物理5.1電荷 電場(chǎng)ppt課件

1、第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度物理學(xué)的第二次大綜合物理學(xué)的第二次大綜合法拉第的電磁感應(yīng)定律：法拉第的電磁感應(yīng)定律： 電磁一體電磁一體麥克斯韋電磁場(chǎng)一致實(shí)際麥克斯韋電磁場(chǎng)一致實(shí)際1919世紀(jì)中葉世紀(jì)中葉赫茲在實(shí)驗(yàn)中證明電磁波的存在，光是電磁波赫茲在實(shí)驗(yàn)中證明電磁波的存在，光是電磁波. .技術(shù)上的重要意義：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、無(wú)線電技術(shù)等技術(shù)上的重要意義：發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)、無(wú)線電技術(shù)等. .庫(kù)侖定律：庫(kù)侖定律： 電荷與電荷間的相互作用電荷與電荷間的相互作用 磁極與磁極間的相互作用磁極與磁極間的相互作用 奧斯特的發(fā)現(xiàn)：奧斯特的發(fā)現(xiàn)： 電流的磁效應(yīng)，安培發(fā)現(xiàn)電流與電流電流的

2、磁效應(yīng)，安培發(fā)現(xiàn)電流與電流 間的相互作用規(guī)律間的相互作用規(guī)律. . 第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度一一 電荷、電荷守恒定律電荷、電荷守恒定律 4 4 電荷守恒定律電荷守恒定律 在孤立系統(tǒng)中在孤立系統(tǒng)中, ,電荷的代數(shù)和堅(jiān)持不變電荷的代數(shù)和堅(jiān)持不變. . 強(qiáng)子的夸克模型具有分?jǐn)?shù)電荷強(qiáng)子的夸克模型具有分?jǐn)?shù)電荷 或或 電子電荷電子電荷但實(shí)驗(yàn)上尚未直接證明但實(shí)驗(yàn)上尚未直接證明. .3132自然界的根本守恒定律之一自然界的根本守恒定律之一根本性質(zhì)根本性質(zhì)C10602. 119e1 1 電荷有正負(fù)之分；電荷有正負(fù)之分；2 2 電荷量子化；電荷量子化； 電子電荷電子電荷 3

3、 3 同性相斥，異性相吸同性相斥，異性相吸. .), 3 , 2 , 1(nneq第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度1q12r12r21F12F229CmN1098755. 8k SI SI制制 二二 點(diǎn)電荷模型點(diǎn)電荷模型21122122112FerqqkF三三 庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律d）（12rd 21F12F2q1q2q第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 為真空電容率為真空電容率0212120mNC108542. 841k122122101241erqqF041k 令令 庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律21122122112FerqqkF112mF10

4、8542. 8 庫(kù)侖力遵守牛頓第三定律庫(kù)侖力遵守牛頓第三定律第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度解解N101 . 8 416220ereFN107 . 347-2pegrmmGF 例例 在氫原子內(nèi)在氫原子內(nèi), ,電子和質(zhì)子的間距為電子和質(zhì)子的間距為 . . 求它們之間電相互作用和萬(wàn)有引力求它們之間電相互作用和萬(wàn)有引力, ,并比較它們的大小并比較它們的大小. .m103 . 511kg101 . 931emkg1067. 127pm2211kgmN1067. 6GC106 . 119e39ge1027.2FF微觀領(lǐng)域中微觀領(lǐng)域中, ,萬(wàn)有引力比庫(kù)侖力小得多萬(wàn)有引力比庫(kù)

5、侖力小得多, ,可忽略不計(jì)可忽略不計(jì). .第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度四、電場(chǎng)四、電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度1 1、電場(chǎng)、電場(chǎng) 實(shí)驗(yàn)證明了兩靜止電荷間存在相互作用的實(shí)驗(yàn)證明了兩靜止電荷間存在相互作用的靜電力，但其相互作用是怎樣實(shí)現(xiàn)的？靜電力，但其相互作用是怎樣實(shí)現(xiàn)的？ 電電 荷荷電電 場(chǎng)場(chǎng)電電 荷荷場(chǎng)是一種特殊形狀的物質(zhì)場(chǎng)是一種特殊形狀的物質(zhì)實(shí)物實(shí)物物物 質(zhì)質(zhì) 場(chǎng)場(chǎng)第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度Q0q2 2、 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 單位單位 11mV CN 電場(chǎng)中某點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)中某點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度 等于位于該點(diǎn)處的單位實(shí)驗(yàn)電荷等

6、于位于該點(diǎn)處的單位實(shí)驗(yàn)電荷所受的力，其方向?yàn)檎姾墒芰λ艿牧?，其方向?yàn)檎姾墒芰Ψ较蚍较? .EEqF 電荷電荷 在電場(chǎng)中受力在電場(chǎng)中受力 qF0qFE實(shí)驗(yàn)電荷為點(diǎn)電實(shí)驗(yàn)電荷為點(diǎn)電荷、且足夠小荷、且足夠小, ,故對(duì)故對(duì)原電場(chǎng)幾乎無(wú)影響原電場(chǎng)幾乎無(wú)影響：場(chǎng)源電荷：場(chǎng)源電荷Q0q：實(shí)驗(yàn)電荷：實(shí)驗(yàn)電荷第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度QrerQqFE200 413 3、 點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度0qrEEQrQ0qEQE?0Er第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度解解1CN)0 .216 .51(jiqFE 例例 把一個(gè)點(diǎn)電荷把一個(gè)

7、點(diǎn)電荷 放在電放在電場(chǎng)中某點(diǎn)處，該電荷遭到的電場(chǎng)力為場(chǎng)中某點(diǎn)處，該電荷遭到的電場(chǎng)力為C10629qN103 . 16j，求該電荷所在處的電場(chǎng)強(qiáng)度，求該電荷所在處的電場(chǎng)強(qiáng)度.iF6102 . 31122CN71.55 CN)0 .21()6 .51( EE大小大小xyEEarctan方向方向1 .22qFExyo第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度1q2q3q4 4、 電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理0q1r1F2r3r2F3F0q由力的疊加原理得由力的疊加原理得 所受合力所受合力 iiFF點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷 對(duì)對(duì) 的作用力的作用力 iiiirrqqF300 410qi

8、q故故 處總電場(chǎng)強(qiáng)度處總電場(chǎng)強(qiáng)度 iiqFqFE000qiiEE電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度qrerqE20d 41d 電荷延續(xù)分布情況電荷延續(xù)分布情況qreEErd 41d20電荷體密度電荷體密度VqddqdEdrPVreErVd 4120點(diǎn)點(diǎn) 處電場(chǎng)強(qiáng)度處電場(chǎng)強(qiáng)度P第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度qrerqE20d 41d 電荷延續(xù)分布情況電荷延續(xù)分布情況qreEErd 41d20電荷體密度電荷體密度VqddqdEdrPVreErVd 4120點(diǎn)點(diǎn) 處電場(chǎng)強(qiáng)度處電場(chǎng)強(qiáng)度P第第5章靜電場(chǎng)章

9、靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度qPsd電荷面密度電荷面密度sqddsreErSd 4120ql d電荷線密度電荷線密度lqddlreErld 4120EdrEdrP第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度qqqq電偶極矩電矩電偶極矩電矩l qpp *5、電偶極子的電場(chǎng)強(qiáng)度、電偶極子的電場(chǎng)強(qiáng)度l電偶極子的軸電偶極子的軸l 討討 論論1電偶極子軸線延伸線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度電偶極子軸線延伸線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度2l2lAxOxEE第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度ilxqE20)2( 41ilxqE20)2( 41ilxxlqEEE2

10、220)4(2 4lx ixlqE302 41302 41xpqqEE2l2lAxOx第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度qql 2電偶極子軸線的中垂線上一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度EEErrxyByeeerqE20 41erqE20 4122)2(lyrrrrj yile)2(rj yile)2(第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度) 2 ( 4130iljyrqE30 41riqlEEE) 2 ( 4130iljyrqE2/ 3220)4( 41lyiqlly 30 41yiqlE30 41ypqqlEEErrxyByee第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.

11、1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度xqyxzoPRrrerlE20d 41dEEd由對(duì)稱性有由對(duì)稱性有iEExR解解 例例1 1 正電荷正電荷 均勻分布在半徑為均勻分布在半徑為 的圓環(huán)上的圓環(huán)上. .計(jì)算在環(huán)的軸線上任一點(diǎn)計(jì)算在環(huán)的軸線上任一點(diǎn) 的電場(chǎng)強(qiáng)度的電場(chǎng)強(qiáng)度. .qPlqdd) 2(Rq第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度xqyxzoRrlqddrerlE20d 41dP) 2(RqcosddEEEllxrxrl204dRrlx2030 4d23220)( 4Rxqx第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度23220)( 4Rxq

12、xExqyxzoRrlqddPE討討 論論Rx 1 120 4xqE點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度0,00Ex2 2RxxE22, 0dd3 3R22R22Eox第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度23220)( 4RxqxExqyxzoRrlqddPE討討 論論Rx 1 120 4xqE點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度0,00Ex2 2RxxE22, 0dd3 3R22R22Eox第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度23220)( 4 RxxqE20 RqEdRRqd2d例例2 2 均勻帶電薄圓盤軸線上的電場(chǎng)強(qiáng)度均勻帶電薄圓盤軸線上的電場(chǎng)強(qiáng)度. . 有一半徑為有一半徑為 , ,電荷均勻分布的薄圓盤電荷均勻分布的薄圓盤, ,其電荷面其電荷面密度為密度為 . . 求經(jīng)過(guò)盤心且垂直盤面的軸線上恣意一點(diǎn)求經(jīng)過(guò)盤心且垂直盤面的軸線上恣意一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度處的電場(chǎng)強(qiáng)度. .0RxPRRd2/122)(Rx 23220)( 4 ddRxxqEx23220)(d2RxRxRxyzo0R解解 由例由例第第5章靜電場(chǎng)章靜電場(chǎng)5.1 5.1 電場(chǎng)電場(chǎng) 電場(chǎng)強(qiáng)度