大学物理09真空中静电场课件.ppt

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1、第三篇电磁学内容包括：静电场——真空、介质；静磁场——真空、介质；电磁场——电磁感应；位移电流。麦克斯韦方程组第10章静电场第10章静电场§1电荷库仑定律§2电场电场强度§3电场线电通量§4静电场的高斯定理第11章静电场的环路定理电势一、掌握场强和电势的概念及叠加原理，掌握场强和电势的积分关系，了解其微分关系，能计算简单问题的场强和电势。二、理解静电场的高斯定理和环路定理，掌握用高斯定理计算场强的条件和方法。基本要求★静电场—相对观察者静止的电荷激发的电场。★研究路径：库仑定律力高斯定理功环路定理场强电势§1电荷库仑定律一、电荷和

2、电荷的量子性在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负电荷的二、电荷的守恒性(夸克带分数电荷)（密立根实验）=1.6010-19C—电荷量子代数和在任何物理过程中保持不变。（理想模型）三、点电荷四、真空五、库仑定律1785年，库仑通过扭称实验得到。1.表述在真空中，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联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。从施力电荷指向受力电荷若两电荷同号斥力若两电荷异号吸引力方向方向2.物理上如何处理K的取值一般情况下根据单位制来处理K的取

3、值问题：1)如果关系式中除K以外，其它物理量的单位已经确定，那么只能由实验来确定K值。K是具有量纲的量如万有引力定律中的引力常量G2)如果关系式中尚有别的量未确定单位，为了使定律的形式简捷就令K=1。K是无量纲的量如牛顿第二定律中的K施力受力3.SI中库仑定律的常用形式令（有理化）真空中的介电常数或真空电容率(10.3)库仑定律中的K的取法：国际单位制中1.库仑定律适用于真空中的静止点电荷；★注意：2.库仑定律是基本实验规律，宏观、微观均适用；3.库仑力遵守叠加原理：小结、库仑定律（实验定律，适用于点电荷）其中：(10.1)

4、一、电场(electricfield)电荷周围存在电场1.电场的宏观表现对放其内的任何电荷都有作用力电场力对移动电荷作功（电场强度）（电势）2.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§2静电场电场强度二、电场强度电量为q的带电体在空间产生电场描述场中各点电场强弱的物理量电场强度定义方法：试验电荷放到场点P处，试验电荷受力为试验电荷：1、本身限度很小，2、带电量很小。电场强度矢量1.场强的定义：q0为试验电荷，其本身线度和电量足够小。★注意：(10.6)场源电荷源点(1)可正可负。单位正电荷受的静电力。(2)

5、与无关，仅与场源电荷和场点位置有关。（3）点电荷在静电场中受的力：（场点)（场点)(10.8)讨论1)2)矢量场3)SI中单位4)电荷在场中受的电场力点电荷在外场中受的电场力或一般带电体在外场中受力三、电场强度的计算1.点电荷q的场强公式要解决的问题是：场源点电荷q的场中各点电场强度。解决的办法：根据库仑定律和场强的定义。由库仑定律有，首先，将试验点电荷q0放置场点P处由库仑定律由场强定义由上述两式得(10.10)场强的方向就是正电荷受力的方向。大小：场强的大小=单位正电荷受力的大小。方向：★特点:⑴点电荷的电场是球对称分布

6、的：⑵★说明：(11.10)式仅适用于点电荷。2.场强叠加原理(10.7)相同处的大小相等，方向沿矢径。分立点电荷系的场强合场强2.场强叠加原理(10.7)例1．电偶极子如图已知：q、-q、r>>l，电偶极矩求：A点及B点的场强解A点：设+q和-q的场强分别为和对B点：由对称性得结论：电偶极子重要物理模型讲义P27例10.14例2.计算电偶极子在均匀电场中所受的电场力和合力矩已知，解：合力合力矩将上式写为矢量式力矩总是使电矩转向的方向，以达到稳定状态可见：力矩最大；//力矩最小；(11.9)3、电荷连续分布的带电体的场强取

7、电荷元，线分布面分布体分布—电荷线密度—电荷面密度—电荷体密度由点电荷的场强公式写出其场强：(11.12)★注意：是矢量积分把带电体看作是由许多个电荷元组成，然后利用场强叠加原理求解。电荷元dq在P处的场强所有电荷在P点产生的场强为电荷元dq在P处的场强所有电荷在P点产生的场强为实际应用时，应写成的分量形式，进行标量积分总场强注意：因为是矢量积分(已知q，L，a)。1.均匀带电细杆延长线上任一点的场强建立坐标如图，dq在P点的场强：当a>>L时，转化为点电荷的场强取电荷元：课本P30习题11.62.均匀带电细杆的中垂线上任一点

8、的场强在P点的场强：建立坐标如图，取电荷元　　，讲义P10例10.2★讨论：(1)可视为点电荷的场强；(2)可视为“无限长”均匀带电直线的场强。3.均匀带电细圆环轴线上的场强（已知q，R）解：建立坐标系Oxy如图，分析对称性：任取