带电体分成许多微小的电荷元dq(

6、点电荷)；(2)计算各电荷元在空间任一点P所产生的电场强度(同点电荷计算方法)；(3)求整个带电体在P点产生电场强度(矢量和)。电荷分布情况体分布在一定体积内连续分布面分布在一定曲面上连续分布线分布在一定曲线上连续分布13引入电荷密度体密度ρ：面分布σ：线分布λ：电场强度的计算：电荷元dq在空间任一点P产生的电场强度整个带电体在空间任一点P产生的电场强度14分量：体分布：面分布：线分布：计算的关键：①确定dq;②确定dr。15§9-3高斯定理一、电场线：1.电场中电场强度的特点电场空间中每一点的电场强度都具有一定的大小

7、和方向。记作：·(1)曲线上每一点的切线方向都与该点的电场强度的方向相同；(2)曲线的疏密程与的大小相同(或成正比)162.电场线的基本性质：(1)起自正电荷，止于负电荷；或来自无穷远，伸向无穷远；但不会在无电荷处中断(2)电场线不会形成闭合线；(3)没有点电荷的空间，任何两条电场线不会相交；(4)若带电体系中正、负电荷一样多，则由正电荷出发的全部电场线都集中到负电荷上去。3.用电场线密度描述电场强度大小：电场线密度通过垂直于的单位面积的电场线数目dφe/dS⊥。17电场线稀疏电场强度E小电场线密集电场强度E大二、电通

8、量：取比例系数为1电通量1.为匀强电场时SΦe=ES(S与E垂直)SS’θΦe=EScosθ(S与E不垂直)182.为非匀强电场时dsS当dS与不垂直时·θθdS⊥dSdS⊥=dScosθ∴dΦe=EdS⊥=EdScosθ沿整个曲面的积分3.电通量的定义：S面上任一点的电场强度与该点处面元的标量在整个曲面S上的代数积。194.通过