大学物理教程课件讲义第七章静电场.ppt

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1、大学物理教程第7章静电场7.1电荷库仑定律7.2电场电场强度7.3电通量静电场的高斯定理7.4静电场的环路定理电势7.5导体和电介质中的静电场7.6电容电容器7.7静电场的能量7.1电荷库仑定律电荷及其性质7.1.11.电荷电是物质的一种基本特性.物质的电性质来自物质的微观结构。雷电是人类最早观察到的电现象,人们对电现象的研究始于摩擦起电.实验证明，自然界中只有两种不同的电荷——正电荷和负电荷。美国物理学家富兰克林将其中的一种命名为正电荷，另一种命名为负电荷。同号电荷互相排斥，异号电荷互相吸引。电量是定量描述电荷多少的物理量。在国际单

2、位制中，电量的单位为库仑（C）。7.1电荷库仑定律2.电荷的量子化实验证明，自然界中带电体所带的电量总是一个基本单元的整数倍。物体所带的电荷不是以连续的方式出现，而是以一个个不连续的量值出现的，电荷的这种特性称为电荷的量子化。电荷的基本单元就是一个电子所带电量的绝对值。7.1电荷库仑定律3.电荷守恒定律大量实验表明，一切由摩擦起电的过程其实都是使物体上的正、负电荷分离或转移的过程，在这个过程中，电荷既不能被创造也不能被消灭，即在一个孤立的系统中，无论发生怎样的物理过程，系统中所有正、负电荷的代数和始终保持不变，这就是电荷守恒定律.电荷守

3、恒定律不仅适用于宏观领域，在微观领域也是成立的。7.1电荷库仑定律4.电荷的相对论不变性实验还证明，一个电荷的电量与它的运动状态无关，即在不同的参考系中测量的同一带电粒子的电量相同，电荷的这一特性称为电荷的相对论不变性。7.1电荷库仑定律库仑定律7.1.2带电体之间的相互作用十分复杂。它与带电体的电量、体积、形状以及带电体间的相对位置等因素有关。当带电体本身的几何限度远小于它到其他带电体的距离时，带电体的形状、大小及电荷的分布对相互作用力的影响可忽略，我们可以把带电体看作点电荷。点电荷是一个理想模型。如图7.1所示。图7.1两静止点电

4、荷的相互作用力7.1电荷库仑定律静电力叠加原理7.1.3实验事实指出，两个点电荷之间的相互作用力并不因为第三个点电荷的存在而有所改变。因此，两个以上的点电荷对一个点电荷施加的作用力等于各个点电荷单独存在时对该点电荷的作用力的矢量和。这个结论称为静电力叠加原理。每个点电荷所受的总静电力，等于其他点电荷单独存在时作用在该点电荷上的静电力的矢量和。数学表达式为7.2电场电场强度电场7.2.1关于两个带电物体之间的相互作用是怎样进行的呢？在物理学史上，曾经有过不同的看法。在一个很长的时期内，人们认为两个电荷之间的相互作用和两个质点之间的引力作

5、用一样，都是超距作用，即一个电荷对另一个电荷的作用力是隔着一定的空间距离直接给予的，不需要中间物体的传递，也不需要时间。直到19世纪30年代，法拉第提出了另一种观点。7.2电场电场强度电场强度7.2.2为了定量描述电场，我们从电场物质性表现——位于静电场中的任何带电体都会受到电场的作用力，引入描述电场的物理量。电场的分布是空间连续的，我们在电场中放入电量足够小的点电荷q0，称为试验电荷，逐点观察电场中场点的受力情况。如图7.2所示。7.2电场电场强度图7.2试验电荷在场中不同位置的受力情况7.2电场电场强度电场强度的计算7.2.31

6、.点电荷电场中的场强设真空中有一点电荷q，求该电荷所产生的电场强度分布。如图7.3所示。图7.3点电荷的场强7.2电场电场强度2.场强叠加原理7.2电场电场强度7.3电通量静电场的高斯定理电场线7.3.1为了形象地描述电场分布，引入了电场线。图7.8给出了两种电场线实验图。其中，图7.8(a)为一对等量正电荷的电场线，图7.8(b)为一对电偶极子的电场线.通过观察，发现利用电场线完全可以对电场中各点的场强分布情况给出一个比较直观的图像。7.3电通量静电场的高斯定理图7.8两种静止电荷的电场线实验图7.3电通量静电场的高斯定理

7、电场线为电场中假想的一组有方向的曲线。如图7.9所示，我们规定曲线上每一点的切线方向表示该点场强的方向。图7.9电场线与场强的关系7.3电通量静电场的高斯定理电通量7.3.2通量是描述场物质性的一个重要的物理量.在任意电场中，取一个假想的面.即使是在带电体上，也可以按照需要在电场中的场点上任取一个曲面.我们定义电场中通过任意给定曲面的电场线条数称为通过该曲面的电场强度通量，简称电通量，用Φe表示。电通量是标量。我们先讨论最简单的情况.假设在均匀电场中，有一与场强E垂直的平面S，如图7.10(a)所示。如图7.10(b)所示。7.3

8、电通量静电场的高斯定理图7.10匀强电场中穿过平面的电通量7.3电通量静电场的高斯定理若在非均匀电场中，有一曲面S，如图7.11所示。图7.11非均匀电场中通过任意曲面的电通量7.3电通量静电场的高斯定