第一次課靜電場演示文稿

第一次課靜電場演示文稿當(dāng)前第1頁\共有30頁\編于星期六\13點優(yōu)選第一次課靜電場當(dāng)前第2頁\共有30頁\編于星期六\13點本學(xué)期大學(xué)物理內(nèi)容安排大學(xué)物理下冊（吳百詩主編）第10章靜電場第11章恒定電流的磁場（靜磁場）第12章電磁感應(yīng)與電磁場當(dāng)前第3頁\共有30頁\編于星期六\13點電磁現(xiàn)象普遍存在于日常生產(chǎn)生活中。因此，理解和掌握電磁運動的基本規(guī)律在理論與實踐中都有極重要的意義。一般來說，運動電荷同時激發(fā)電場和磁場當(dāng)我們所研究的電荷相對某參考系靜止時，電荷在這個靜止參考系中就只激發(fā)電場，而無磁場。靜電場

電荷是產(chǎn)生電磁場的源當(dāng)前第4頁\共有30頁\編于星期六\13點第10章靜電場本章主要內(nèi)容：一個定律：

靜電場的基本定律——庫侖定律兩個定理：靜電場的兩條基本定理——高斯定理和環(huán)路定理兩個基本物理量：描述靜電場的基本物理量——電場強度和電勢當(dāng)前第5頁\共有30頁\編于星期六\13點10-1電荷庫侖定律電荷1)電荷有正負(fù)兩種電荷1747年富蘭克林（BenjaminFranklin）發(fā)現(xiàn)了電------第一個科學(xué)地用正電、負(fù)電概念表示電荷這一性質(zhì)

.當(dāng)前第6頁\共有30頁\編于星期六\13點

2)電荷的量子化美國著名的物理學(xué)家密立根（）用近8年的時間(1909~1917年),終于用油滴法測定了電子電荷e

。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,即粒子的電荷是量子化的。電子所帶電荷的絕對值稱元電荷，或稱電荷的量子，用e

來表示。帶電體的電荷：1986年的推薦值當(dāng)前第7頁\共有30頁\編于星期六\13點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。不管在宏觀領(lǐng)域還是在微觀領(lǐng)域，電荷守恒定律都成立。電荷守恒定律當(dāng)前第8頁\共有30頁\編于星期六\13點實驗發(fā)現(xiàn)兩個帶電體之間有相互作用力。如何探索帶電體之間相互作用力規(guī)律？——消除形狀的影響先研究兩個微小電荷之間的相互作用力規(guī)律——基本原理再由疊加原理得到總的力將帶電體劃分成足夠小的微元當(dāng)前第9頁\共有30頁\編于星期六\13點庫侖定律是電磁學(xué)的最基本規(guī)律1736年6月14日生于法國昂古萊姆

1777年發(fā)明了扭秤。扭秤能以極高的精度測出非常小的力。1782年當(dāng)選為法國科學(xué)院院士。1785年，庫侖用自己發(fā)明的扭秤建立了靜電學(xué)中著名的庫侖定律

庫侖定律當(dāng)前第10頁\共有30頁\編于星期六\13點當(dāng)前第11頁\共有30頁\編于星期六\13點1）在真空中，兩個靜止點電荷之間的相互作用力，其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；2）作用力的方向沿著兩個點電荷的連線方向；3）兩點電荷間的相互作用力大小相等，方向相反，滿足牛頓第三定律。+q2+q1庫侖力的方向？庫侖力的大?。簬靵龆蓛?nèi)容+q1-q2當(dāng)前第12頁\共有30頁\編于星期六\13點實驗表明，庫侖力滿足線性疊加原理，即多個點電荷同時作用于一個點電荷的力等于每個點電荷單獨存在時對該點電荷作用力之矢量和。庫侖力的疊加原理基本原理+疊加原理解決復(fù)雜的問題如何解決多個點電荷同時作用于一個點電荷的力的問題？當(dāng)前第13頁\共有30頁\編于星期六\13點例題求放在正方形中心的點電荷q0所受的庫侖力?；驹?疊加原理解思考：若將下邊的兩個負(fù)電荷換成等量的正電荷，結(jié)果如何？方向豎直向下當(dāng)前第14頁\共有30頁\編于星期六\13點兩個電荷之間的相互作用力是如何傳遞的？是否需要時間？1）超距作用觀點：兩個電荷之間的相互作用力不需任何物質(zhì)傳遞，也不需要時間。2）近距作用觀點：兩個電荷之間的相互作用力是通過場傳遞的，需要一定的時間——場的觀點。一、什么是電場？電荷之間的相互作用力是通過電場傳遞的。帶電體周圍空間存在的一種特殊的物質(zhì)。其重要性質(zhì)之一就是對處于其中的電荷有力的作用。電荷A電場電荷B10.2電場電場強度當(dāng)前第15頁\共有30頁\編于星期六\13點二.電場強度q0AFAq0BFBq0CFC電場強度的大?。荷鲜侥Ｖ?；方向：正電荷受力方向電場強度單位：牛頓/庫侖（N/C）或伏特/米（V/m）物理意義：單位正電荷在電場中某點所受到的電場力電場強度是空間位置函數(shù)電場強度是表征靜電場施力性質(zhì)的物理量，與試驗電荷存在與否無關(guān)。q如何檢驗電場的存在和描述電場的強弱與方向？實驗發(fā)現(xiàn)：在電場中任一點，F(xiàn)/q0是常數(shù)，

的方向不變。當(dāng)前第16頁\共有30頁\編于星期六\13點如果已知帶電體的情況（大小、形狀和帶電量），能不能用理論計算的方法求出該帶電體產(chǎn)生的電場強度？1點電荷及點電荷系產(chǎn)生的電場強度（1）點電荷產(chǎn)生的電場強度位矢場源電荷

場點三、電場強度的計算電場強度疊加原理

試驗電荷當(dāng)前第17頁\共有30頁\編于星期六\13點電場強度的大小：電場強度的方向：點電荷產(chǎn)生的電場強度：當(dāng)q>0時，E的方向沿矢徑指向外；當(dāng)q<0時，E的方向沿矢徑指向內(nèi)點電荷產(chǎn)生的場強具有球面對稱性。場源電荷位矢場點即在以點電荷為球心的任意球面上，場強的大小均相等，方向均沿半徑方向。當(dāng)前第18頁\共有30頁\編于星期六\13點點電荷系產(chǎn)生的電場強度+q1-q3+q2p場強迭加原理點電荷系的電場中某點處的電場強度等于各個點電荷單獨存在時在該點產(chǎn)生的電場強度的矢量和。當(dāng)前第19頁\共有30頁\編于星期六\13點例1

求電偶極子中垂線上距離中心較遠(yuǎn)處一點的場強.(稱該帶電體系稱為電偶極子。)解：定義電偶極矩為：當(dāng)前第20頁\共有30頁\編于星期六\13點結(jié)論：電偶極子中垂線上距離中心較遠(yuǎn)處一點的場強，與電偶極子的電矩成正比，與該點離中心的距離的三次方成反比，方向與電偶極矩方向相反。由于電偶極矩為：當(dāng)前第21頁\共有30頁\編于星期六\13點連續(xù)帶電體產(chǎn)生的電場中的場強將帶電體分成很多元電荷dq,先求出它在任一場點p的場強pdq再對場源求積分，可得總場強Ep當(dāng)前第22頁\共有30頁\編于星期六\13點解：由對稱性可知，中垂面上一點的場強只有Y方向的分量，在Z和X方向無分量。完成積分：例2求均勻帶電直線中垂面上一點的場強。設(shè)棒長為,帶電量，電荷線密度為yz當(dāng)前第23頁\共有30頁\編于星期六\13點無限長均勻帶電直線的場強：相當(dāng)于點電荷的場強：方向垂直于細(xì)棒Py擴展：當(dāng)前第24頁\共有30頁\編于星期六\13點R0例3：正電荷q均勻分布在半徑為R的圓環(huán)上，計算在環(huán)的軸線上任一點P的場強。解：

dq=dlpXxr討論：此時,圓環(huán)相當(dāng)于一個點電荷.當(dāng)前第25頁\共有30頁\編于星期六\13點pXxr

例4:有一半徑為R，電荷均勻分布的薄圓盤，其電荷面密度為。求通過盤心且垂直盤面的軸線上任意一點處的電場強度。解：由上題結(jié)果R0d當(dāng)前第26頁\共有30頁\編于星期六\13點討論1x相當(dāng)于無限大均勻帶電平面產(chǎn)生的電場強度，可看成是均勻場，場強垂直于板面，方向由電荷的正負(fù)決定。P