[理学]第一章 静电场的基本规律1.pptVIP

第 一 章 静电场的基本规律 §1.1、电荷 §1.2、库仑定律 §1.3、静电场 §1.4、电场线和电通量 §1.5、高斯定律 §1.6、电势 §1.1、电荷 1. 带电 公元前约585年希腊学者泰勒斯观察到用布摩擦过的琥珀能吸引轻微物体。 “电”(electricity) 希腊文琥珀。 把带电体所带的电称为电荷，但习惯上把带电体本身称为电荷。电荷是物质的一种属性。 §1.1、电荷 英国的威廉·吉尔伯特在1600年出版的《论磁、磁体和地球作为一个巨大的磁体》一书中描述了对电现象所做的研究，把琥珀、金刚石、蓝宝石、硫磺、树脂等物质摩擦后会吸引轻小物体的作用称为“电性” 。 §1.1、电荷 2.电荷的种类 电荷有两种：正电、负电。 1750年，美国物理学家：富兰克林（B. FrankLin)首先命名。 电荷的性质：同性电荷相斥，异性电荷相吸。 带电体所带电荷的多少叫电量。 单位：库仑（C）。 §1.1、电荷 3.物质的电结构理论 物质由原子组成，原子由原子核和核外电子组成，原子核又由中子和质子组成。中子不带电，质子带正电，电子带负电。质子数和电子数相等，原子呈电中性。 §1.1、电荷 物体带电的本质是两种物体间发生了电子的转移。即一物体失去电子带正电，另一物体得到电子带负电。 一个带电体所带总电量为其所带正负电的代数和。 电荷是实物粒子的一种属性，它描述了实物粒子的电性质。 §1.1、电荷 4.电荷的量子性 实验证明，在自然界中，电荷总是以一个基本单元的整数倍出现， 即 电荷的这种只能取分立的、不连续量值的特性叫做电荷的量子性。 §1.1、电荷 1890年斯通尼引入了“电子”(electron)这一名称来表示带有负的基元电荷的粒子。 1897年，汤姆生对阴极射线进行了一系列的实验研究，他确认阴极射线是带负电的粒子。 电荷的基本单元 1913年密立根设计了有名的油滴试验，直接测定了此基元电荷的量值。 §1.1、电荷 许多基本粒子都带有正的或负的基元电荷。微观粒子所带的基元电荷数常叫做它们各自的电荷数，都是正整数或负整数。 近代物理从理论上预言基本粒子由若干种夸克或反夸克组成，每一个夸克或反夸克带有的电量为： 至今尚未从实验中直接发现单独存在的夸克或反夸克，仅在一些间接的实验中得到验证。 §1.1、电荷 5.电荷的连续分布 电磁现象的宏观规律 大量电荷 电荷在带电体上连续分布 §1.1、电荷 6.电荷守恒定律 由摩擦生电的实验可见，当一种电荷出现时，必然有相等量值的异号电荷同时出现；一种电荷消失时，必然有相等量值的异号电荷同时消失。 因此，在孤立系统中，不管其中的电荷如何迁移，系统的电荷的代数和保持不变，这就是电荷守恒定律。 §1.1、电荷 现代物理研究已表明，在粒子的相互作用过程中，电荷是可以产生和消失的。然而电荷守恒并未因此而遭到破坏。 电子对的“产生” 电子对的“湮灭” 正电子 §1.1、电荷 7.电荷的相对论不变性 实验表明，电荷的电量与它的运动状态无关。 在不同的参考系中，同一带电粒子的电量不变。 §1.2、库仑定律 1.点电荷 当一个带电体本身的线度比所研究的问题中所涉及的距离小得多时，该带电体的形状与电荷在其上的分布状况均无关紧要，该带电体就可看作为一个带电的点，叫做点电荷。 电子 质子 §1.2、库仑定律 2.库仑定律 实验表明：在真空中，两个静止的点电荷之间的相互作用力，其大小与它们电荷的乘积成正比，与它们之间距离的二次方成反比；作用力的方向沿着两点电荷的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。 §1.2、库仑定律 称为真空电容率。 单位制的有理化 q1 q2 r21 §1.2、库仑定律 当 q1 和 q2 同号时，作用力表现为排斥力； 当 q1 和 q2 异号时，表现为吸引力。 静止电荷间的电作用力，又称为库仑力。 两静止点电荷之间的库仑力遵守牛顿第三定律。 实验证实，库仑定律在 r 从 广大范围内正确有效。 §1.2、库仑定律 3.叠加原理 两个点电荷之间的作用力并不因为第三个点电荷的存在而有所改变。这就是叠加原理。 电荷之间的库伦作用力服从力的矢量合成法则。 §1.3、静电场 1.场的基本概念 所谓“场”是指某种物理量在空间的一种分布。 物理上的“场”是指物质存在的一种特殊形态。实物和场是物质的两种存在形态。 实物是由原子分子组成的，一种实物占据的空间，不能同时被其他实物所占据。 场是一种弥漫在空间的特殊物质，它遵从叠加性，即一种场占据的空间，能为其他场同时占有，互不发生影响。 §1.3