電荷的量子化電荷守恒定律.pptVIP

主講教師 趙 俊,開課單位 物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,歡迎同學(xué)們繼續(xù)學(xué)習(xí),E-mail：,物理學(xué) 第五版,上學(xué)期大學(xué)物理考試情況,期末考試90分以上者： 蔡金虎、高濤、吉小霞,物理學(xué) 第五版,上學(xué)期大學(xué)物理考試情況,期末考試90分以上者： 王發(fā)強,物理學(xué) 第五版,重申學(xué)習(xí)要求,2、遵照有關(guān)規(guī)定，期末成績的考核方法是： 課程考核說明及要求：本課程期末考試，考試形式閉卷。 其成績評定方法：期末考試占80%，平時成績占20%。 考試題型：選擇題、填空題、計算題。 考試時間：120分鐘。 平時成績來源于：第一，必須按時完成布置的習(xí)題； 第二，平時的考勤；,1、請大家課前認真預(yù)習(xí)，課后及時復(fù)習(xí)課本相應(yīng)章節(jié)內(nèi)容（高等數(shù)學(xué)知識在大 學(xué)物理學(xué)習(xí)中非常重要，請大家注意及時復(fù)習(xí)）；,3、紀律要求： 1） 上課不曠課、不遲到、不早退、堅持做筆記 ； 2） 曠課達總課時1/3的學(xué)生取消考試資格。 3） 下課認真閱讀教材；獨立完成作業(yè)，按時交作業(yè) ； 4） 作業(yè)缺1/3的學(xué)生取消考試資格。,物理學(xué) 第五版,本學(xué)期教學(xué)內(nèi)容安排,+習(xí)題課四,+習(xí)題課一,物理學(xué) 第五版,1、什么是電磁學(xué),電磁運動是物質(zhì)的一種基本運動形式。電磁學(xué)是研究電磁運動及其規(guī)律的物理學(xué)分支。,2、電磁學(xué)的主要內(nèi)容 電荷、電流產(chǎn)生電場和磁場的規(guī)律； 電場和磁場的相互作用； 電磁場對電流、電荷的作用； 電磁場中物質(zhì)的各種性質(zhì)。,電 磁 學(xué),物理學(xué) 第五版,第五章,靜電場,本章主要內(nèi)容：研究真空中靜電場的基本特性： 靜電場的基本定律：庫侖定律、疊加原理 靜電場的基本定理：高斯定理、環(huán)路定理 描述靜電場的物理量：電場強度、電勢 揭示靜電場基本性質(zhì)(有源場、保守場),靜電場：靜止電荷產(chǎn)生的電場。由于電荷相對于慣性參考系靜止時，電荷在此慣性參考系中就只激發(fā)電場，而無磁場。,物理學(xué) 第五版,結(jié)構(gòu)框圖,物理學(xué) 第五版,9,按照原子理論，在每個原子里，電子環(huán)繞由中子和質(zhì)子組成的原子核而運動稱為電子云,物質(zhì)結(jié)構(gòu)理論：,原子中的中子不帶電，質(zhì)子帶正電，電子帶負電，質(zhì)子與電子所具有的電荷量(簡稱電荷)的絕對值是相等的。,原子核的線度,電子云的線度,5-1 電荷的量子化 電荷守恒定律,10,在正常情況下，每個原子中的電子數(shù)與質(zhì)子數(shù)相等，故物體呈電中性。,當物體經(jīng)受摩擦等作用而 造成物體的電子過多或不足 時，我們說物體帶了電。若 是電子過多，物體就帶了負 電；若是電子不足，則物體 帶了正電。,5-1 電荷的量子化 電荷守恒定律,11,1897年J.J.湯姆孫從實驗中測出電子的比荷(即電子的電荷與質(zhì)量之比 e/m ),1913年，密立根（R.A.millikan )用液滴法測定了電子電荷，證明：微小粒子帶電量的變化是不連續(xù)的，它只能是元電荷 e 的整數(shù)倍,即粒子的電荷是量子化的。,5-1 電荷的量子化 電荷守恒定律,一 電荷的量子化,12,電荷量子化(charge quantization )是個實驗規(guī)律。,迄今所知，電子是自然界中存在的最小負電荷，質(zhì)子是最小的正電荷?，F(xiàn)在也提出可能存在具有1/3e和2/3e電荷的基本粒子理論推測，但目前在實驗上，并沒有發(fā)現(xiàn)它們。,電量的國際單位：名稱為庫侖，簡稱庫，符號為C,5-1 電荷的量子化 電荷守恒定律,電荷的相對論不變性：在不同的參照系內(nèi)觀察，同 一個帶電粒子的電量不變。,13,二 電荷守恒定律,不管系統(tǒng)中的電荷如何遷移，系統(tǒng)的電荷的代數(shù)和保持不變. （自然界的基本守恒定律之一）,5-1 電荷的量子化 電荷守恒定律,三 電荷究竟是什么？,電荷就是電子、質(zhì)子等這些粒子？,電荷：,（與物體的慣性質(zhì)量一樣）是物體的一種屬性，為了表示物體電力的強度規(guī)定了電荷量。,14,電子、質(zhì)子帶有電荷，同時又有質(zhì)量。,對于電荷的正負使用的命名法是富蘭克林提出的，實際上，是可以任意的。,5-1 電荷的量子化 電荷守恒定律,15,庫侖 (C.A.Coulomb 1736 1806）,5-2 庫侖定律,法國物理學(xué)家，1785年通過扭秤實驗創(chuàng)立庫侖定律, 使電磁學(xué)的研究從定性進入定量階段. 電荷的單位庫侖以他的姓氏命名.,1773年提出的計算物體上應(yīng)力和應(yīng)變分布情況的方法，是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。1779年對摩擦力進行分析，提出有關(guān)潤滑劑的科學(xué)理論。他還通過對滾動和滑動摩擦的實驗研究，得出摩擦定律。,16,5-2 庫侖定律,1. 點電荷,當帶電體的大小、形狀與帶電體間的距離相比可以忽略時,就可把帶電體視為一個帶電的幾何點。(一種理想模型),2. 庫侖定律,處在靜止狀態(tài)的兩個點電荷，在真空（空氣）中的相互作用力的大小，與每個點電荷的電量成正比，與兩個點電荷間距離的平方成反比，作用力的方向沿著兩個點電荷的連線。同號電荷相互排斥，異號電荷相互吸引。,17,為真空電容率,受 的力,5-2 庫侖定律,18,實驗表明，庫侖力滿足線性疊加原理， 即不因第三者的存在而改變兩者之間 的相互作用。,靜電力的疊加原理：,3.疊加原理,5-2 庫侖定律,19,5-2 庫侖定律,對電荷連續(xù)分布的帶電體,Q,已知兩桿電荷線密度為，長度為L，相距L,解,例,兩帶電直桿間的電場力。,求,一. 靜電場, 后來: 法拉第提出場的概念, 早期：電磁理論是超距作用理論, 電場的特點,(1) 對位于其中的帶電體有力的作用,(2) 帶電體在電場中運動,電場力要作功，表明電場具有能量,(3)變化的電場以光速在空間傳播，表明電場具有動量,表明電場具有動量、質(zhì)量、能量，體現(xiàn)了它的物質(zhì)性., 靜電場,靜止電荷產(chǎn)生的場叫做靜電場,5-3 電場強度,二. 電場強度,場源電荷,產(chǎn)生電場的電荷,檢驗電荷,線度足夠小，小到可以看成點電荷； 電量足夠小，小到把它放入電場中后，原來的電場幾乎沒有什么變化。,在電場中任一位置處：,定義：,電場中某點的電場強度的大小等于單位電荷在該點受力的大小，其方向為正電荷在該點受力的方向。,23,單位:,電場強度是電場本身的屬性，與試驗電荷的存在與否無關(guān)，并不因無試驗電荷而不存在，只是由試驗電荷反映,電荷q受電場力:,5-3 電場強度,24,三 點電荷電場強度,5-3 電場強度,說明： (1)點電荷電場是非均勻電場； (2)點電荷電場具有球?qū)ΨQ性。,25,四 電場強度疊加原理,點電荷系的電場,5-3 電場強度,26,電荷連續(xù)分布的電場,電荷體密度 ,5-3 電場強度,27,電荷面密度 ,電荷連續(xù)分布的電場,+,5-3 電場強度,28,電荷線密度 ,電荷連續(xù)分布的電場,5-3 電場強度,離散型,連續(xù)型,計算的步驟大致如下： 任取電荷元dq，寫出dq在待求點的場強的表達式； 選取適當?shù)淖鴺讼?，將場強的表達式分解為標量表示式； 進行積分計算； 寫出總的電場強度的矢量表達式，或求出電場強度的大小 和方向； 在計算過程中，要根據(jù)對稱性來簡化計算過程。,電場強度的計算方法,30,例: 若一玻璃棒均勻帶電+Q, 彎成如圖所示半徑為R的半圓環(huán), 求圓心處的電場強度.,解:電荷元,在O處的電場強度,5-3 電場強度,31,討論: 電荷分布為 , 求o處的電場強度.,在處,在o處,解:,5-3 電場強度,32,討論:電荷分布如下圖所示, 上半部+Q,下部-Q, 求o處的電場強度.,在處,在o處,解:,5-3 電場強度,33,復(fù) 習(xí),電荷的量子化 電荷守恒定律 庫侖定律 靜電場的概念 電場強度 電場強度疊加原理 電場強度的計算,5-3 電場強度,34,電偶極矩(電矩),例：電偶極子的電場強度,電偶極子的軸,+,-,電偶極子：等量異號電荷+q、-q，相距為r0，它相對于電荷距場點的距離r而言很小，稱該帶電體系為電偶極子。,5-3 電場強度,35,（1）軸線延長線上一點的電場強度,.,.,+,-,5-3 電場強度,36,5-3 電場強度,37,（2）軸線中垂線上一點的電場強度,.,+,-,.,5-3 電場強度,它在空間一點P產(chǎn)生的電場強度（P點到桿的垂直距離為a),解,由圖上的幾何關(guān)系,例,長為L的均勻帶電直桿，電荷線密度為,求,(1) a L 桿可以看成點電荷,討論,(2) 無限長直導(dǎo)線,(3)導(dǎo)線半無限長呢？,如圖所示為一沿x軸放置的“無限長”分段均勻帶電直線, 電荷線密度分別為 ( x 0)，則xoy平面上 (0, a)點處的場強為:,. (B),. (D),(A),0,(C),41,例 正電荷q均勻分布在半徑為R的圓環(huán)上. 計算通過環(huán)心點O并垂直圓環(huán)平面的軸線上任一點P處的電場強度.,5-3 電場強度,42,解,故,由于,5-3 電場強度,43,（1）,（2）,（3）,討 論,5-3 電場強度,44,例 有一半徑為R，電荷均勻分布的薄圓盤，