胡盘新主编《普通物理学简明教程》课件ppt-05静止电荷的电场

海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§1-1质点参考系运动表式结构框图电荷相互作用库仑定律静电场电场强度电通量高斯定理环路定理电势静电场的基本性质与带电粒子的相互作用导体的静电平衡电位移矢量介质中高斯定理电介质极化电场能静电力叠加原理电容力功海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§1-1质点参考系运动表式一掌握描述静电场的两个物理量——电场强度和电势的概念，理解电场强度是矢量点函数，而电势V则是标量点函数.二理解高斯定理及静电场的环路定理是静电场的两个重要定理，它们表明静电场是有源场和保守场.三掌握用点电荷电场强度和叠加原理以及高斯定理求解带电系统电场强度的方法；并能用电场强度与电势梯度的关系求解较简单带电系统的电场强度.四掌握用点电荷和叠加原理以及电势的定义式求解带电系统电势的方法.五了解电偶极子概念，能计算电偶极子在均匀电场中的受力和运动.教学基本要求E海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§1-1质点参考系运动表式六理解静电场中导体处于静电平衡时的条件，并能从静电平衡条件来分析带电导体在静电场中的电荷分布.八理解电容的定义，并能计算几何形状简单的电容器的电容.九了解静电场是电场能量的携带者，了解电场能量密度的概念，能用能量密度计算电场能量.七了解电介质的极化及其微观机理，了解电位移矢量的概念，以及在各向同性介质中，和电场强度的关系.了解电介质中的高斯定理，并会用它来计算对称电场的电场强度.DDE海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§1-1质点参考系运动表式物理学的第二次大综合法拉第的电磁感应定律：电磁一体麦克斯韦电磁场统一理论（19世纪中叶）赫兹在实验中证实电磁波的存在，光是电磁波.技术上的重要意义：发电机、电动机、无线电技术等.库仑定律：电荷与电荷间的相互作用（磁极与磁极间的相互作用）奥斯特的发现：电流的磁效应，安培发现电流与电流间的相互作用规律.海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§5-1电荷库仑定律一、电荷对电的最早认识：摩擦起电和雷电两种电荷：正电荷和负电荷电性力：同号相斥、异号相吸电荷量：物体带电的多少海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-1电荷库仑定律二、电荷守恒定律物质由原子组成，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。由大量原子构成的物体也就处于电中性状态，对外不显示电性。物质的电结构理论海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场起电的实质所谓起电，实际上是通过某种作用，使物体内电子不足或者过多而呈现带电状态。通过摩擦可是两个物体接触面温度升高，促使一定量的电子获得足够的动能从一个物体迁移到另一个物体，从而使获得更多电子的物体带负电，失去电子的物体带正电。海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场在没有净电荷出入边界的系统中,电荷的代数和保持不变.-e+e-e+e2）电荷可以成对产生或湮灭，但代数和不变1）自然界的基本守恒定律之一cQi电荷守恒定律海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场强子的夸克模型具有分数电荷（或电子电荷）但实验上尚未直接证明.3132基本性质C10602.119e1电荷有正负之分；2电荷量子化；电子电荷3同性相斥，异性相吸.),3,2,1(nneq1906-1917年，密立根用液滴法首先从实验上证明了，微小粒子带电量的变化不连续。电荷的吸引与排斥c.exe三电荷的量子化海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-1电荷库仑定律1点电荷模型）（12rd1）概念：当带电体的大小和形状可以忽略时,可把电荷看成是一个带电的点，称为点电荷12r21F12F1q2q1q12rd21F12F2q四、库仑定律海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-1电荷库仑定律2库仑定律(CoulombLaw)1785年，库仑通过扭称实验得到。1）文字表述：在真空中，两个静止点电荷之间的相互作用力大小，与它们的电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比；作用力的方向沿着它们的联线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-1电荷库仑定律211221221012π41FerqqF（为真空电容率）0212120mNC108542.8π41k112mF108542.80π41k1）单位制有理化令说明2）库仑定律遵守牛顿第三定律3）是基本实验定律，宏观微观皆适用4）应用时注意点电荷模型海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场QuickQuiz5.112r21F12F1q2q已知：求q1=+2μC，q2=+6μC，下列哪个表述是正确的？1221()3aFF1221()bFF1221()3cFF海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-1电荷库仑定律解N101.8π416220ereFN107.347-2pegrmmGF例在氢原子内,电子和质子的间距为.求它们之间电相互作用和万有引力,并比较它们的大小.m103.511kg101.931emkg1067.127pm2211kgmN1067.6GC106.119e39ge1027.2FF（微观领域中,万有引力比库仑力小得多,可忽略不计.）Example4.1-P139-5-1电力、引力海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场例5-2三个电荷量均为q的正负电荷，固定在一边长a=1m的等边三角形的顶角（图a)上。另一个电荷+Q在这三个电荷静电力作用下可沿其对称轴（o-x）自由移动，求电荷+Q的平衡位置和所受到的最大排斥力的位置。o-qq+Qqara/2xy(a)Example1-P139-5-2海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场F3解：如图b所示，20204cos42xQqrQqFo-qq+Qqara/2xy(b)F1F2式中222322axarrax23cos正电荷Q受到-q的吸引力F1沿ox轴负方向；两个+q对它的排斥力F2和F3的合力沿ox正方向；因此，作用在Q上的总合力为：海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场22322012342324xaxaaxQqF则0xF令可求得Q受到零作用力的位置()d0dFxX=可求得Q受到最大排斥力的位置再令海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-2电场电场强度§5-2电场电场强度一.电场(electricfield)两种观点{超距作用作用电场电荷1电荷2电场1电场2电荷1电荷2静电场：相对于观察者静止的电荷在周围空间激发的电场。电场力：电场对处于其中的其他电荷的作用力，电荷间的相互作用力本质上是各自的电场作用于对方的电场力。海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场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？电荷电场电荷1.概念：电荷周围空间具有特殊形态和物理性质的物质称为电场，对观察者相对静止的电荷所产生的电场，称为静电场。2.特点:处于电场中的任何电荷都将受到电场力的作用;当电荷相对于观测者运动时，电场是变化的;电场能使引入电场中的导体或电介质分别产生静电感应现象或极化现象。海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-2电场电场强度？PE线度足够地小——场点确定；电量充分地小——不至于使场源电荷重新分布。fP1、试验电荷0Q0QfP大小：单位正电荷受力单位：N/C、V/m2、Q0只是使场显露出来，即使无Q0，也存在。E此式为电场强度的定义式说明二、电场强度(electricfieldstrength)海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-2电场电场强度3.背景问题实验证实两静止电荷间存在相互作用力，但其相互作用是怎样实现的？方案电荷电荷电荷电场电荷超距作用:场作用错对4.说明：实物物质场电场的物质性体现在：(1)给电场中的带电体施以力的作用；(2)当带电体在电场中移动时，电场力作功，这表明电场具有能量；(3)变化的电场以光速在空间传播，表明电场具有动量。电场具有动量、质量、能量，体现了它的物质性.海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场QuickQuiz5.2P将电荷量为+3μC的实验点电荷至于P点时，P点处的电场强度为5×106N/C，则将将电荷量为+3μC的实验点电荷至于P点时，场强将：（a）数值不变，方向相反；（b）数值变小，方向相反；（C）数值变大，方向相反；（d）数值不变，方向不变；（e）数值变小，方向不变；（f）数值变大，方向不变；海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-2电场电场强度Q点电荷0Q试验电荷r02004rrQQF204rQE大小方向rEQ0rEQ01r1Q2F3FF1F204rQE2Q3Q试验电荷受力321FFFF0QFE030201QFQFQF321EEEiiEEiiiirrQ2004场强叠加原理由定义rrr0三、电场叠加原理海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-2电场电场强度1.点电荷的场强Q0qrErQ0qE根据库仑定律和场强的定义0204rrQqFqFErrrqrrQE2002044四、电场强度的计算海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-2电场电场强度思考由点电荷场强公式,如上图所示,是否有EQQE?0Er海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-2电场电场强度2.点电荷系的场强由场强叠加原理iiEEiniiirrqE1304海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-2电场电场强度3.电荷连续分布的带电体的场强0204rrdQEddQrrEdEQQ20041场强叠加原理分量式kEjEiEEzyxQdQrdLdSdVdQdQrxrxrdQEx30204141海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场补充qqp0r电偶极子是一种非常重要的物理模型电偶极矩（电矩）0rqp两个等量异号电荷-q,+q相距为r0,该带电体系为电偶极子;用表示从－q到＋q的位矢.0r例题5-3求：电偶极子中垂面上任意点的场强视频Example4.2-P145-5-3-电偶极子海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场海南大学海纳百川大道致远第五章静止电荷的电场§10-2电场电场强度解一304rrQE304rrQEEEE304rlQ30