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1、第五章静电场库仑定律高斯定理静电场力的功电势静电场中的电介质静电场的能量2021/10/4早期，人们通过毛皮与琥珀的摩擦和对自然界闪电的观察发现了电相互作用现象.对电的定量研究则始于库仑定律.§5-1库仑定律2021/10/4电荷是构成物质的基本粒子的一种性质,不能脱离物质而存在.只存在两种电荷——正电荷和负电荷,同种电荷相斥,异种电荷相吸.一.电荷的基本性质“渐近自由”“夸克禁闭”2021/10/4电荷量子化(chargequantization)1906-1917年,密立根用液滴法首先在实验上证明了电荷量的
2、变化是不连续的.微小粒子带电荷量Q=Ne元电荷e1.60210-19CC(库仑)是电荷量的单位,它是由A(安培)导出的,导线中有1A电流,1s内流过导线横截面的电荷量为1C.密立根迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷，质子是最小的正电荷。1986年的推荐值为：e=1.60217733×10-19库仑(C)库仑是电量的国际单位。2021/10/4电荷的相对论不变性带电粒子的电荷量不因其运动状态的变化而发生变化.电荷守恒定律(lawofconservationofcharge)在一个与外界没有电荷交换的系统
3、内,正负电荷的代数和在任何物理过程中保持不变.电荷守恒定律是物理学中的基本定律.点电荷：当带电体的几何线度远小于带电体间的距离时，带电体的形状和电荷的分布对带电体间的相互作用已无影响，带电体可看作点电荷2021/10/41785年,库仑通过扭称实验得到.表述为：在真空中,两个静止点电荷之间的相互作用力大小,与它们的电荷量的乘积成正比,与它们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着它们的连线,同种电荷相斥,异种电荷相吸.二.库仑定律2021/10/4以表示电荷q1对电荷q2的作用力,q1q2q1q2表示由电荷q1指
4、向电荷q2的单位矢量,则而电荷q2受到电荷q1的作用力为真空中两静止点电荷间作用力满足2021/10/4在国际单位制中,k写成08.8510-12C2·N-1·m-2,称为真空电容率,也称为真空介电常数.库仑定律是一实验定律,其精确性已经受了各种检验,它在原子尺度内也是适用的,可正确描述电子与原子核间的作用力,而且对于原子结合成分子,原子、分子聚合成固体、液体的力也可给出正确说明.2021/10/4法拉第提出近距作用,并提出力线和场的概念.(一)电场(electricfield)存在于带电体周围空间的特殊
5、物质。电荷之间的相互作用是通过电场传递的，或者说电荷周围存在有电场，引入该电场的任何带电体，都受到电场的作用力，这就是所渭的近距作用。电荷电场电荷a.给电场中的带电体施以力的作用。b.当带电体在电场中移动时，电场力作功.表明电场具有能量。c.变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量表明电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性.1.电场的基本性质场源电荷建立电场的电荷静电场与观察者相对静止的场源电荷所产生的电场三.电场电场强度2021/10/42.静电场相对于观察者静止的电荷产生的电场是电磁场的一种特殊形式
6、雷电雷电2021/10/4(二)电场强度(electricfieldintensity)电场强度是描述场中各点电场的强弱的物理量.以单位电荷在电场中的受力来描述：一空间带电体,电荷量为Q,考察P点的场强,为此引入一试验电荷q放到P处,测量试验电荷受力状况.QPq试验电荷应满足的条件为电荷量充分地小线度足够地小P点处试验电荷受力为实验表明：P点比值与试验电荷无关电场强度定义为单位N/C或V/m力的单位是牛顿[N];电量的单位是库仑[C]场强单位是[N/C]。或者叫做[伏特/米]。2021/10/4点电荷在电场中受
7、的电场力电场强度与源电荷及场点位置有关,试验电荷在此仅为辅助的工具,与电场的存在与否无关.电场是矢量场,可用一空间坐标的矢量函数表示这样的函数表达了空间中各点的电场强弱及方向,表达了电场在空间的分布.场强的叠加原理：电场中任何一点的总场强，等于各个点电荷在该点各自产生的场强的矢量和。这就是场强叠加原理。2021/10/4(三).电场强度的计算1.点电荷的场强公式根据库仑定律和场强的定义由库仑定律由场强定义由上述两式得Qq试验电荷2021/10/4点电荷的电场特点：球对称;以1/r2衰减.从源电荷指向场点,r能等
8、于0吗？场强方向为正电荷受力方向.qQ+2021/10/42多个点电荷的电场iqq对的作用力qiq2qq12021/10/4例长为l均匀带电直线,电荷线密度为,求：如图所示P点的电场强度.解：在坐标x处取一个电荷元dq该点电荷在P点的场强方向如图所示,大小为xOdxrlPax2021/10/4由于各电荷元在P点的场强方向一致,则场强大小直接相加xOdxrlPax2021/10/4电场
