大学物理学 少课时 教学课件 作者 邹艳 第八章 静电场.ppt

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1、静电场第八章§8-1电荷库仑定律§8-2静电场电场强度§8-3静电场的高斯定理§8-4静电场的环路定理§8-5电势§8-6静电场中的导体§8-7静电场中电介质§8-8电容电容器§8-1电荷库仑定律一、电荷对电的最早认识：摩擦起电和雷电两种电荷：正电荷和负电荷电性力：同号相斥、异号相吸电荷量：物体带电的多少1、电荷和电荷的量子化宏观带电体的带电量qe，准连续夸克模型e=1.60210－19C，为一个电子所带电荷量电荷量只能取分立的、不连续量值的性质，称为电荷的量子化。Q=NeN=±1,2,3…2、电荷守恒定律物质由原子组成，原子由原子核和核外电子组成，原子核又由中子和质子

2、组成。中子不带电，质子带正电，电子带负电。质子数和电子数相等，原子呈电中性。由大量原子构成的物体也就处于电中性状态，对外不显示电性。物质的电结构理论起电的实质所谓起电，实际上是通过某种作用，使物体内电子不足或者过多而呈现带电状态。通过摩擦可是两个物体接触面温度升高，促使一定量的电子获得足够的动能从一个物体迁移到另一个物体，从而使获得更多电子的物体带负电，失去电子的物体带正电。电荷守恒定律实验证明，在一个与外界没有电荷交换的系内,无论经过怎样的物理过程，系统正、负电荷量的代数和总是保持不变。如：正电子1.点电荷可以简化为点电荷的条件:当带电体的形状和大小与它们之间的距离相比可忽

3、略时，这些带电体可看作是点电荷。rq1dq2二、库仑定律2.库仑定律1785年，库仑从扭秤实验结果总结出了库仑定律扭秤即：库仑定律在真空中，两个静止点电荷之间相互作用力与这两个点电荷的电荷量q1和q2的乘积成正比，而与这两个点电荷之间的距离r12（或r21）的平方成反比，作用力的方向沿着这两个点电荷的连线，同号相斥，异号相吸。单位制有理化ε0为真空电容率，则真空中库仑定律数学形式:静电力的叠加原理：1Fr实验证明，当空间中有两个以上的点电荷时，作用在某一点电荷上的总静电力等于其它各点电荷单独存在时对该点电荷所施静电力的矢量和，这一结论叫做静电力的叠加原理。说明：1.“静止”是

4、指惯性系中相对于观察者静止。2.适用于点电荷。3.q1、q2取代数值。4.遵守牛顿第三定律。例题8-1试求氢原子核与电子间库仑力与万有引力之比。解：氢原子核是一个质子，其质量，带电量，核外只有一个电子，其质量,带电量两者相距。应用万有引力定律,电子和质子之间的万有引力为按库仑定律计算,电子和质子之间的静电力为由此得静电力与万有引力的比值为§8-2静电场电场强度一、静电场两种观点{超距作用作用作用电场电荷1电荷2电场1电场2电荷1电荷2产生作用作用产生静电场：相对于观察者静止的电荷在周围空间激发的电场。电场力：电场对处于其中的其他电荷的作用力，电荷间的相互作用力本质上是各自的电

5、场作用于对方的电场力。二、电场强度试验电荷q0{点电荷(尺寸小)q0足够小，对待测电场影响极小定义电场强度q0电场中某点的电场强度等于单位正电荷在该点所受的电场力。q01.电场强度定义电场强度的单位：N/C或V/m由电场强度计算电场力：电场对正负电荷作用力的方向：+如果电场中各个点的电场强度大小和方向都相同，那么这种电场就叫匀强电场。场点源点（1）点电荷的电场q+2.电场强度的计算（2）电场强度叠加原理和点电荷系的场强qqi对的作用电场强度叠加原理++-点电荷系的电场q2qnq1qiPrnr2r1ri可见，点电荷系在空间任一点所激发的总场强等于各个点电荷单独存在时在该点各自所

6、激发的场强的矢量和。电荷面分布电荷体分布电荷线分布dSdVdqld（3）任意带电体的电场电荷元：P.电荷元场强对于电荷连续分布的带电体，在空间一点P的场强为：电荷体分布：电荷面分布：电荷线分布：求解连续分布电荷的电场的一般步骤：依几何体形状和带电特征任取电荷元dq；写出电荷元dq的电场表达式dE；写出dE在具体坐标系中的分量式，并对这些分量式作积分；·将分量结果合成，得到所求点的电场强度。例题8-2试求间距很近的一对等量异号点电荷的延长线和中垂线上一点的场强。解：由间距为的一对等量异号点电荷组成的带电系统，当>>时称为电偶极子。从负电荷指向正电荷位置矢量称为电偶极臂，电量与电

7、偶极臂的乘积称为电偶极距（简称电距）。设水平向右为正方向,A点总场强为电偶极子轴线的延长线上任一点A(x,0)的电场yxA(x,0)+++因为x>>lr电偶极子中垂线上任一点的电场+用矢量形式表示为若rl结论：电偶极子中垂线上，距离中心较远处一点的场强，与电偶极子的电矩成正比，与该点离中心的距离的三次方成反比，方向与电矩方向相反。PxRr解：例题8-3试求半径为R均匀带电为q的细圆环轴线上任一点的场强。。所以，由对称性当dq位置发生变化时，它所激发的电场矢量构成了一个圆锥面。由对称性xPRr即在圆环