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§1 电荷及其相互作用 一、电场 历史上的两种观点: 定义：电场强度 四、场强的计算 1. 点电荷的场强 第四篇 电磁学 西北工业大学理学院 应用物理系 郑建邦 zhengjianbang@nwpu.edu.cn 第四篇 电磁学 基本内容 真空中的静电场 静电场中的导体和电介质 稳恒电流的磁场 电磁感应和电磁场 实验基础 库仑定律 电荷守恒定律 场的叠加原理 点电荷系 ②有能量 ③对导体、电介质作用 电场强度E 高斯定理 电势 静电场是保守力场 电势能Wa 环路定理 静电场 场源电荷 （静电荷） 相对于观察者静止的点电荷 物质性 ①存在力的作用 力 能量 感应 极化 电荷连续分布带电体 第一章 真空中的静电场 基本内容 1. 电荷 库仑定律 2. 电场 电场强度 电场线 电通量 高斯定理 3. 静电场力的功 环路定理 电势 三条规律、两个概念 两类计算、两条定理 第 一 章 真空中的静电场 自然界只存在两种电荷，同种电荷相排斥，异种电荷相吸引 美国物理学家富兰克林首先称其为正电荷和负电荷 一、两种电荷 带电的物体叫带电体 规定: 用丝绸摩擦过的玻璃棒带正电荷； 用毛皮摩擦过的橡胶棒带负电荷。 1.摩擦起电 二、物体带电的方法和电荷守恒定律 使物体带电的方法有以下几种 2.接触起电 + + A B + + A B + + A B ? 摩擦起电的本质：电子从一个物体转移到另一个物体 ?接触起电的本质：电荷的转移，电子的转移 3.感应起电： 电荷守恒定律：电荷只能从一物体转移到另一物体，或从物体的一部分转移到另一部分，电荷既不能被创造，也不能被消灭，即在任何物理过程中，电荷的代数和都是守恒的。 感应电量等值异号 质子和电子是自然界存在的最小正、负电荷，其数值相等，常用+e和-e表示 e 的值为 C（库仑）：电量的单位 实验表明：任何带电体或微观粒子所带电量都是e的整数倍 ----电荷量值不连续 电荷量子化：电荷量不连续的性质 三、电荷量子化 密里根油滴实验（1913） r 四、电荷相互作用——库仑定律（Coulomb’s Law) 如果二个带电体本身的线度与二者之间的距离相比，可忽略不计，即 dr ，就称为带电体为点电荷，它是一种理想模型。 1. 点电荷： ——理想模型 可以忽略形状和大小以及电荷分布情况的带电体，看作一个带有电荷的点——点电荷。 d1 d2 ----单位矢量 2. 库仑定律: 1785年法国科学家库仑通过扭秤实验得到两个静止点电荷之间相互作用的基本规律 其中 实验测得 k常用常量 ?0 表示： ?0= 8.85?10-12 C2/N?m2 ----真空介电常量 （1）矢量性： 的方向与电荷电性有关 （2）适用范围： ① 真空 ② 点电荷 库仑定律 讨论： 对于不能抽象为点电荷的带电体，不能直接应用库仑定律计算相互作用力 设空间中有n个点电荷q1、q2 、q3 … qn -----静电力叠加原理 实验表明，qi受到的总静电力等于其它各点电荷单独存在时作用于qi上静电力的矢量和 即 （3）静电力叠加原理 ① 点电荷系 ------ 矢量和（平行四边形法则） ② 带电体 ------矢量积分 P Q dq q0 ? P 由库仑定律，电子与质子之间的静电力大小为 解: 由万有引力定律有 ----可不考虑引力的作用 Fg [例1]氢原子中电子与质子之间的距离为 5.3?10-11m，试计算电子和质子之间的静电力和万有引力各为多大？已知引力常数G=6.7?10-11 N?m2/kg2。 实验基础 库仑定律 电荷守恒定律 场的叠加原理 点电荷系 ②有能量 ③对导体、电介质作用 电场强度E 高斯定理 电势 静电场是保守力场 电势能Wa 环路定理 静电场 场源电荷 （静电荷） 相对于观察者静止的点电荷 物质性 ①存在力的作用 力 能量 感应 极化 电荷连续分布带电体 三条规律、两个概念 两类计算、两条定理 真空中的静电场 超距的观点: 电荷 电荷 电场的观