真空中的静电场课件.ppt

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1、电磁学第七章　　真空中的静电场内容：1.电荷2.库仑定律3.电场强度4.电场强度通量高斯定理5.静电场的环路定理6.　电势能　电势*7.电场强度与电势梯度8.静电场中的电偶极子重点：电场强度、电势及其计算、高斯定律及其应用难点：求连续带电体的电场，高斯定律的理解，电势梯度1.电荷的种类：正电荷、负电荷电荷的产生方式：摩擦起电、静电感应7.1电荷7.1.1电荷概念7.1.2电荷的基本性质2.电荷的量子性1906～1917年，密立根用液滴法测定了电子电荷，证明微小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是基本电荷e的整数倍，粒子

2、的电荷是量子化的。电荷量子化是个实验规律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电荷量子化已在相当高的精度下得到了检验。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。质子与电子的电量在实验误差为，中子不带电，实验误差也为3.电荷守恒电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程，是物理学中普遍的基本定律之一。在孤立系统中，不管系统中电荷如何迁移，系统的电荷的代数和总保持不变.4.电荷的相对论不变性在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。7.2库仑定律表示单位

3、矢量7.2.1库仑定律的内容为由场源电荷指向受力电荷的单位矢量库仑定律只能用于真空中的点电荷（空气中也近似应用）库仑定律是直接从实验总结出来的规律电子和质子之间的静电力与万有引力的比值为2.261039库仑力满足牛顿第三定律真空介电常数：7.2.2　电力的叠加原理对分立带电体对连续带电体两个以上的点电荷之间的作用力并不因为第三个电荷的存在而有所改变，等于每个电荷单独存在时对该电荷作用力的矢量和。例7－1:试求氢原子中电子与原子核之间电力与万有引力之比。解：已知电子和质子的电量分别是-e和+e，电子质量me=9.1×1

4、0－31kg，质子的质量mp=1.7×10－27kg。氢原子中电子与原子核（质子）之间电力和它们之间的万有引力大小分别为例7－2：有一带电量为q的点电荷与长为l、线电荷密度为λ的均匀带电绝缘细棒沿同一直线放置，棒近端与点电荷相距为l（如图），求棒与点电荷间的静电相互作用力的大小。0dqxdxq解：在细棒上任取电荷元dq，建立如图坐标，dq＝dx，dq电荷元与点电荷q间的相互作用力为则细棒与点电荷间的相互作用力的大小为7.3电场强度7.3.1电场(电场是种特殊形式的物质)历史上两种观点：（1）沿袭牛顿力学“超距作用”（

5、2）法拉第场论观点电场:带电体周围存在的一种特殊物质静电场:相对观测者静止的电荷周围存在的电场变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量电荷电荷电场电场的最重要的表现a）对电荷有力的作用b）静电力对电荷做功7.3.2　电场强度（场强）（1）试验电荷（q0）：带电量很小（不影响原电场的分布）；线度很小（位置准确）（2）电场强度的定义（N/C）7.3.3　点电荷的电场强度（q的正负产生电场方向的讨论）电荷在电场中受电场力演示程序：点电荷的电场线分立点电荷系电场：7.3.4　电场强度叠加原理电场强度满足矢量叠加原理：电场中

6、任意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+q-qqql7.3.5　有关场强的计算1.分立电荷系的场强例7－3：求电偶极子延长线上和中垂线上任意点的电场强度。（相隔一定距离的等量异号一对点电荷系，当点电荷+q和-q的距离l比从它们到所讨论的场点p的距离小得多时，此电荷系称电偶极子。用l表示从负电荷到正电荷的矢量线段）电偶极矩（电矩）（1）对延长线上P点（如图）（2）对中垂线上P点（如图）在带电体上任取一电荷元dq，由点电荷的场强公式2.电荷连续分布的带电体的场强对各电荷元的场强求矢量和(即求积分)积

7、分元的选取：A）线分布B）面分布C）体分布电荷面密度电荷线密度电荷体密度说明：因电场强度是矢量，故（1）取坐标系，例如直角坐标（5）分别积分（6）求合场强（4）根据几何对称关系确定积分变量是矢量积分，矢量积分需注意按如下步骤进行（2）选积分元，写出dE（3）分析dE的投影分量式xy0例7－4：一线电荷密度为的均匀细棒，长为L，求与棒垂直距离为x的任一点的场强。设场点P与棒的上下端的连线与x轴的夹角为1、2。解：在细棒上任取一dq的电荷元，此电荷元在P点产生的电场为由于而LxdEdExdEyrdyy21xy

8、0LxdEdExdEyrdyy12同理，在棒的中垂线上，1=2=，则方向垂直带电直线而指向远离直线一方E若带电线无限长：例7－5：计算带电量为q的均匀细圆坏（半径为R）的轴线上与环心相距x的P点的场强。解：在环上上任取一dq的电荷元，此电荷元在P点产生的电场为据对称性分析，Ey=0，合电场沿x轴方向，为方向沿x轴正向