靜電場及高斯定理.ppt

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1、本章主要內(nèi)容研究真空中靜電場的基本特性：第1節(jié)靜電場基本定律：庫侖定律、電場強(qiáng)度、疊加定律第2節(jié)靜電場基本定理：高斯定理及應(yīng)用第3節(jié)電場力做功、電勢、電勢能第4節(jié)靜電場中的電解質(zhì)第5章靜電場一、電荷的量子化電荷守恒定律(1)電荷摩擦起電：用木塊摩擦過的琥珀能吸引碎草等輕小物體的現(xiàn)象。許多物體經(jīng)過毛皮或絲綢等摩擦后，都能夠吸引輕小的物體。人們就說它們帶了電，或者說它們有了電荷。電荷的定義：帶正負(fù)電的基本粒子。單位：庫侖(C)1、電荷的量子化當(dāng)物質(zhì)處于電中性時(shí)，質(zhì)子數(shù)＝電子數(shù)當(dāng)物質(zhì)的電子過多或過少時(shí)，物質(zhì)就帶有

2、電荷電子過多時(shí)——物體帶負(fù)電電子過少時(shí)——物體帶正電正電子，又稱陽電子、反電子、正子，基本粒子的一種，帶正電荷，質(zhì)量和電子相等，是電子的反粒子。最早是由狄拉克從理論上預(yù)言的。1932年8月2日，美國加州理工學(xué)院的安德森等人向全世界莊嚴(yán)宣告，他們發(fā)現(xiàn)了正電子。正電子的發(fā)現(xiàn)是利用云霧室來觀測的。正電子的發(fā)現(xiàn)開辟了反物質(zhì)領(lǐng)域的研究。(2)電荷量子化1913年，密立根用液滴法從實(shí)驗(yàn)中測出所有電子都具有相同的電荷，而且?guī)щ婓w的電荷是電子電荷的整數(shù)倍。電子電量e帶電體電量q=ne,n=1,2,3,...密立根測定電子電

3、荷的實(shí)驗(yàn)1909年密立根測量電子電荷；1923年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)。方法：觀察均勻電場中帶電油滴的運(yùn)動(dòng)。不加電場時(shí)：油滴在重力和阻力的作用下，最后得到收尾速度。由此式可從實(shí)驗(yàn)中測量油滴的質(zhì)量。加電場時(shí)油滴在重力、阻力和電場力的作用下，最后也得到收尾速度。因而可得油滴的電荷為密立根油滴實(shí)驗(yàn)的結(jié)果油滴的電荷總是等于同一基元電荷的整數(shù)倍q=ne,n=1,2,….,電子電荷的值為e=1.603×10-19C，稱為基元電荷；即電荷是量子化的。電荷的這種只能取離散的、不連續(xù)的量值的性質(zhì)，叫作電荷的量子化。電子的電荷e稱為

4、基元電荷，或電荷的量子。1986年國際推薦值近似值說明：電荷守恒定律適用于一切宏觀和微觀過程(例如核反應(yīng)和基本粒子過程)，是物理學(xué)中普遍的基本定律之一。內(nèi)容：在孤立系統(tǒng)中，不管系統(tǒng)中的電荷如何遷移，系統(tǒng)的電荷的代數(shù)和保持不變。2、電荷守恒定律氘和氚的核聚變鈾235的核裂變二、庫侖定律庫侖(Charlse-AugustindeCoulomb1736~1806)法國物理學(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年對摩擦力進(jìn)行分析，提出有關(guān)潤滑劑的科學(xué)理論。1785~1

5、789年，用扭秤測量靜電力和磁力，導(dǎo)出著名的庫侖定律。1、庫侖定律內(nèi)容在真空中，兩個(gè)靜止的點(diǎn)電荷之間的相互作用力，其大小與點(diǎn)電荷電量的乘積成正比，與兩點(diǎn)電荷之間距離的平方成反比，作用力在兩點(diǎn)電荷之間的連線上，同號電荷互相排斥，異號電荷互相吸引。表示單位矢量真空介電常數(shù)庫侖力滿足牛頓第三定律實(shí)驗(yàn)表明，庫侖力滿足矢量疊加原理。庫侖力的疊加原理：例：在氫原子中，電子與質(zhì)子之間的距離約為5.3×10-11m，求它們之間的庫侖力與萬有引力，并比較它們的大小。解：氫原子核與電子可看作點(diǎn)電荷，庫侖力為：萬有引力為：例：在

6、氫原子中，電子與質(zhì)子之間的距離約為5.3×10-11m，求它們之間的庫侖力與萬有引力，并比較它們的大小。結(jié)論：庫侖力比萬有引力大得多。所以在原子中，作用在電子上的力，主要是電場力，萬有引力完全可以忽略不計(jì)。三、電場強(qiáng)度(1)電場的概念電荷之間的相互作用是通過電場傳遞的，或者說電荷周圍存在有電場。在該電場的任何帶電體，都受到電場的作用力，這就是所謂的近距作用。電荷電場電荷1、靜電場(2)電場的物質(zhì)性給電場中的帶電體施以力的作用。當(dāng)帶電體在電場中移動(dòng)時(shí)，電場力作功；表明電場具有能量。變化的電場以光速在空間傳播，

7、表明電場具有動(dòng)量。靜止電荷產(chǎn)生的場叫做靜電場。(3)靜電場2、電場強(qiáng)度（1）試驗(yàn)電荷：線度足夠小，小到可以看成點(diǎn)電荷；電量足夠小，小到把它放入電場中后，原來的電場幾乎沒有什么變化。（2）實(shí)驗(yàn)在靜止的電荷Q周圍的靜電場中，放入試驗(yàn)電荷q0，討論試驗(yàn)電荷q0的受力情況。F與r有關(guān)，而且還與試驗(yàn)電荷q0有關(guān)。（3）電場強(qiáng)度試驗(yàn)電荷將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)電荷無關(guān)，可以反映電場本身的性質(zhì)，用這個(gè)物理量作為描寫電場的場量，稱為電場強(qiáng)度（簡稱場強(qiáng)）。電場中某點(diǎn)的電場強(qiáng)度在數(shù)值上等于位于該

8、點(diǎn)的單位正試驗(yàn)電荷所受的電場力。電場強(qiáng)度的方向與電場力的方向一致（當(dāng)q0為正值時(shí)）。單位：N.C-1或V.m-1電場強(qiáng)度是電場的屬性，與試驗(yàn)電荷的存在與否無關(guān)，并不因無試驗(yàn)電荷而不存在，只是由試驗(yàn)電荷反映。3、電場力電荷q在電場E中的電場力當(dāng)q>0時(shí)，電場力方向與電場強(qiáng)度方向相同；當(dāng)q<0時(shí)，電場力方向與電場強(qiáng)度方向相反。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，由庫侖定律可知試驗(yàn)電荷受到的電場力為點(diǎn)電荷