高二物理競賽庫侖定律電場強度課件

§6.1庫侖定律電場強度一、電荷的量子化自然界只存在正負(fù)兩種電荷.同性電荷相互排斥,異性電荷相互吸引.

1906～1917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。迄今所知，電子是自然界中存在的最小負(fù)電荷，質(zhì)子是最小的正電荷。e=1.60217733×10-19

C(庫侖)近代科學(xué)實踐證明，電荷守恒定律適用于一切宏觀和微觀過程(例如核反應(yīng)和基本粒子過程)，是物理學(xué)中普遍的基本定律之一。2.電荷守恒定律在一個與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。表述：二、庫侖定律

法國工程師、物理學(xué)家。1736年6月14日生于法國昂古萊姆。1806年8月23日在巴黎逝世。

早年就讀于美西也爾工程學(xué)校。離開學(xué)校后，進(jìn)入皇家軍事工程隊當(dāng)工程師。法國大革命時期，庫侖辭去一切職務(wù)，到布盧瓦致力于科學(xué)研究。法皇執(zhí)政統(tǒng)治期間，回到巴黎成為新建的研究院成員。

1773年發(fā)表有關(guān)材料強度的論文，所提出的計算物體上應(yīng)力和應(yīng)變分布情況的方法沿用到現(xiàn)在，是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。1777年開始研究靜電和磁力問題。當(dāng)時法國科學(xué)院懸賞征求改良航海指南針中的磁針問題。庫侖認(rèn)為磁針支架在軸上，必然會帶來摩擦，提出用細(xì)頭發(fā)絲或絲線懸掛磁針。研究中發(fā)現(xiàn)線扭轉(zhuǎn)時的扭力和針轉(zhuǎn)過的角度成比例關(guān)系，從而可利用這種裝置測出靜電力和磁力的大小，這導(dǎo)致他發(fā)明扭秤。1779年對摩擦力進(jìn)行分析，提出有關(guān)潤滑劑的科學(xué)理論。還設(shè)計出水下作業(yè)法，類似現(xiàn)代的沉箱。1785~1789年，用扭秤測量靜電力和磁力，導(dǎo)出著名的庫侖定律。表述：在真空中兩個靜止點電荷之間的作用力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。式中k是比例系數(shù)，q1,q2分別是兩個點電荷的電量表示電荷q1指向電荷q2的單位矢量在國際單位制(SI)中，電量的單位是庫侖，距離的單位是米，力的單位是牛頓，根據(jù)實驗測得：稱為真空電容率。因此，庫侖定律的表達(dá)式也可寫作：實驗表明，庫侖力滿足線性疊加原理。這個結(jié)論叫做靜電力的疊加原理當(dāng)幾個點電荷同時存在時，某一點電荷所受的靜電力，等于各個點電荷單獨存在時該點電荷所受的靜電力的矢量和.電場強度(electricfieldstrength)電荷之間的相互作用力如何傳遞的，歷史上的兩種錯誤觀點：近距作用：通過“以態(tài)”傳遞。超距作用：不需要媒質(zhì)，不需要時間。近代物理學(xué)的發(fā)展證明：通過“場”進(jìn)行作用。2.場的物質(zhì)性體現(xiàn)在：a.給電場中的帶電體施以力的作用。b.當(dāng)帶電體在電場中移動時，電場力作功.表明電場具有能量。c.變化的電場以光速在空間傳播，表明電場具有動量。3.電場與實物之間的不同在于它具有疊加性。電荷電場電荷1.電荷之間的相互作用是通過電場傳遞的，或者說電荷周圍存在有電場，引入該電場的任何帶電體，都受到電場的作用力。

為了定量地研究電場,需要引入描述電場的基本物理量----電場強度，

（簡稱為場強）單位正電荷在電場中某點所受到的力。物理意義單位：在國際單位制中(SI)

力的單位是牛頓[N];電量的單位是庫侖[C]場強單位是N/C

(牛頓/庫侖)，或者V/m(伏特/米)電場是一個矢量場(vectorfield)點電荷產(chǎn)生的場O場源位矢

求場點點電荷系的電場中的場強：連續(xù)電荷引起的電場將帶電體分成很多元電荷

dq,先求出元電荷在任意場點

p的場強對場源求積分，可得總場強：體電荷分布的帶電體的場強根據(jù)帶電體上的電荷具體分布情況，相應(yīng)的計算場強公式為體分布時，電荷的體密度面電荷分布的帶電體的場強面分布時，電荷的面密度線分布時，電荷的線密度線電荷分布的帶電體的場強上三式的右端是矢量的積分式，實際上在具體運算時，一般要化成標(biāo)量式才可進(jìn)行數(shù)學(xué)積分計算，即通常必須把在坐標(biāo)軸上的分量式寫出，然后再積分例題1：求均勻帶電細(xì)棒外任一點的場強。

設(shè)棒長為,帶電量，電荷線密度為解：如圖所示，建立坐標(biāo)系，取微分元dx則有OdxxrPadE21xyOdxxrPadE21統(tǒng)一變量：討論無限長均勻帶電細(xì)棒的場強方向垂直于細(xì)棒。2.中垂線上任一點解：由對稱性可知，p點場強只有X分量例題2：均勻帶電圓環(huán)軸線上一點的場強。設(shè)圓環(huán)帶電量為，半徑為由此可見，場強與電荷量q集中在圓環(huán)的中心的一個電荷在該點所激發(fā)的場強相同.從上面也可以進(jìn)一步理解點電荷概念的相對性.

討論：當(dāng)所求場點離開圓環(huán)的距離遠(yuǎn)大于環(huán)的半徑時，則有例題3：均勻帶電圓盤軸線上一點的場強。設(shè)圓盤帶電量為，半徑為解：帶電圓盤可看成許多同心的圓環(huán)組成，取一半徑為r，寬度為dr的細(xì)圓環(huán)帶電量x[附錄]泰勒級數(shù)展開：討論：1.當(dāng)即在P點看來可認(rèn)為均勻

電圓盤為無限大，則P的場強可由對上式取極限求得于點電荷的場強。2.當(dāng)