物理001(2)上課講義

1、物理物理001(2)物理學(xué)的第三次大綜合物理學(xué)的第三次大綜合法拉第法拉第的電磁感應(yīng)定律：的電磁感應(yīng)定律： 電磁一體（電磁一體（18311831年）年）麥克斯韋麥克斯韋電磁場(chǎng)統(tǒng)一理論（電磁場(chǎng)統(tǒng)一理論（18641864年）年）. .赫茲赫茲在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)電磁波的存在，光是電磁波（在實(shí)驗(yàn)中證實(shí)電磁波的存在，光是電磁波（18861886年）年）. .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)侖庫(kù)侖定律：電荷與電荷間的相互作用（定律：電荷與電荷間的相互作用（17851785年）年）. . （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

2、奧斯特的發(fā)現(xiàn)：的發(fā)現(xiàn)： 電流的磁效應(yīng)（電流的磁效應(yīng)（18201820年）年）. .安培安培發(fā)現(xiàn)：電流與電流間的相互作用規(guī)律發(fā)現(xiàn)：電流與電流間的相互作用規(guī)律(1821(1821年）年）. . 第九章Electrostatic field9-1 電荷電荷 庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律一一. .電荷電荷1. 量子性量子性Quantization of Electric Charge C10)6004000. 02189602. 1 (e19enQ 蓋爾蓋爾曼提出夸克模型曼提出夸克模型 : :e31e322. 守恒性守恒性Conservation of Electric Charge 在一個(gè)孤立系統(tǒng)中總電荷量是不

3、變的。即在任何時(shí)刻系統(tǒng)中的在一個(gè)孤立系統(tǒng)中總電荷量是不變的。即在任何時(shí)刻系統(tǒng)中的正電荷與負(fù)電荷的代數(shù)和保持不變，這稱為電荷守恒定律。正電荷與負(fù)電荷的代數(shù)和保持不變，這稱為電荷守恒定律。 3. 相對(duì)論不變性相對(duì)論不變性電荷的電量與它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān)電荷的電量與它的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無(wú)關(guān) 二、真空中的庫(kù)侖定律二、真空中的庫(kù)侖定律 1785年，年，庫(kù)侖庫(kù)侖(A.de.Coulomb)通過(guò)扭稱實(shí)驗(yàn)通過(guò)扭稱實(shí)驗(yàn)總結(jié)出總結(jié)出真空中真空中點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷之間相互作用的靜電力所服從的基本規(guī)之間相互作用的靜電力所服從的基本規(guī)律律庫(kù)侖定律庫(kù)侖定律 。 1、點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷 ( Point Charge )？ 在具體問(wèn)題中，當(dāng)帶電體的

4、形狀和大小與它們之間在具體問(wèn)題中，當(dāng)帶電體的形狀和大小與它們之間的距離相比允許忽略時(shí)的距離相比允許忽略時(shí)，可以把帶電體看作，可以把帶電體看作點(diǎn)電荷點(diǎn)電荷。2、庫(kù)侖定律、庫(kù)侖定律 ( (Coulombs Law) )12r2q1q12F21F2122112rqqF 在真空中，兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用力的在真空中，兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用力的大小與它們電荷的乘積成正比，與它們之間距離的平大小與它們電荷的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比；作用力的方向沿著兩點(diǎn)電荷的連線，方成反比；作用力的方向沿著兩點(diǎn)電荷的連線，同號(hào)同號(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。12e121212

5、212q qFkerk = 8.98755109 Nm2 C-2 041122014rq qFer 0= 8.8510-12C2 N-1m-2 稱為真空中的電容率稱為真空中的電容率。庫(kù)侖定律是庫(kù)侖定律是全部靜電學(xué)全部靜電學(xué)的基礎(chǔ)的基礎(chǔ)12r2q1q12F21F21F9-2 電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)和電場(chǎng)強(qiáng)度一、電場(chǎng)一、電場(chǎng) Electric Field 在任何電荷的周圍，都存在一種特殊的物質(zhì)在任何電荷的周圍，都存在一種特殊的物質(zhì)電場(chǎng)電場(chǎng)。電場(chǎng)是物質(zhì)的一種特殊形態(tài)，彌散在整個(gè)空間，我們電場(chǎng)是物質(zhì)的一種特殊形態(tài)，彌散在整個(gè)空間，我們可以通過(guò)電場(chǎng)對(duì)電荷的作用來(lái)認(rèn)識(shí)電場(chǎng)?？梢酝ㄟ^(guò)電場(chǎng)對(duì)電荷的作用來(lái)認(rèn)識(shí)電場(chǎng)。

6、電場(chǎng)電場(chǎng) 電荷電荷力的作用力的作用功的作用功的作用 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 電勢(shì)電勢(shì)1、超距超距作用理論作用理論2、法拉第提出法拉第提出近距近距作用作用, , 并提出并提出力線力線和和場(chǎng)場(chǎng)的概念的概念電荷電荷 電荷電荷 電荷電荷 電荷電荷 不需要介質(zhì)不需要介質(zhì)不需要時(shí)間不需要時(shí)間場(chǎng)場(chǎng)？F3F2FFF 二、電場(chǎng)強(qiáng)度二、電場(chǎng)強(qiáng)度 Electric Field Strength 02q03q0qFE 電場(chǎng)強(qiáng)度電場(chǎng)強(qiáng)度 , 與與q0的大小無(wú)關(guān)，的大小無(wú)關(guān)，在電場(chǎng)中某一確定位置，在電場(chǎng)中某一確定位置，0F q 恒恒量量?jī)H與該點(diǎn)電場(chǎng)性質(zhì)有關(guān)。僅與該點(diǎn)電場(chǎng)性質(zhì)有關(guān)。0q0q0qQ試驗(yàn)電荷試驗(yàn)電荷q0 ：電荷量足夠

7、小的點(diǎn)電荷：電荷量足夠小的點(diǎn)電荷單位：牛單位：牛/庫(kù)庫(kù) ( N/C )電場(chǎng)中電場(chǎng)中某點(diǎn)電某點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度場(chǎng)強(qiáng)度大小大小 單位電荷在該點(diǎn)受力的大小單位電荷在該點(diǎn)受力的大小方向方向 正電荷在該點(diǎn)受力的方向正電荷在該點(diǎn)受力的方向只要有電荷就有電場(chǎng)存在只要有電荷就有電場(chǎng)存在, 與是否引入檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)與是否引入檢驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)三、點(diǎn)電荷與點(diǎn)電荷系的電場(chǎng)強(qiáng)度三、點(diǎn)電荷與點(diǎn)電荷系的電場(chǎng)強(qiáng)度02014 rQqFerQ0qrEQrQ0qEQEF20014 rFQEeqrE1、點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度、點(diǎn)電荷的電場(chǎng)強(qiáng)度2、電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理、電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理1q2q3q0q1r1F2r3r2F3F0q由力的疊加原理得由力的疊加原理

8、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 02014 iiiiq qFer0qiqiiqFqFE00處總電場(chǎng)強(qiáng)度處總電場(chǎng)強(qiáng)度 0qiiEE電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理2014iiiiqerP3、連續(xù)分布任意帶電體的場(chǎng)強(qiáng)、連續(xù)分布任意帶電體的場(chǎng)強(qiáng)2014rdqdEerEdE2014rdqerdldqdsdqdVdqrEd 注意：注意：在具體計(jì)算時(shí)，要化成標(biāo)量積分，在具體計(jì)算時(shí)，要化成標(biāo)量積分，即先分解，再積分。即先分解，再積分。dq 電荷線分布電荷線分布電電荷荷線線密密度度dlds電荷面分布電荷面分布電荷面密度電荷面密度電電荷荷體體密密度度dV電荷體分布電荷體分

9、布qqA0rox*電偶極子的電場(chǎng)強(qiáng)度電偶極子的電場(chǎng)強(qiáng)度qq0r 電偶極子的軸電偶極子的軸0r 電偶極矩電偶極矩0rqp 求電偶極子軸線延長(zhǎng)線上一點(diǎn)和軸線的中垂線上一求電偶極子軸線延長(zhǎng)線上一點(diǎn)和軸線的中垂線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。EExirqE2041irqE2041irxrxqEA)2(1)2(1420200220200)4/(24rxrxq:0時(shí)當(dāng)rx 2x300241xrqEA3021xpiEEBcos2iryrq2/320200)4/(2/422020)2(41ryqEE:0時(shí)當(dāng)ry 2y3004yrqEB304ypBqq0ryxEyBEE 例題例題1 電荷均勻分布在一根長(zhǎng)直細(xì)棒上，此棒

10、電荷線電荷均勻分布在一根長(zhǎng)直細(xì)棒上，此棒電荷線密度為密度為 。試計(jì)算距細(xì)棒垂直距離為。試計(jì)算距細(xì)棒垂直距離為a的的P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。已點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。已知細(xì)棒兩端的連線與知細(xì)棒兩端的連線與X軸的夾角分別為軸的夾角分別為 1和和 2。02041rrdqEd解：解：cos4120rdxdExsin4120rdxdEysinar tanaxdadx2sin21XYaPOxEdrdxdadExcos40dadEysin40dxdadEExx21cos40)sin(sin4120adadEEyy21sin40)cos(cos4210a210，aEEyx020討論：討論：均勻帶電細(xì)棒為無(wú)限長(zhǎng)時(shí)均勻帶電細(xì)棒為無(wú)限長(zhǎng)時(shí)x

11、qyxzoPRr201dd4 rqEerpe=vvEEdxEE i由對(duì)稱性有dq 例題例題2 計(jì)算一個(gè)半徑為計(jì)算一個(gè)半徑為R均勻帶電量為均勻帶電量為+q的圓環(huán)軸線上場(chǎng)強(qiáng)的分布。的圓環(huán)軸線上場(chǎng)強(qiáng)的分布。2014rdqdEer0EdE根根據(jù)據(jù)對(duì)對(duì)稱稱性性：cos/dEdEE2041rdqrxRRdlxRqxE202/32202)(41dlRqdq222xRr2/3220)(41xRqxOXRxPEdrdqdE/dE2/3220)(41xRqxE討討 論論Rx (1)20 4xqE點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度點(diǎn)電荷電場(chǎng)強(qiáng)度0,00Ex(2)0dxdE令令(3)R22R22Eox環(huán)心處場(chǎng)強(qiáng)為零環(huán)心處場(chǎng)強(qiáng)為零此處為電場(chǎng)強(qiáng)度極大此處為電場(chǎng)強(qiáng)度極大值的位置值的位置Rx22 例題例題3 一個(gè)半徑為一個(gè)半徑為R均勻帶電薄圓盤，其電荷面密均勻帶電薄圓盤，其電荷面密度為度為 ，求圓盤軸線上場(chǎng)強(qiáng)的分布。，求圓盤軸線上場(chǎng)強(qiáng)的分布。rdrdsdq2解解：2/3220)(41xrxdqdE2/32200)(241xrrdrER1 2220 xRx,xRxoPx方向沿方向沿x軸軸rdr討論討論無(wú)限大均勻帶電平面，無(wú)限大均勻帶電平面，02/E 例題例題4 一均勻帶電半圓環(huán)，半徑為一均勻帶電半圓環(huán)，半徑為R，總電量為，總電量為Q，求環(huán)心求環(huán)心o處的電場(chǎng)強(qiáng)度。處