第九章--靜電場

1、1 人類對電和磁的認識可追溯到2000多年前。 古代的中國人和希臘人早就知道靜電現(xiàn)象，知道磁石的吸引和排斥現(xiàn)象。 中國發(fā)明的指南針就是一個證明。 文藝復(fù)興開始之后才對電和磁進行科學(xué)、系統(tǒng)的研究。2 1600年前后，英國醫(yī)生吉爾伯特對磁和電做了初步的科學(xué)研究. 他指出：任何磁體都同時存在兩極，沒有單磁極存在。 他發(fā)現(xiàn)了鐵的磁化現(xiàn)象。 吉爾伯特還正確地指出，地球是一個大磁體。 他研究了摩擦起電現(xiàn)象，發(fā)明了第一個驗電器。 英文中電這個詞，就是吉爾伯特最先提出來的，它來自希臘文“琥珀”一詞的譯音，這是由于古代最早的摩擦起電實驗，就是希臘人用琥珀做的3 定定 量量 研研 究究 從1785年庫侖研究電荷之

2、間的相互作用算起. 其后泊松、高斯等人研究相成了靜電場理論 1786年伽伐尼發(fā)現(xiàn)了電流， 后經(jīng)伏特、歐姆、法拉第等人發(fā)現(xiàn)了關(guān)于電流的定律。 1820年奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)， 很快畢奧、薩伐爾、安培、拉普拉斯等進一步做了定量研究。 1831年法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象，提出了場和力線的概念，進一步揭示了電和磁的聯(lián)系。 邁克斯韋集前人之大成，建立電磁方程組成為整個電磁學(xué)的基礎(chǔ)。4 電電 磁磁 學(xué)學(xué) （Electromagnetism） 研究研究:電磁現(xiàn)象電磁現(xiàn)象的的 基本概念基本概念和和基本規(guī)律基本規(guī)律 電場和磁場的相互聯(lián)系；電場和磁場的相互聯(lián)系； 電磁場對電荷、電流的作用；電磁場對電荷、電流的

3、作用； 電磁場對物質(zhì)的各種效應(yīng)電磁場對物質(zhì)的各種效應(yīng)。 電荷、電流產(chǎn)生電場和磁場的規(guī)律；電荷、電流產(chǎn)生電場和磁場的規(guī)律；5 處理電磁學(xué)問題的基本觀點和方法處理電磁學(xué)問題的基本觀點和方法著眼于場的分布著眼于場的分布（一般）（一般）歸納歸納假設(shè)假設(shè) 電磁學(xué)的教學(xué)內(nèi)容電磁學(xué)的教學(xué)內(nèi)容: 靜電學(xué)（真空、電介質(zhì)、導(dǎo)體）靜電學(xué)（真空、電介質(zhì)、導(dǎo)體） 穩(wěn)定磁場穩(wěn)定磁場 （真空、磁介質(zhì)）（真空、磁介質(zhì)） 電磁感應(yīng)電磁感應(yīng) 電磁場與電磁波電磁場與電磁波 對象：對象：彌散于空間的電磁場，彌散于空間的電磁場，方法：方法： 基本實驗規(guī)律基本實驗規(guī)律綜合的普遍規(guī)律綜合的普遍規(guī)律（特殊）（特殊）6第九章第九章（Inten

4、sity of Electrostatic Field in Vacuum） 靜電場靜電場 靜電場靜電場 相對相對觀測者觀測者靜止的電荷產(chǎn)生的電場靜止的電荷產(chǎn)生的電場79.1 電荷的量子化、電荷守恒定律電荷的量子化、電荷守恒定律9.2 庫侖定律庫侖定律9.3 電場和電場強度電場和電場強度 9.4 電場強度通量電場強度通量 高斯定理高斯定理 9.5 靜電場的環(huán)路定理靜電場的環(huán)路定理 電勢能電勢能 9.6 電勢電勢 9.7 電場強度與電勢梯度電場強度與電勢梯度本章目錄本章目錄8一一 電荷電荷 強子的強子的夸克模型夸克模型具有具有分數(shù)電荷分數(shù)電荷（ 或或 電子電荷）電子電荷）但實驗上尚未直接證明但實

5、驗上尚未直接證明. .3132基本性質(zhì)基本性質(zhì)C10602. 119e2 2 同種相斥，異種相吸同種相斥，異種相吸3 3 電荷量子化；電荷量子化； 1 1 電荷的種類：電荷的種類：有正、負之分；有正、負之分；), 3 , 2, 1(nneq電荷的基本單元電荷的基本單元：一個電子電量的絕對值：一個電子電量的絕對值富蘭克林富蘭克林湯姆孫湯姆孫1897、密立根、密立根19139.1 電荷、電荷守恒定律電荷、電荷守恒定律9二二 電荷守恒定律電荷守恒定律 在在孤立孤立系統(tǒng)中系統(tǒng)中, ,電荷的代數(shù)和保持不變電荷的代數(shù)和保持不變. .（自然界的基本守恒定律之一）（自然界的基本守恒定律之一）三三 電荷相對論不

6、變性電荷相對論不變性 在不同的參考系內(nèi)觀察，同一帶電粒子的電量不變。在不同的參考系內(nèi)觀察，同一帶電粒子的電量不變。101q12r12r21F12F 一一. 點電荷模型點電荷模型d）（12rd 21F12F2q1q2q9.2 庫侖定律庫侖定律（Coulomb s law） 在在真空中真空中，兩個，兩個靜止的點電荷靜止的點電荷之間的相互作之間的相互作用力，其大小與點電荷的電量用力，其大小與點電荷的電量乘積成正比乘積成正比，與兩，與兩電荷間距離的電荷間距離的平方成反比平方成反比。作用力在兩電荷的。作用力在兩電荷的連連線上線上，同號電荷相斥，異號電荷相吸。，同號電荷相斥，異號電荷相吸。2 2、數(shù)學(xué)表達

7、數(shù)學(xué)表達：122122112erqqkF17851785年年, , 庫侖利用扭稱實驗直接測定兩個帶電球庫侖利用扭稱實驗直接測定兩個帶電球體之間的相互作用力的規(guī)律體之間的相互作用力的規(guī)律二、庫侖定律二、庫侖定律1. 1. 文字表述文字表述1q2q12r12e12q1q2 0, , 與與 同向；同向；q1q2 EBVA VBEA EBVA VB87+ + + + + + + + + + + + 88+891 1、積分關(guān)系、積分關(guān)系BABAABlEVVUd2 2、微分關(guān)系、微分關(guān)系VVEgradkzVjyVixV zkyjxi903 3）為我們了提供一種計算場強的方法）為我們了提供一種計算場強的方法

8、2 2）“-”-”號表示場強指向電勢降落的方號表示場強指向電勢降落的方向向1 1）電勢不變的空間，電場強度為零）電勢不變的空間，電場強度為零kzVjyVixVkEjEiEEzyx 91 二二 理解理解高斯定理及靜電場的環(huán)路定理是靜電場高斯定理及靜電場的環(huán)路定理是靜電場的兩個重要定理，它們表明靜電場是的兩個重要定理，它們表明靜電場是有源有源場和場和保守保守場場. 三三 掌握掌握用點電荷電場強度和疊加原理以及高斯用點電荷電場強度和疊加原理以及高斯定理求解帶電系統(tǒng)電場強度的方法；并能用電場強度定理求解帶電系統(tǒng)電場強度的方法；并能用電場強度與電勢梯度的關(guān)系求解較簡單帶電系統(tǒng)的電場強度與電勢梯度的關(guān)系求

9、解較簡單帶電系統(tǒng)的電場強度. 四四 掌握掌握用點電荷和疊加原理以及電勢的定義式用點電荷和疊加原理以及電勢的定義式求解帶電系統(tǒng)電勢的方法求解帶電系統(tǒng)電勢的方法. 五五 了解了解電偶極子概念，能計算電偶極子在均勻電偶極子概念，能計算電偶極子在均勻電場中的受力和運動電場中的受力和運動. 一一 掌握掌握描述靜電場的兩個物理量描述靜電場的兩個物理量電場強度電場強度和和電勢電勢的概念，的概念，理解理解電場強度電場強度 是矢量點函數(shù)，而是矢量點函數(shù)，而電勢電勢V 則是標(biāo)量點函數(shù)則是標(biāo)量點函數(shù).E92真空中靜電場小結(jié)提綱真空中靜電場小結(jié)提綱一一. 線索（基本定律、定理）：線索（基本定律、定理）： iEEqFE

10、0/庫侖定律庫侖定律還有電荷守恒定律，它時刻都起作用。還有電荷守恒定律，它時刻都起作用。 iirireqEi204 LSlEqsE0dd0 內(nèi)內(nèi)93從受力從受力的角度的角度描述描述 電電 場場從功能從功能的角度的角度描述描述定定量量描描述述EqF 力力形形象象描描述述電場線電場線等勢面等勢面1）相互垂直）相互垂直2）電場線密）電場線密 等勢面也密等勢面也密Ee SeSEd二二. 基本物理量之間的關(guān)系：基本物理量之間的關(guān)系：VaEVAlEAVP dgr 0 d VA能能AqVPAE94三三. 求場強的方法：求場強的方法：VEsqsEqqrreEiiEEE 0d d204 .1微分法：內(nèi)高斯定理法：；，疊加法：求95。），（零點要同）；疊加法：；分段，積分也要分段）（場強積分法：求 0 4d d0 . 20)()(VqrqViVVElEAVViA96例：例：質(zhì)量為質(zhì)量為M的帶電質(zhì)點，開始質(zhì)點做自由落體運動。的帶電質(zhì)點，開始質(zhì)點做自由落體運動。若若M下落