電荷電場強(qiáng)度

電荷電場強(qiáng)度第1頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1什么是電磁學(xué)電磁運(yùn)動是物質(zhì)的一種基本運(yùn)動形式。電磁學(xué)是研究電磁運(yùn)動及其規(guī)律的物理學(xué)分支。2內(nèi)容電荷、電流產(chǎn)生電場和磁場的規(guī)律；電場和磁場的相互作用；電磁場對電流、電荷的作用；電磁場中物質(zhì)的各種性質(zhì)。3意義在現(xiàn)代物理學(xué)中的地位是非常重要的。深入認(rèn)識物質(zhì)結(jié)構(gòu)。是學(xué)習(xí)電工學(xué)、無線電電子學(xué)、自動控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ)。□第2頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月研究真空中靜電場的基本特性：靜電場的基本定律：庫侖定律、疊加原理靜電場的基本定理：高斯定理、環(huán)路定理

描述靜電場的物理量：電場強(qiáng)度、電勢

靜電場對電荷的作用第6章靜電場

StaticElectricField第3頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1電荷的量子化電荷守恒定律1電荷量子化1913年,密立根(R.A.millikan)用液滴法從實(shí)驗(yàn)中測出所有電子都具有相同的電荷,而且?guī)щ婓w的電荷是電子電荷的整數(shù)倍.

電荷的這種只能取離散的、不連續(xù)的量值的性質(zhì),叫做電荷的量子化.電子的電荷e稱為基元電荷,或電荷量子.1986年國際推薦值：e=1.60217733(49)×10-19C近似值:e=1.602×10-19C電荷是物質(zhì)的一種屬性。第4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月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。3電荷守恒定律在孤立系統(tǒng)中,不管系統(tǒng)中的電荷如何遷移,系統(tǒng)電荷的代數(shù)和保持不變.——電荷守恒定律2電荷的相對論不變性在不同的參照系內(nèi)觀察,同一個(gè)帶電粒子的電量不變.第5頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2庫侖定律庫侖

(Charlse-AugustindeCoulomb1736~1806)1773年提出的計(jì)算物體上應(yīng)力和應(yīng)變分布情況的方法,是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。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。1785-1789年,用扭秤測量靜電力和磁力,導(dǎo)出著名的庫侖定律。他還通過對滾動和滑動摩擦的實(shí)驗(yàn)研究,得出摩擦定律。庫侖法國物理學(xué)家第6頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月1庫侖定律1785年ε0=8.85×10-12C2N-1m-2——真空中的電容率或介電常數(shù).O同號電荷O異號電荷第7頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月庫侖定律僅適用于點(diǎn)電荷間的相互作用，距離在10-17~107m范圍時(shí)，極為準(zhǔn)確。2庫侖力的疊加原理庫侖力符合牛頓第三定律:點(diǎn)電荷:只有電量而無幾何形狀與大小的帶電體.條件:帶電體本身的線度<<到其它帶電體的距離.說明第8頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3電場強(qiáng)度一靜電場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.在該電場中的任何帶電體,都受到電場的作用力.——近距作用2電場的物質(zhì)性給電場中的帶電體施以力的作用。電場力對電場中的帶電體作功--電場具有能量。變化的電場以光速在空間傳播--電場具有動量。電場具有質(zhì)量(靜止質(zhì)量為0).(相對于觀察者)靜止的電荷產(chǎn)生的電場.電荷電場電荷1電場的概念3靜電場第9頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月二電場強(qiáng)度在場源電荷Q的靜電場中,放入試驗(yàn)電荷q0,則q0的受的電場力為結(jié)論：F與r有關(guān)，而且還與試驗(yàn)電荷q0有關(guān)。1實(shí)驗(yàn)Qq02電場強(qiáng)度電場強(qiáng)度是電場的屬性,與試驗(yàn)電荷的存在與否無關(guān).能否說，E與F成正比，與q0成反比?

方向:

q0>0時(shí),與電場力的方向一致。電荷q在電場E中受到的的電場力3電場力第10頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月Q三點(diǎn)電荷電場強(qiáng)度點(diǎn)電荷Q的電場中,試驗(yàn)電荷q0受到的電場力為點(diǎn)電荷場強(qiáng)公式特點(diǎn)：(1)是非均勻電場；(2)具有球?qū)ΨQ性。□Q--由場源指向場點(diǎn)第11頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月四電場強(qiáng)度的疊加原理1點(diǎn)電荷系的電場——電荷離散分布在點(diǎn)電荷系Q1,Q2,…,Qn的電場中，試驗(yàn)電荷q0受到的作用力為P點(diǎn)的電場強(qiáng)度點(diǎn)電荷系電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)場強(qiáng)的矢量和?！B加原理Q1Qiq0P第12頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月2連續(xù)帶電體的場強(qiáng)

——電荷連續(xù)分布++++dq將帶電區(qū)域分成許多電荷元dq電荷體分布，dq=ρdV電荷面分布，dq=σdS電荷線分布，dq=λdl——體密度——面密度——線密度dE第13頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月4電場強(qiáng)度的計(jì)算方法離散型連續(xù)型步驟如下：任取電荷元dq，寫出dq在待求點(diǎn)的場強(qiáng)的表達(dá)式；選取適當(dāng)?shù)淖鴺?biāo)系，將場強(qiáng)的表達(dá)式分解為標(biāo)量表示式；進(jìn)行積分計(jì)算；寫出總的電場強(qiáng)度的矢量表達(dá)式，或求出電場強(qiáng)度的大小和方向；在計(jì)算過程中，要注意根據(jù)對稱性來簡化計(jì)算過程?！醯?4頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月求均勻帶電細(xì)棒外一點(diǎn)的場強(qiáng)。設(shè)棒長為l，帶電量q，電荷線密度為λ。解：例題1③建如圖所示坐標(biāo)系,P點(diǎn)坐標(biāo)為（x，0），dq=λdy；①取電荷元dq

；④將投影到坐標(biāo)軸上②確定dq在場點(diǎn)P處形成的元場強(qiáng),方向如圖P大小為第15頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月⑥統(tǒng)一變量（r、θ、y是變量）選θ

作為積分變量,利用幾何關(guān)系⑤疊加第16頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月θ:場源到場點(diǎn)的連線與+y軸夾角□第17頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月中垂線上一點(diǎn)的場強(qiáng)由對稱性，Ey=0則若x<<l

（無限長帶電線模型,即:θ1=0,θ2=π）討論□第18頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月求均勻帶電圓環(huán)軸線上一點(diǎn)的場強(qiáng)。設(shè)圓環(huán)帶電量為q，半徑為R解：例題2④建坐標(biāo)；①取電荷元dq；②確定的方向③確定的大?、輰⑼队暗阶鴺?biāo)軸上第19頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月討論：當(dāng)x>>R時(shí)，方向在x軸上，正負(fù)由q的正負(fù)決定。此時(shí)帶電圓環(huán)可看作點(diǎn)電荷.由對稱性可知，P點(diǎn)場強(qiáng)只有x分量q第20頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月求均勻帶電圓盤軸線上一點(diǎn)的場強(qiáng)。設(shè)圓盤帶電量為q

，半徑為R.解：例題3將帶電圓盤可看成許多同心圓環(huán)組成，取一半徑為r，寬度為dr的細(xì)圓環(huán)帶電量第21頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月相當(dāng)于均勻無限大帶電平面附近的電場，場強(qiáng)垂直于板面，正負(fù)由電荷的符號決定。①當(dāng)②當(dāng)用泰勒級數(shù)展開帶電圓平面相當(dāng)于點(diǎn)電荷。討論x第22頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月兩塊無限大均勻帶電平面，已知電荷面密度為

，計(jì)算場強(qiáng)分布。解：例題4由場強(qiáng)疊加原理兩板之間：兩板之外：E=0.□第23頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月一無限大均勻帶電平面上有一半徑為R的圓形小孔。求通過圓孔中心軸線上一點(diǎn)的場強(qiáng)。解：例題5補(bǔ)償法看成均勻帶電σ

的無限大平面與均勻帶電－σ

半徑為R的圓形平面的電場疊加。微元法：RrdrIt’syourturntohaveitdoneafterclass.第24頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月求一段均勻帶電圓弧所在圓心上的場強(qiáng)。設(shè)圓弧對應(yīng)的圓心角為α。解：例題6取dq=λdl如圖示由對稱性，合場強(qiáng)僅有沿對稱軸方向的分量。取對稱軸第25頁，課件共27頁，創(chuàng)作于2023年2月求均勻