大學(xué)物理-靜電場(庫侖)

1、電磁場,第三篇 電磁相互作用和電磁場 Electromagnetic field,四種基本相互作用電磁 引力 強(qiáng) 弱,電磁相互作用重要 清楚,通過電磁場說明 場的 基本性質(zhì) 基本特征 基本方法,內(nèi)容： 一.靜電場及基本性質(zhì) 二.穩(wěn)恒電流的電場、磁場及基本性質(zhì) 三.電磁感應(yīng)現(xiàn)象及規(guī)律

2、 四.Maxwell 電磁場方程組 ?電磁場的統(tǒng)一性 物質(zhì)性 相對性 ?電磁場量的相對論變換 五.引力場思路：實(shí)驗(yàn)規(guī)律,1.對電荷的基本認(rèn)識 ? 兩種 ? 電荷量子化 (charge quantization )1906-1917年，密立根用液滴法首先從實(shí)驗(yàn)上證明了，微小粒子帶電量的變化不連續(xù)。,一.電荷守恒定律,? 電荷守恒定律的表述：在一個(gè)和外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，正負(fù)電荷的代數(shù)和在任何物理過

3、程中保持不變。? 電荷守恒定律是物理學(xué)中普遍的基本定律,? 電量是相對論不變量? 電荷守恒定律 (law of conservation of charge),二.庫侖定律( Coulomb Law) 1785年，庫侖通過扭稱實(shí)驗(yàn)得到。1.表述,在真空中， 兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力大小，與它們的電量的乘積成正比，與它們之間距離的平方成反比；作用力的方向沿著它們的聯(lián)線，同號電荷相斥，異號電荷相吸。,電荷2 受電荷 1

4、的力,,,從電荷1指向電荷2,若表示 電荷1受電荷2的力 表達(dá)式仍為,,,2 . K的取值一般情況下物理上處理K的方式有兩種：1)如果關(guān)系式中除K以外，其它物理量的單位已經(jīng)確定 那么只能由實(shí)驗(yàn)來確定 K 值 ? K 是具有量綱的量如萬有引力定律中的引力常量G就是有量綱的量 2)如果關(guān)系式中還有別的量尚未確定單位 則 令就 K=1 (如牛頓第二定律中的K ),第二種 高斯制中電量的單位尚未確定

5、 ?令 K = 1,3.SI中庫侖定律的常用形式,令,有理化,,庫侖定律 (兩種)第一種 國際單位制中,1)基本實(shí)驗(yàn)規(guī)律 宏觀 ? 微觀 適用2)點(diǎn)電荷 理想模型三.電力疊加原理,,施力 受力,§2 電場 電場強(qiáng)度,,早期：電磁理論是超距作用理論后來: 法拉第提出近距作用 并提出力線和場的概念,一.電場 (electric field)

6、 電荷周圍存在電場。1.電場的基本性質(zhì)? 對放其內(nèi)的任何電荷都有作用力? 電場力對移動電荷作功,,2.靜電場 相對于觀察者靜止的電荷產(chǎn)生的電場 是電磁場的一種特殊形式,二.電場強(qiáng)度 (electric field strength),空間帶電體 電量為,,描述場中各點(diǎn)電場的強(qiáng)弱的物理量是電場強(qiáng)度,,,?電量充分地小?線度足夠地小,,試驗(yàn)電荷放到場點(diǎn)P處，,試驗(yàn)電荷受力為,試驗(yàn)表明：確定場

7、點(diǎn) 比值,與試驗(yàn)電荷無關(guān),電場強(qiáng)度定義,?,? 矢量場 ? 量綱,國際單位制,單位,或,? 點(diǎn)電荷在外場中受的電場力,三.電場強(qiáng)度的計(jì)算,1.點(diǎn)電荷的場強(qiáng)公式根據(jù)庫侖定律和場強(qiáng)的定義,? 球?qū)ΨQ,,,,,由庫侖定律,由場強(qiáng)定義,,?,從源電荷指向場點(diǎn),? 場強(qiáng)方向正電荷受力方向,2.場強(qiáng)疊加原理任意帶電體的場強(qiáng),如果帶電體由 n 個(gè)點(diǎn)電荷組成，如圖,,,整理后得,或,,,若帶電體可看作是電荷連續(xù)分布的，如圖示,,,把帶電體看

8、作是由許多個(gè)電荷元組成，然后利用場強(qiáng)疊加原理。,,? 體電荷密度? 面電荷密度? 線電荷密度,,,,,,例1 電偶極子的場 首先看 一對等量異號電荷相距,,,,一般方法點(diǎn)電荷場疊加,,,若從電荷連線的中點(diǎn)向場點(diǎn)P畫一位矢,,則這一對等量異號電荷稱為電偶極子(electric dipole),電偶極矩 (electric moment),? 特殊情況?連線上，正電荷右側(cè)一點(diǎn) P 的場強(qiáng),,,,,從,出發(fā),,由圖,,,

9、,,,電荷線密度為,求：如圖所示 點(diǎn)的電場強(qiáng)度,,解：在坐標(biāo) x 處取一個(gè)電荷元dq,,,該點(diǎn)電荷在 p 點(diǎn)的場強(qiáng)方向如圖所示大小為,? 各電荷元在 p 點(diǎn)的場強(qiáng)方向一致? 場強(qiáng)大小直接相加,例2 長為 均勻帶電直線,例3 均勻帶電圓環(huán)軸線上的場,,解：在圓環(huán)上任取電荷元,,,,,,由對稱性分析知垂直x 軸的場強(qiáng)為0,,,,點(diǎn)電荷,? 理想模型點(diǎn)電荷電偶極子無限長帶電線無限大帶電面,,,,,>>,