清华大学物理学概论第6章恒定电场和恒定磁场1(电场强度).ppt

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1、电磁篇1电磁相互作用和电磁场四种基本相互作用电磁引力强弱电磁相互作用重要清楚通过电磁场说明场的基本性质基本特征基本方法场论宏观的电磁学理论2一.恒定场1.静电场2.稳恒电流的电场3.稳恒电流的磁场二.感生场1.感生电场2.感生磁场三.电磁场的统一性相对性3场的性质场与物质的相互作用基本思路实验规律麦克斯韦电磁场方程组4第6章恒定电场和恒定磁场§6.1真空中的静电场§6.2导体存在时的静电场§6.3有电介质时的静电场§6.4恒定电流的电场§6.5真空中的稳恒磁场§6.6磁介质51.对电荷的基本认识两种－－正负电荷量子化电量是相对论不变量§6.1真空

2、中的静电场一.电荷守恒定律和库仑定律62.基本实验规律1）电荷守恒定律2）电力叠加原理3）库仑定律从施力电荷指向受力电荷7库仑定律表述：1785年库仑通过扭称实验得到真空中，两个静止点电荷之间的相互作用力的大小与它们电量的乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向沿着它们的连线，同号电荷相斥，异号电荷相吸。8从施力电荷指向受力电荷若两电荷同号斥力若两电荷异号吸引力方向方向9第二种高斯制中当时电量的单位尚未确定令K=1库仑定律的形式简单库仑定律中的K有两种取法第一种国际单位制中10施力受力3.SI中库仑定律的常用形式令（有理化）真空中的

3、介电常数或真空电容率11早期：电磁理论是超距作用理论后来:法拉第提出近距作用并提出力线和场的概念1.电场电荷周围存在电场1）电场的宏观表现对放其内的任何电荷都有作用力电场力对移动电荷作功（电场强度）（电势）二.电场电场强度122）静电场相对于观察者静止的电荷产生的电场是电磁场的一种特殊形式2.电场强度电量为Q的带电体在空间产生电场描述场中各点电场强弱的物理量是电场强度13思考试验电荷必须满足两小：电量充分地小线度足够地小试验电荷放到场点P处，试验电荷受力为试验表明：确定场点比值与试验电荷无关电场强度定义定义方法：为什么？14讨论1)2)矢量场3)

4、SI中单位4)电荷在场中受的电场力点电荷在外场中受的电场力或一般带电体在外场中受力15三.电场强度的计算1.点电荷Q的场强公式由库仑定律有首先将试验点电荷q放置场点P处解决的问题是场源点电荷Q的场中各点电场强度解决的办法是库仑定律和场强的定义161)球对称由库仑定律由场强定义讨论2)场强方向：正电荷受力方向由上述两式得172.场强叠加原理任意带电体的场强1）如果带电体由n个点电荷组成，如图由电力叠加原理由场强定义整理后得或根据电力叠加原理和场强定义182）如果带电体电荷连续分布如图把带电体看作是由许多个电荷元组成然后利用场强叠加原理求解P19体电

5、荷密度面电荷密度线电荷密度电荷密度20例1一对相距为l的等量异号点电荷的电场强度根据场强叠加原理：原理式均为代数量21P若场点P距正电荷一端为a，则场强：方向如图方向如图合场为方向：连线向右22讨论：一对等量异号电荷系统若从电荷连线的中点向场点P画一位矢且满足：r>>l的条件则这一对等量异号点电荷叫做电偶极子(electricdipole)描述的物理量是电偶极矩方向：从负点电荷指向正点电荷23再利用电偶极子必须满足r>>l的条件得：推导电偶极子的场强：由一对等量异号点电荷的场出发：研究物质分子对场的贡献时，将分子看作电偶极子24电介质（绝缘体）的

6、微观图象+-+-+有极分子无极分子无电场时有极分子无极分子电中性热运动---紊乱故对外不产生电场25解：建坐标如图例2长为l的均匀带电直线，电荷线密度为求：如图所示P点的电场强度在坐标x处取一长度为dx的电荷元电量为电荷元到场点P距离为r26电荷元dx在P点的场强方向如图所示大小为27各电荷元在P点的场强方向一致场强大小直接相加自解方向：导线延线28例3求电偶极子在电场中的力和力矩如图，解：正负电荷受力：系统质心速度不变各力对质心的力矩该力矩总是使电矩转向场强的方向29电介质（绝缘体）的极化会改变场的分布1.电介质的微观图象+-+-+有极

7、分子无极分子2.电介质分子对电场的影响无电场时有极分子无极分子电中性热运动---紊乱30有电场时电介质分子的极化结论：极化的总效果是介质边缘出现电荷分布称呼：由于这些电荷仍束缚在每个分子中所以称之为束缚电荷或极化电荷有极分子介质位移极化无极分子介质取向极化均匀均匀－＋－＋－＋－＋－＋－＋313.自由电荷与极化电荷共同产生场例1介质细棒的一端放置一点电荷P点的场强？自由电荷产生的场束缚电荷产生的场介质棒被极化，产生极化电荷q1'q2'。极化电荷q1'q2'和自由电荷Q0共同产生场。32点电荷电偶极子无限长带电线(柱面柱体）无限大带电面（板）r>>d

8、r>>lr<