大学物理备课笔记04.pdf

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1、第四章静电场第四章静电场一般来说，运动的电荷会同时激发电场和磁场，相对于观察者静止的电荷则只产生的电场，称为静电场{electrostaticfield}。§4.1点电荷、库伦定律计划学时：1基本概念点电荷掌握基本关系或规律库伦定律掌握任务目标1.掌握电荷按点线面分布的密度；2.掌握真空中、介质中库仑定律的表达式（含矢量式）。作业我们知道，电荷{electriccharge}分为两种：正电荷{positivecharge}和负电荷{negativecharge}。近代物理揭示了电现象的本质：物质{matter}由原子{atom}组成；原子由带正电的原子核{atomicnucle

2、us}与带负电的核外电子{electron}组成；而组成原子核的中子{neutron}不带电，只有质子{proton}带正电；每一个质子和每一个电子的带电荷量都相等，但性质相反，所以正常情况下的原子质子与核外电子数相等，显电中性{electricneutrality}。一个孤立的系统，无论发生怎样的物理过程，电荷的代数和始终保持不变，这就是电荷守恒定律{lawofconservationofcharge}。物体所带的电量用Q（或q）表示，由电荷的微观理论可以知道，电量只能为电子（或质子）电荷量e的整数倍，即−19Q=ne（e=1.602×10C）物体所带的电量与参考系无关，是物

3、体自身的属性。近代研究还发现，组成~57~物理教研室Lyon12质子和中子的夸克{quark}带电量为e或e，但单独存在的夸克尚未发现。33一、点电荷与电荷分布点电荷{pointcharge}是一个理想模型，是把带电体抽象成空间的一个点，这个点集中了带电体所有的电量而无几何形状。所以，在分析实际问题时，只要带电体到考察点的距离远远大于带电体的线度，则带电体就可以看作点电荷。实际带电体可以看作若干点电荷组成，按线、面、体分布，于是，我们引入电荷密度的概念：dQdQdQ线分布λ=，面分布σ=，体分布ρ=dldSdV二、库仑定律库仑于1785年通过实验确定了两个点电荷相互作用的基本规

4、律，称为库仑定律{Coulomblaw}：在真空中，两电荷的作用力qq12F=k2r令F=F，则21qqqq1212F=kr=ke32rrr无论q与q的符号如何，均适用此式。1292−2其中k=9.0×10N⋅m⋅C，通常为使1−122−2−1今后的计算简单，将k表示为k=，其中ε=8.85×10C⋅m⋅N称为真空04πε0电容率（也称真空中的介电常数），所以，库仑定律也可写为：1qq12F=e2r4πεr0如果电荷在介质中，则库仑定律可写为1qq1qq1212F=e或F=e2r2r4πεεr4πεr0r其中ε为介质中的相对电容率，ε=εε为介质的电容率。r0r~58~第四章静

5、电场§4.2电场、电场强度计划学时：2基本概念静电场掌握电场强度重点、掌握基本关系或规律场强叠加原理重点、掌握任务目标1.掌握矢量积分的计算方法；2.理解不同形状带电体电场强度计算的分析方法；3.掌握均匀带电直导线（无限长、半无限长）、无限大均匀带电平板的电场强度，其余形状带电体的场强不需牢记其结论。作业I一、1I三、1.2II二、2.4一、静电场库仑定律仅仅给出了两个电荷相互作用的规律，但是并没有从本质上说明电荷间的作用是如何传递的。近代物理研究表明，电荷间的相互作用是通过场实现的，也就是说，在电荷周围存在着特殊形态的物质——电场{electricfield}。场是物质的一种

6、形态，有质量、能量，也有动量。静止的电荷周围存在的场称为静电场{electrostaticfield}，其对外表现主要有：(1)电场中的带电体都会受到电场力的作用；(2)电场会使置于其中的电荷移动，而对电荷做功；……电荷和电场间的作用可以如下方式表述：电荷⇔电场⇔电荷二、电场强度为了研究电场中任意一点的电场性质，我们可以引入验电荷。验电荷的电量应该足够小，以至于不影响原来的电场分布。我们发现，在电场内同一点，放置不同电量的验电荷q，验电荷所受的电场0力F的大小也不同，但F/q始终不变，于是我们定义电场强度（简称场强）0~59~物理教研室LyonFE=q0不难看出，场强的物理意义

7、是：单位电荷在该点所受的电场力；场强的单位−1−1是N⋅C，工程中通常应用V⋅m的量纲。【思考】如果把验电荷q移走，则该点的电场还是否存在？0若空间一点存在若干个点电荷产生的电场，则验电荷q0在该点受力F=∑Fi，iFFi则该处的总电场E==∑=∑Ei，即q0iq0iE=∑Eii这就是场强叠加原理：电场中任一点的场强等于各个点电荷单独存在时在该店产生的场强的矢量和。利用这一原理，我们可以计算任意带电体（即若干点电荷的集合）所产生的电场。三、场强的计算1、点电荷的电场设真空中点电荷q在其r处产