庫侖定律靜電場

主講教師 翟峰fengzhai 041184706101 603 大學(xué)物理學(xué) 輔導(dǎo)教師 張賀攀王振偉張雅田華一 物理學(xué)的研究對象 物理 研究物質(zhì) 能量及其相互作用的學(xué)科 23thIUPAP 物理與應(yīng)用物理國際聯(lián)合會 1999 3 16 21 空間尺度 宇宙 150億光年 夸克 10 20m 時間跨度 150億年 10 27s 硬 射線周期 速率范圍 0 靜止 3 108m s 光速 層展現(xiàn)象 溫度 時間 10 44s 10 36s 10 10s 1s 1010y 105y 宇宙的演化 1032K 1028K 1015K 1010K 3500K 3K 二 物理學(xué)與技術(shù) 第三次世界物理學(xué)會 Berlin2000 物理學(xué)是我們認(rèn)識世界的基礎(chǔ) 是其他科學(xué)和絕大部分技術(shù)發(fā)展的直接或不可缺少的基礎(chǔ) 物理學(xué)曾經(jīng)是 現(xiàn)在是 將來也是全球技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展的主要驅(qū)動力 物理 技術(shù)發(fā)展的兩種模式 技術(shù) 物理 技術(shù) 第一次工業(yè)革命 物理 技術(shù) 物理 電氣化進程 信息技術(shù)的硬件部分幾乎都以物理學(xué)成果為基礎(chǔ) 20世紀(jì)的例子 電氣工程 電力 電子 自動控制 三 大學(xué)物理學(xué)的學(xué)習(xí) 為學(xué)習(xí)其它學(xué)科建立基礎(chǔ)理論 提高科學(xué)素質(zhì)和能力 以適應(yīng)高新技術(shù)和市場經(jīng)濟的發(fā)展 轉(zhuǎn)產(chǎn) 轉(zhuǎn)行 物理素質(zhì)的體現(xiàn) 1 能從物理本質(zhì)上對工程技術(shù)問題作出判斷 2 能運用物理學(xué)的思想 觀點 規(guī)律和方法于工程技術(shù)的實際問題中 3 能將物理學(xué)的新成果引入到工程技術(shù)中 學(xué)習(xí)目的 名家之言 他一定會更好適應(yīng)進步和變化 A 愛因斯坦 發(fā)展獨立思考和獨立創(chuàng)新的一般能力 應(yīng)當(dāng)始終放在首位 而不應(yīng)當(dāng)把知識放在首位 如果一個人 掌握了他的學(xué)科的基礎(chǔ)理論 并且學(xué)會了獨立思考與工作 他必定會找到自己的道路 而且比起那些主要以獲取細(xì)節(jié) 知識為其訓(xùn)練內(nèi)容的人來 如何學(xué)習(xí) 如何區(qū)別真?zhèn)魏?科學(xué)是一種方法 它教導(dǎo)我們 一些事物是怎樣被了解的 R P 費曼 什么事情是已知的 現(xiàn)在 了解到什么程度 如何對待疑問和不確定性 證據(jù)服從 什么法則 如何思考事物 做出判斷 表面現(xiàn)象 如何工作 記好筆記 高質(zhì)量按時完成作業(yè) 學(xué)習(xí)方法 悟物窮理 想當(dāng)然處問為什么 知其然更知其所以然 建立自己的物理圖象 你聽過的大多會忘記 你看過的能記住一些 只有你做過的才能真正理解 四 課程結(jié)構(gòu) 電磁學(xué) 27 相對論 量子物理 傳統(tǒng)計算機 操縱電子狀態(tài) 控制電荷分布及運動 量子計算 已研制出16個量子比特的量子計算機 See quantumcomputingat16qubits New Nature2007 近代物理 21 自學(xué) 力學(xué) 光學(xué) 熱學(xué) 學(xué)習(xí)成績作業(yè) 15 獨立完成考試 85 閉卷 填空 問答 計算電磁學(xué) 60 近代物理 40 參考書 張三慧主編 大學(xué)物理學(xué) 2003 伯克利物理學(xué)教程 教材 大學(xué)物理學(xué) 余虹主編 內(nèi)容 27學(xué)時 一 靜電場 恒定電場及基本性質(zhì) 二 穩(wěn)恒電流的磁場及基本性質(zhì)三 電磁感應(yīng)現(xiàn)象及規(guī)律四 Maxwell電磁場方程組電磁波 第二篇電磁學(xué) Electromagnetics 實驗規(guī)律 思路 1靜電場高斯定理 2場強環(huán)路定理 3靜電場中的導(dǎo)體 第7章靜電場和恒定電場 4靜電場中的電介質(zhì) 5電容電容器 6靜電場的能量 7恒定電場 電荷量子化 chargequantization 7 1靜電場高斯定理 一 電荷 電子電量e 1 6 10 19C 夸克帶電 e 3 2e 3 電荷仍然量子化 1906 1917年 密立根油滴實驗證明 微小粒子帶電量的變化不連續(xù) 1923Nobel 兩種電荷 Why 完成作業(yè)1 電荷守恒定律 在一個和外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi) 正負(fù)電荷的代數(shù)和在任何物理過程中保持不變 電荷守恒是物理學(xué)中普遍的基本定律 電荷的相對論不變性 帶電體的電量測量結(jié)果與參照系選擇無關(guān) 宏觀物體帶電源于微觀粒子的狀態(tài)和運動 宏觀帶電體電量遠(yuǎn)大于e 電荷連續(xù)分布 二 庫侖定律 CoulombLaw 1785年 庫侖通過扭秤實驗得到 1 表述 在真空中 兩個靜止點電荷之間的相互作用力大小 與它們的電量的乘積成正比 與它們之間距離的平方成反比 作用力的方向沿著它們的聯(lián)線 同號電荷相斥 異號電荷相吸 大小 從施力電荷1指向受力電荷2 電荷1對電荷2的力矢量 沿矢量的單位矢量 比例系數(shù)K 國際單位制 SI 有理化 真空介電常數(shù) 1 基本實驗規(guī)律宏觀 微觀適用2 點電荷理想模型3 電力疊加原理 兩個點電荷的作用力不因其它電荷的存在而改變 三 電場電場強度 靜電力的作用方式 靜止電荷周圍存在電場 電場對放在其內(nèi)的任何電荷都有作用力 試驗電荷q0在場點P受力 與q無關(guān) 試驗電荷 電量充分小 不影響源電荷分布 線度足夠小 場點位置確定 靜電場的存在不依賴于試驗電荷 引入試驗電荷是為了讓靜電場表現(xiàn)出來 偵查員 點電荷在外電場中受到的電場力 四 電場強度的計算 1 點電荷的場強根據(jù)庫侖定律 場強定義 球?qū)ΨQ 由庫侖定律 由場強定義 從源電荷指向場點 場強方向正電荷受力方向 2 任意帶電體的場強 情形1 點電荷系 第i個點電荷到場點的位置矢量 情形2 電荷連續(xù)分布的帶電體 把帶電體分解為許多個電荷元 然后利用場強疊加原理 電荷密度 體電荷密度 面電荷密度 線電荷密度 例1電偶極子的電場 書例7 2 一對等量異號電荷相距 電矩 求P點的電場 P點在中垂線上 矢量形式 例2 均勻帶電直線的電場 r 條件 均勻帶電直線總電量為Q 線外一點p離開直線的垂直距離為a p點和直線兩端的連線與直線之間的夾角分別為和 求p點的場強 Q 解 取線電荷元 電荷線密度 直線無限長 軸對稱分布的電荷產(chǎn)生的電場 與對稱軸垂直的同心圓上各點 相同 大小相同方向如圖 例3 均勻帶電圓環(huán) 半徑為R 帶電量為Q 求圓環(huán)軸線上任一點的電場度 x 解 X 各線電荷元的垂直分量互相抵消 方向沿著X軸 當(dāng)時 遠(yuǎn)離環(huán)心處的電場也相當(dāng)于一個