高二物理競賽電荷庫侖定律與疊加原理課件

1第1章靜止電荷的電場電磁學靜電場

相對于觀察者為靜止的電荷所激發(fā)的電場為靜電場

1、靜電場的基本特性；

2、引入描述電場的的基本物理量——電場強度和電勢；

3、在庫侖定律和場強疊加原理的基礎上建立高斯定理和場強環(huán)路定理；

4、討論電場強度和電勢之間的關(guān)系。31.1電荷密立根（R.A.Millikan）帶電油滴實驗（19061917,1923年諾貝爾物理獎）2、電荷是量子化(quantization)的基本電荷e=1.60217733(49)10-19C1、電荷只有正、負兩種電磁現(xiàn)象歸因于電荷及其運動宏觀電磁學—電荷值連續(xù)電子（質(zhì)子）是自然界帶有最小電荷量的粒子。任何帶電體或微觀粒子所帶的電荷量都是電子（質(zhì)子）電荷量的整數(shù)倍。43、電荷守恒：在宏觀和微觀上,電荷總量守恒。4、有電荷就有質(zhì)量

靜質(zhì)量為零的粒子，例如光子，只能是電中性的。點電荷：

——理想模型,

若帶電體的線度<<帶電體間的距離，則帶電體可看成點電荷。

表述1：在任一物理過程中，電荷既不能產(chǎn)生，也不能消滅，只能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一物體，或從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分。表述2：在一個與外界無電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)進行的任何物理過程中，電荷的代數(shù)和保持不變。三條實驗規(guī)律電荷守恒定律庫侖定律電場力的疊加原理61/40=8.9880109N·m2/C2

9109N·m2/C2

0—真空介電常數(shù)

(Permittivityofvacuum)

0=8.8510-12C2/N·m21.2庫侖定律與疊加原理

慣性系，真空中的兩靜止點電荷間的作用力為q2q1一、庫侖定律適用條件：

(1)點電荷(2)真空—沒有電介質(zhì)

(3)電荷靜止

7平方反比規(guī)律(與萬有引力定律類似)如果指數(shù)嚴格等于2，則光子靜質(zhì)量為零。光子靜質(zhì)量上限為10-48kg.實驗結(jié)果8【例】比較氫原子中的質(zhì)子和電子間的庫侖力和萬有引力。9庫侖力>>引力：強力>>電磁力>>弱力>>引力

原子核中的核子（質(zhì)子、中子）靠強力吸引，庫侖排斥很弱。宏觀物體靠分子、原子間的庫侖力維系。10二、電力的疊加原理

實驗表明：兩個點電荷之間的作用力并不因第三個點電荷的存在而改變。在電磁場的量子效應中，經(jīng)典疊加原理不成立。

兩個以上的點電荷對一個點電荷的作用力，等于各個點電荷單獨存在時對該點電荷作用力的矢量和庫侖定律和靜電力的疊加原理，原則上可以解決靜電學的全部問題。在Ox軸的原點O處有一固定的、電量為Q（Q＞0）的點電荷，在x＝－l處有一固定的、電量為－2Q的點電荷。今有一正試驗電荷q0放在x軸上x＞0的位置。并設斥力為正，吸引力為負。（1）當q0的位置限制在Ox軸上變化時，求q0的受力平衡位置，并討論平衡的穩(wěn)定性；（2）試定性地畫出試驗電荷q0所受的合力F與q在Ox軸上的位置x的關(guān)系圖線。作業(yè)：在正方形的四個頂點分別有電量為Q的固定點電荷，在正方形對角線交點上放置一個質(zhì)量為m、電量為q的自由點電荷。將q沿某一對角線移動一個很小的距離，證明q將作簡諧振動,并求振動周期。13場的觀點

Maxwell電磁理論靜止電荷間的作用也可認為是“超距作用”場的觀點：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電場。變化的電磁場以光速傳播：場具有動量、質(zhì)量移動帶電體，電場力作功：場具有能量電場中的帶電體，受電場的作用力。電場物質(zhì)性的表現(xiàn)14靜靜動動源電荷qq電荷間的作用力與電場的關(guān)系15

靜電場

—在相對場源電荷靜止的參考系中觀測到的電場。