10-2电场和电场强度.pptVIP

* §10-2 电场和电场强度 一、电场(electric field ) 实验证实了两静止电荷间存在相互作用的静电力，但其相互作用是怎样实现的？ 早期：电磁理论是超距作用理论，即二者直接作用，发生作用也不用时间传递。即 电荷 电荷 18 世纪：力的超距作用思想风行欧洲大陆. 后来: 英国法拉第探索电磁力传递机制，由电极化现象和磁化现象提出中间介质是发生电、磁现象的场所，提出近距作用并提出力线和场的概念 在电荷周围空间存在一种特殊物质，它可以传递电荷之间的相互作用力，这种特殊物质称为 电场。静止电荷周围存在的电场，称 静电场，这就是所谓的近距作用。 电 荷 电 场 电 荷 实物 物 质 场 电荷 电场 电荷 19 世纪： 英国麦克斯韦：建立电磁场方程，定量描述场的性质和场运动规律. 20世纪： 爱因斯坦： 相对论树立了“场”的实在地位。 质能关系揭示出实物与场不能截然划分。场本身参与能量和动量交换，是物质存在的基本形式之一。 真空中电荷周围存在着静电场 用 、 来分别描述静电场的上述两项性质 静电场对外表现有两个特性： （1）力的特性：场中任何带电体都受电场力作用 （2）功的特性： 带电体在电场中移动时，场对带电 体做功 （动量传递） （能量传递） 实验表明电场具有质量、动量、能量，体现了它的物质性。 二、电场强度 (electric field intensity) 电场中某点处的电场强度 等于位于该点处的单位试验电荷所受的力，其方向为正电荷受力方向. 　（试探电荷为点电荷、且足够小,故对原电场几乎无影响） ：场源电荷 ：试探电荷 单位 电场强度与试探电荷无关，反映电场本身的性质。 电荷 在电场中受力 于是电场强度反映了电场的力性质。 应用 利用电场加速带电粒子 利用电场使带电粒子偏转 + + - - - - +q + + - - - + + + + + + +q + + + - - - + + + + - - - + + + + + 三、电场强度的计算 1. 点电荷的电场强度 位矢 求场点 O 场源 F 正电荷 负电荷 2. 多个点电荷产生的电场 电场中任何一点的总场强等于各个点电荷在该点各自产生的场强的矢量和。这就是场强叠加原理。 若空间存在n个点电荷q1 ,q2 ,…,qn 求它们在空间电场中任一点P 的电场强度： ri 是点P 相对于第i 个点电荷的位置矢量。 E3 E2 E1 3. 任意带电体产生的电场 将带电体分成很多电荷元dq ,先求出它在空间任意点 P 的场强 对整个带电体积分,可得总场强： 以下的问题是引入电荷密度的概念并选取合适的坐标，给出具体的表达式和实施计算。 P ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ ＋ 任意带电体 连续带电体产生的电场： 其电场看成由许多点电荷产生电场的叠加 具体的解题步骤： ①、画出示意图，选取适当的电荷元； ②、建立坐标系，将电荷元的电场强度分解； ③、确定积分的上下限，积分后合成。 例1. 电偶极子的电场 电偶极子是由电介质极化，电磁波的发射、接收， 中性原子间相互作用……总结出的理想模型 . 分子 分子 无外场 电偶极子：相距很近的等量异号电荷 描述其性状－电偶极矩： 讨 论 （1）电偶极子轴线延长线上一点的电场强度 （2）电偶极子轴线的中垂线上一点的电场强度 例2：求距离均匀带电细棒为a 的 p点处电场强度。 设棒长为L , 带电量q ，电荷线密度为l =q/L 解： 选坐标并任取一小段dq 如图，其中 a p a b 由图可知在xy 平面上 p 点的场强 dE 可分解成 x方向和 y 方向的两个分量: dEτ dEy θ dx l 场强的x分量: 场强的y分量: 当 yL时为无限长均匀带电细棒 a = 0,b = p , p点的电场强度只有y 分量 方向垂直于细棒。 讨论: 解：在圆环上任选dq ，引矢径 r 至场点，由对称性可知， p 点场强只有x 分量 例3： 均匀带电圆环轴线上一点的场强。设圆环带电量为q，半径为R。 当所求场点远大于环的半径时， 方向在x 轴上，正负由q的正负决定。说明远离环心的场强相当于点电荷的场。 dE// dE⊥ 例4：均匀带电圆盘轴线上一点的场强。 设圆盘带电量为 ，半径为 。 解：带电圆盘可看成许多同心的圆环 组成，取一半径为r，宽度为dr 的细 圆环带电量： p E 在远离带电圆面处，相当于点电荷的场强。 相当于无限大带电平面附近的电场，可看成是均匀场， 场强垂直于板面，正负由电荷的符号决定。