第十章-電荷和靜電場(chǎng)

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1、第十章電荷和靜電場(chǎng)主要內(nèi)容：1、電荷基本性質(zhì)2、庫(kù)侖定律及其應(yīng)用3、電場(chǎng)強(qiáng)度的定義4、電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算（定義法、高斯定理）5、電勢(shì)的定義和計(jì)算6、導(dǎo)體的靜電平衡7、電容器電容的計(jì)算8、介質(zhì)的極化以及介質(zhì)存在時(shí)的高斯定理9、靜電場(chǎng)能量的計(jì)算電相互作用庫(kù)侖定律靜電場(chǎng)穩(wěn)恒電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度電通量高斯定理環(huán)路定理電勢(shì)靜電場(chǎng)的基本性質(zhì)與帶電粒子的相互作用導(dǎo)體的靜電平衡電位移矢量介質(zhì)中高斯定理電介質(zhì)極化電場(chǎng)能靜電力疊加原理電容結(jié)構(gòu)框圖重點(diǎn)：4.靜電場(chǎng)與物質(zhì)（導(dǎo)體和電介質(zhì)）的相互作用1.兩條基本實(shí)驗(yàn)定律：庫(kù)侖定律，靜電力疊加原理。3.兩條基本定理：靜電場(chǎng)高斯定理，環(huán)路定

2、理。揭示靜電場(chǎng)基本性質(zhì)(有源場(chǎng)、保守場(chǎng))。5.穩(wěn)恒電場(chǎng)。難點(diǎn)：求解分布；靜電場(chǎng)的基本性質(zhì)；導(dǎo)體和電介質(zhì)中的電場(chǎng)。2.兩個(gè)基本物理量：電場(chǎng)強(qiáng)度，電勢(shì).§10-1電荷和庫(kù)倫定律一、電荷1、類型：正電荷：絲綢摩擦過(guò)的玻棒所帶電荷負(fù)電荷：毛皮摩擦過(guò)的膠棒所帶電荷2、原子的構(gòu)成原子核：質(zhì)子+中子核外電子3、電荷守恒定律在一個(gè)和外界沒(méi)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(guò)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。4、電荷量的量子化(chargequantization)物體所帶過(guò)剩電荷的總量稱為：電荷量（電荷）。1906-1917年，密立根

3、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)。即：二、庫(kù)侖定律庫(kù)侖(Charlse-AugustindeCoulomb1736~1806)法國(guó)物理學(xué)家1773年提出的計(jì)算物體上應(yīng)力和應(yīng)變分布情況的方法，是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。1779年對(duì)摩擦力進(jìn)行分析，提出有關(guān)潤(rùn)滑劑的科學(xué)理論。他還通過(guò)對(duì)滾動(dòng)和滑動(dòng)摩擦的實(shí)驗(yàn)研究，得出摩擦定律。1785~1789年，用扭秤測(cè)量靜電力和磁力，導(dǎo)出著名的庫(kù)侖定律。Coulomb'sTorsionBalance1、點(diǎn)電荷：當(dāng)帶電體自身大小與帶電體之間距離相比很小時(shí)，只考慮其電量不考慮大小。2、庫(kù)侖定律：在真空中，

4、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(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。有理化：真空中的介電常數(shù)(真空中的電容率).為施力點(diǎn)電荷指向受力點(diǎn)電荷的單位矢量。--q2r+q1rq1++q2矢量化：-+++疊加性：Eg:如圖所示，兩個(gè)質(zhì)量都是m的相同的小球，帶等量同號(hào)電荷q，分別用長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線懸掛于一點(diǎn)，由于庫(kù)侖斥力，兩懸線間夾角，很小，求：兩球距離x與q、L、m的關(guān)系。Eg:教材例題10—1Eg:兩個(gè)同號(hào)點(diǎn)電荷所帶的電量之和為Q，它們各自電量為多少時(shí)相互間作用力最大?！?0-2電

5、場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度電荷之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)傳遞的，或者說(shuō)電荷周圍存在有電場(chǎng)。在該電場(chǎng)內(nèi)的任何帶電體，都受到電場(chǎng)的作用力(IdeaofMichaelFaraday)。電荷電場(chǎng)電荷一.靜電場(chǎng)1.電場(chǎng)的概念2.電場(chǎng)的物質(zhì)性給電場(chǎng)中的帶電體施以力的作用。當(dāng)帶電體在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力作功，表明電場(chǎng)具有能量。3.靜電場(chǎng)靜止電荷產(chǎn)生的場(chǎng)叫做靜電場(chǎng)。在靜止的電荷Q周圍的靜電場(chǎng)中，放入試驗(yàn)電荷q0，試驗(yàn)電荷q0受力為：二.電場(chǎng)強(qiáng)度1.試驗(yàn)電荷線度足夠小，可以看成點(diǎn)電荷；電量足夠小，小到把它放入電場(chǎng)中后，原來(lái)的電場(chǎng)幾乎沒(méi)有什么變化。2.假想實(shí)驗(yàn)F大小與r有關(guān)，而且還與試

6、驗(yàn)電荷q0有關(guān)。電場(chǎng)強(qiáng)度是電場(chǎng)的屬性，與試驗(yàn)電荷的存在與否無(wú)關(guān)，并不因無(wú)試驗(yàn)電荷而不存在，但可由試驗(yàn)電荷受到的力來(lái)反映。單位：N.C-1或V.m-13.電場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)電荷受到源電荷的作用力與試驗(yàn)電荷電量的比值F/q0則與試驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)，反映了電場(chǎng)本身的性質(zhì)，用這個(gè)物理量作為描寫(xiě)電場(chǎng)的場(chǎng)量，稱為電場(chǎng)強(qiáng)度。電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于位于該點(diǎn)的單位正試驗(yàn)電荷所受的電場(chǎng)力。電荷q在電場(chǎng)E中的電場(chǎng)力：q>0時(shí)，電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相同；q<0時(shí)，電場(chǎng)力方向與電場(chǎng)強(qiáng)度方向相反。4.電場(chǎng)力說(shuō)明：(1)點(diǎn)電荷電場(chǎng)是非均勻電場(chǎng);(2)點(diǎn)電荷電場(chǎng)具有球?qū)ΨQ性.+

7、-三.電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算在真空中，點(diǎn)電荷Q放在坐標(biāo)原點(diǎn)，試驗(yàn)電荷放在r處，試驗(yàn)電荷受到的電場(chǎng)力為：點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)公式：Q>0，電場(chǎng)強(qiáng)度E與徑向同;Q<0，電場(chǎng)強(qiáng)度E與徑向反.1、單個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)點(diǎn)電荷系電場(chǎng)中某點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)的矢量和.1.點(diǎn)電荷系(GroupofPointCharges)2.多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)如果帶電體由n個(gè)點(diǎn)電荷組成，如圖由電力疊加原理由場(chǎng)強(qiáng)定義整理后得或例:求電偶極子(ElectricDipole)中垂面上的場(chǎng)強(qiáng)。解定義：偶極矩r>>lr+=r-?r+-1.軸線延長(zhǎng)線上A的場(chǎng)強(qiáng)++++dEdq2.電荷

8、連續(xù)分布(AContinuousChargeDistribution)將帶電區(qū)域分成許多電荷元dq電荷體分布,dq=ρdV