大学物理(清华班)第1章课件.ppt

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1、第一章静止电荷的电场ElectricFieldofRestCharges本章主要内容§1-1电荷§1-2Coulomb定律§1-3电场和电场强度§1-4静止点电荷的电场及其叠加§1-5电场线和电通量§1-6Gauss定理§1-7利用Gauss定理求静电场分布§1-1电荷Charges电荷相互作用的特征是：同性相斥，异性相吸。通过对电荷的相互作用的研究，人们认识到电荷有两种类型：正电荷和负电荷，或称两种极性。positive/negativecharge电荷及其种类电荷的量子化quantization电荷的量值为电量（q,Q），电量的国际单位：库仑（C)电子是自然界中存在

2、的负的基元电荷，质子是正的基元电荷。实验证明：电荷电量总是一个基元电荷电量e的整数倍：q=Ne进一步的实验测得（Millikan油滴实验，1913）：e=1.60217710-19C(正是电子、质子的电量大小)电荷电量的代数和不变，意味着电荷可以产生和消失，只是要等量的异性电荷同时产生或消失。电荷守恒定律：对于一个封闭的带电系统，电荷电量的代数和保持不变。这是大量实验总结出的结论。电荷守恒定律电荷的相对论不变性在不同的参照系中观察同一带电系统，电荷的电量不变。§1-2Coulomb定律CoulombLaw点电荷是一种理想模型，即忽略形状和大小的带电体（把带电体看作带电

3、的点）。点电荷点电荷模型是相对的。当带电体的线度比所研究的问题中涉及的距离小得多时，就可以把该带电体当作点电荷，否则点电荷模型就不适用。Coulomb定律（1785年，法C.A.Coulomb，扭秤实验）定律：真空中两个静止点电荷的相互作用力与两电荷的电量的乘积成正比，与它们距离的平方成反比；作用力的方向沿着两电荷的连线，且同性相斥，异性相吸。保守力？说明：Coulomb定律的适用条件：真空中静止于惯性系的点电荷，空气中近似成立静止电荷的相互作用力，无论是斥力还是引力，统称为库仑力或静电力。库仑力服从牛顿第三定律。库仑力是电磁相互作用的一种形式。实验给出比例常数：k

4、=8.9880×109N·m2/C2。国际单位制将k表示成：真空介电常数真空电容率实验表明：两个点电荷的作用力，不因第三个电荷的存在而受到影响。因此，库仑力满足叠加原理：库仑力服从叠加原理当一个点电荷同时受到多个点电荷作用时，该点电荷的受力等于其他各个点电荷单独存在时对它作用的力的矢量和。返回§1-3电场和电场强度ElectricFieldandElectricFieldIntensity库仑力是长程力，电荷与电荷的相互作用靠什么传递？近代物理的理论认为，传递相互作用的是一种物质，并提出：电荷之间的相互作用是靠一种特殊形态的物质——电场来传递的。而且，电场的存在和它的物质

5、性已为实验所证实。电荷电荷1.电场静电场——静止电荷产生的电场。electrostaticfield静电场对电荷的作用力称为静电场力。电荷在其周围空间激发电场；电场中的其它电荷受到电场施加作用力。电场库仑力=静电场力2.电场强度考察一检验电荷q0在电场中所受的电场力，对q0要求：q00，它的存在不影响待测电场；q0的线度0，它的位置表示电场中的一点。实验表明：在空间确定点，F/q0与q0大小无关；的方向也与q0无关（q0符号不变）。场源场点因此，完全决定于电场本身的特性。于是定义：电场强度——单位检验正电荷在电场中所受的力，即§1-4静止点电荷的电场及其叠加Elec

6、tricFieldofaRestPointChargeanditsSuperposition1.静止点电荷的电场由场强的定义，得场源为点电荷q，位于原点O，任意场点P的位矢为，则q在P点产生的场强为。由Coulomb定律，P点的检验电荷q0受力为点电荷的场强具有球对称性：场强的方向,或沿径向背离球心，或沿径向指向球心。查看2.场强叠加原理及其应用电场中某点的总场强等于各点电荷单独存在时对该点产生的场强的矢量和。如果场源为多个点电荷q1,q2,…,qn构成的点电荷系。场强叠加原理：点电荷系的场强的计算公式应用场强叠加原理，原则上可以求解任意带电体所产生的场强。对连续分布的带电体

7、，可将其分割成许多可近似当作点电荷的小块，各块电量分别为Dq1,Dq2,…,Dqn，则线电荷密度面电荷密度体电荷密度电荷分布类型线分布面分布体分布电荷元场强化为分量形式返回[例1]求电偶极子中垂线上任何一点的场强。解：正、负电荷单独在P点产生的场强分别为由对称性可知电偶极矩(电矩):y并考虑场强的方向，利用l<