第12章：静电场ppt课件.ppt

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1、第12章静电场12.1电荷物体之所以产生电磁现象，原因就在于物体上有电荷，并且这些电荷在运动。1.电荷的种类电荷有两种，同种电荷相排斥，异种电荷相吸引。富兰克林首先以正电荷和负电荷来区分，沿用至今。宏观物体带不同种类电荷的根源在于组成它们的微观粒子所带电荷种类的不同：电子带负电，质子带正电，中子不带电。现代物理实验证实，电子的电荷集中在半径小于10-18m的体积内，因此，电子被看成是一个无内部结构而有有效质量和电荷的点。质子中只有正电荷，集中在半径为10-15m的体积内。2.电荷的量子性实验证实，自然界中，电荷总是以一个基本单元的整数倍出现的，这种性质叫量子性。这

2、一概念最初是在讨论电解现象中电量与析出物质质量之间的关系时提出来的。法拉第等结论：一个离子的电量只能是一个基本电量的整数倍。直到1890年，斯通尼才引入电子的概念来表示带有负电的基本电荷粒子。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。1923年，因油滴实验获得诺贝尔物理学奖。近代物理预言基本粒子由若干种夸克和反夸克组成。夸克可能带有分数1/3或2/3电子电量。但实验上尚未直接证明。也许有的读者对于量子化的硬性规定感到不舒服，其实，原子论本身的精髓就在于承认物质结构的离散性。认为任何物质都是由原子组成的，就等

3、于承认了物体的质量是某个最小单元（一个原子质量）的整数倍。发现电子之后，我们又认识到，任何物体所带的电量也是某个基本单元的整数倍。现在让我们把思想拓展一步，认为能量、角动量这些过去在经典物理中连续取值的物理量，在微观世界里也是离散的，有什么不可以呢？在今天的信息技术中，将模拟量（连续取值的量）数值化（离散化），可以大大提高信息传输过程中的抗干扰能力。没有稳定性就没有同一性，没有原子结构的同一性就没有物质世界在微观层次上高度的统一性。若在微观世界里没有离散性，要保证物质结构的高度的统一性是不可想象的。从这个角度来看，在微观世界里，物理量取值的离散性（在近代物理中称为

4、量子性），就是理所当然的了。3.电荷守恒定律在孤立系统中，电荷的代数和保持不变。电荷守恒实际上就是在各种变化中，系统内粒子的总电荷数守恒。现代物理研究表明，在粒子的相互作用过程中，电荷是可以产生和消灭的。然而，电荷守恒定律并未遭到破坏。例如，一个高能光子与一个重原子核作用时，该光子可以产生一个正电子和一个负电子，称为电子对的产生，而一个正电子和一个负电子在一定条件下相遇，又会同时消失而产生两个或三个光子，称为电子对的湮灭。在已观察到的各种过程中，正负电子总是成对产生或成对消失。4.电荷的相对论不变性实验证实，一个电荷的带电量与它的运动状态无关。即：在不同的参考系内

5、观察，同一带电粒子的电量不变，这一性质叫电荷的相对论不变性。真空中的介电常数(真空中的电容率)12.2库仑定律与叠加原理有理化：矢量化：电介质中的库仑定律：介质的介电常数(电容率)相对介电常数(电容率)电力的叠加原理：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。例：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，库仑力：万有引力为：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。电场强度试验电荷在静止的电荷Q周围的静电场中，放入试验电荷q0，试

6、验电荷q0受力为：F与r有关，而且还与试验电荷q0有关。电场强度是电场的属性，与试验电荷的存在与否无关，并不因无试验电荷而不存在，但可由试验电荷受到的力来反映。单位：N.C-1或V.m-1试验电荷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，反映了电场本身的性质，用这个物理量作为描写电场的场量，称为电场强度。电场中某点的电场强度在数值上等于位于该点的单位正试验电荷所受的电场力。说明：（1）点电荷电场是非均匀电场；（2）点电荷电场具有球对称性。+-12.4点电荷电场及其叠加在真空中，点电荷Q放在坐标原点，试验电荷放在r处受到的电场力为：点电荷场强公

7、式：Q>0，电场强度E与径向同；Q<0，电场强度E与径向反。在点电荷系Q1,Q2,…,Qn的电场中，在P点放一试验电荷q0受到的作用力为:P点的电场强度:点电荷系电场中某点的场强等于各个点电荷单独存在时在该点的场强的矢量和。点电荷系的电场例:求电偶极子(ElectricDipole)中垂面上的场强。解：定义：偶极矩r>>lr+=r-r+-例:求长L均匀带电细棒(电荷线密度)中垂面上的场强。yx0x2）R<>x例：求电量Q；半径R均匀带电圆盘轴线上的场强。计算电荷连续分布体电场步骤是：1.选适当坐

8、标系,取d