大学物理-电荷与电场.ppt

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1、第六章电荷与电场静电场和电场强度相对于观察者静止的电荷称为静电荷。它在空间所产生的场称为静电场，它是电磁场的一种特殊状态。本章主要研究静电场的基本性质和规律。一、电荷的量子性1、电荷物质所带的电称为电荷，是物质的固有属性。2、电荷的基本性质电荷与电荷间存在相互作用力，同性相斥；异性相吸。3、电量带电体所带电荷的量值，一般用q表示。单位：库仑(C)带电量最小的带电粒子：电子。1913年美国物理学家密立根油滴实验直接测定了基本单元电的量值。电子电量：——基本电荷量自然界中存在着两种不同性质的电荷，一种称为正电荷，另一种称为负电

2、荷。4、电荷量子化：物体带电均为电子电量的整数倍，近代物理理论：基本粒子由若干种夸克或反夸克组成，每一夸克或反夸克具有的电量为基本电荷的三分之一或三分之二。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。6、电荷守恒定律：在一个孤立的带电系统中，无论发生什么变化，系统所具有的正负电荷电量的代数和保持不变。7、电荷的运动不变性：一个电荷的电荷量与它的运动状态无关，即系统所带电荷量与参考系的选取无关。5、物体带电的本质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。二、

3、库仑定律1.点电荷(理想模型)：带电体的大小和带电体之间的距离相比很小时，就可看作点电荷。(忽略其形状和大小)2.库仑定律库仑(1736-1806)法国工程师、物理学家真空中两个静止点电荷的相互作用2.库仑定律真空中两个静止点电荷相互作用的库仑定律：真空中两静止点电荷之间的作用力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。其中：0:真空中介电常数(真空中电容率)讨论：(1)库仑定律为实验定律，r从10-15m~107m范围均成立，且服从力的矢量合成法则。(2)库仑定律只适用于静止的点电荷，此时它们之间的库仑力为

4、一对作用力和反作用力。三、电场与电场强度1.“场”的提出17世纪英国牛顿：力可以通过一无所有的空间以无穷大速率传递，关键是归纳力的数学形式而不必探求力传递机制。法国笛卡尔：力靠充满空间的“以太”的涡旋运动和弹性形变传递。电磁力的超距作用理论：英国法拉第：探索电磁力传递机制,由电极化现象和磁化现象提出“场”的概念。19世纪英国麦克斯韦：建立电磁场方程，定量描述场的性质和场运动规律。电荷电荷电场场具有质量、能量和动量等。两个点电荷之间通过交换场量子而发生相互作用。电磁场的场量子就是光子。电磁力产生的场的观点：2.电场与实物的比

5、较：电场与实物的共同点：都是客观存在的,是可知的；与实物的多样性一样，场的存在形式也是多样的；在场内进行的物理过程也遵循质量守恒、能量守恒、动量守恒和角动量守恒等规律；(4)场也不能创生、不能消灭，只能由一种形式转变为另一种形式。电场与实物的区别：(1)实物质量密度大(~1000kg/m3),场质量密度很小(~10-23kg/m3)，无静止质量；实物不能达到光速，场则以光速传播；实物受力产生加速度，场则不能被加速；(4)实物具有不可入性，以空间间断形式存在，可以作参考系；场具有可入性，以连续形式存在，具有可叠加性，不能作为

6、参考系。电场与实物联系:实物周围存在相关的场，场传递实物间的相互作用，场和实物可以相互转化。现代物理认为场是更基本的，粒子只是场处于激发态的表现。3.电场强度——描述电场强弱、方向的物理量。场源电荷:产生电场的点电荷、点电荷系、或带电体。试验电荷:电量足够小的点电荷。略去对场源电荷分布的影响与场点对应电场强度：试验电荷q0在电场中P点所受的力，同试验电荷电量之比为P点的电场强度。教材P154静电力和万有引力。3.电场强度(1)定义：大小：等于单位试验电荷在该点所受电场力；方向：与+q0受力方向相同。单位：NC-1或Vm

7、-1根据库仑定律，试验电荷受力为：电场强度：试验电荷q0在电场中P点所受的力，同试验电荷电量之比为P点的电场强度。++-+(2)真空中点电荷Q的电场：(2)真空中点电荷Q的电场：讨论：a.反映电场本身的性质，与试验电荷无关。b.电场强度是点函数c.均匀电场：电场强度在某一区域内，大小、方向都相同。d.电场中电荷受力：四、场强叠加原理q1q2q3•五、电场强度的计算1.点电荷的电场2.点电荷系的电场3.连续带电体的电场建立直角坐标，分解λ：线电荷密度σ：面电荷密度ρ：体电荷密度例6-1、求电偶极子的电场。电偶极子：相距很近的

8、等量异号电荷电偶极矩：1)轴线延长线上A的场强解：五、电场强度的计算点电荷系的电场2)中垂面上B的场强解：建立如图的坐标系，电场在y方向分量互相抵消。xyθθ五、电场强度的计算点电荷系的电场例6-2、求长度为l、电荷线密度为的均匀带电直细棒周围空间的电场。xdq解：建立坐标系O-xy任取电荷元矢量分解