第5章 静电场综述.ppt

汪丽莉 邮箱：llwang@sues.edu.cn 办公室： 行政楼1317 电话答疑时间（10-17周） 周三 9-10节 教A-210 （自习辅导） 周四 5-8节 行政1315 （答疑辅导） 教材及参考书目： 5 1、什么是电磁学 电磁运动是物质的一种基本运动形式。电磁学是研究电磁运动及其规律的物理学分支。 2、电磁学的主要内容 电荷、电流产生电场和磁场的规律； 电场和磁场的相互作用； 电磁场对电流、电荷的作用； 电磁场中物质的各种性质。 3、学习电磁学的意义 在现代物理学中的地位是非常重要的。 深入认识物质结构。 是学习电工学、无线电电子学、自动控制、计算机技术等学科的基础。 电磁学 6 静电场 本章主要内容：研究真空中静电场的基本特性： 静电场的基本定律：库仑定律、叠加定律 静电场的基本定理：高斯定理、环路定理 描述静电场的物理量：电场强度、电势 静电场对电荷的作用 7 一 电荷的量子化 5-1 电荷的量子化 电荷守恒定律 1 电荷 摩擦起电：用木块摩擦过的琥珀能吸引碎草等轻小物体的现象。许多物体经过毛皮或丝绸等摩擦后，都能够吸引轻小的物体。人们就说它们带了电，或者说它们有了电荷。 当物质处于电中性时，质子数＝中子数 当物质的电子过多或过少时，物质就带有电荷 电子过多时——物体带负电 电子过少时——物体带正电 8 3 电荷量子化 1913年，密立根用液滴法从实验中测出所有电子都具有相同的电荷，而且带电体的电荷是电子电荷的整数倍。 电子电量 e 带电体电量 q=±ne, n=1,2,3,... 电荷的这种只能取离散的、不连续的量值的性质，叫作电荷的量子化。电子的电荷e称为基元电荷，或电荷的量子。 1986年国际推荐值 近似值 2 性质: 同种相斥，异种相吸 宏观电磁学—电荷值连续 9 物体所带电荷的多少叫作电量。 单位：库仑（C） 4 量度: 5 电荷的相对论不变性： 在不同的参照系内观察，同一个带电粒子的电量不变。电荷的这一性质叫做电荷的相对论不变性。 10 二 电荷守恒定律 不管系统中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变. （自然界的基本守恒定律之一） （适用于一切宏观和微观过程） 11 库仑 (C.A.Coulomb 1736 1806） 法国物理学家，1785年通过扭秤实验创立库仑定律, 使电磁学的研究从定性进入定量阶段. 电荷的单位库仑以他的姓氏命名. 5-2 库仑定律 1773年提出的计算物体上应力和应变分布情况的方法，是结构工程的理论基础。 1779年对摩擦力进行分析，提出有关润滑剂的科学理论。 他还通过对滚动和滑动摩擦的实验研究，得出摩擦定律。 12 在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小与点电荷电量的乘积成正比，与两点电荷之间距离的平方成反比，作用力在两点电荷之间的连线上，同号电荷互相排斥，异号电荷互相吸引。 一 库仑定律 13 大小： 方向： 14 例：在氢原子中，电子与质子之间的距离约为5.3×10-11m，求它们之间的库仑力与万有引力，并比较它们的大小。 解：氢原子核与电子可看作点电荷 万有引力为 两值比较 结论：库仑力比万有引力大得多，所以在原子中，作用在电子上的力，主要是电场力，万有引力完全可以忽略不计。 15 二 电力的叠加原理 实验表明：两个点电荷之间的作用力并不因第三个点电荷的存在而改变。 在电磁场的量子效应中，经典叠加原理不成立。 16 一 静电场 静电场: 静止电荷周围存在的电场 5-3 电场强度 问：电荷间的相互作用力通过什么来传递？需不需要时间？ 17 2、电场的物质性 给电场中的带电体施以力的作用。 当带电体在电场中移动时，电场力作功；表明电场具有能量。 变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量。 表明电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性. 18 二 电场强度 1 试验电荷 点电荷 电荷足够小 2 实验 3 电场强度 在静止的电荷Q周围的静电场中，放入试验电荷q0 ，讨论试验电荷q0 的受力情况。 F与r 有关， 而且还与试验电荷q0 有关。 试验电荷将受到源电荷的作用力与试验电荷电量的比值F/q0 则与试验电荷无关 19 和试验电荷无关 定义: 单位正试验电荷所受的电场力 当q0时，电场力方向与电场强度方向相同； 当q0时，电场力方向与电场强度方向相反。 20 三 点电荷电场强度 Q0，