高二物理競賽物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)庫倫定律課件

第七章靜止電荷的電場§7-1物質(zhì)的電結(jié)構(gòu)庫侖定律一、電荷最初對(duì)電的認(rèn)識(shí)：摩擦起電和雷電兩種電荷（charge）：正電荷和負(fù)電荷電性力：同號(hào)相斥、異號(hào)相吸電荷量(electricquantity)：物體帶電的多少。電現(xiàn)象的本質(zhì)物體分子原子原子核電子-e質(zhì)子+e中子二、電荷守恒定律在一個(gè)與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，無論進(jìn)行怎樣的物理過程，系統(tǒng)內(nèi)正、負(fù)電荷量的代數(shù)和總是保持不變。

+-電子對(duì)湮滅+-電子對(duì)產(chǎn)生重原子核電荷為Q++電荷為Q電荷相對(duì)論不變性→＋放射性三、電荷的量子化密立根1913年，密立根進(jìn)行液滴實(shí)驗(yàn)，證明了微小油滴所帶電荷量的變化不連續(xù)，即為元電荷e的整數(shù)倍。

宏觀帶電體的帶電量qe，準(zhǔn)連續(xù)

夸克（Quark）模型夸克理論四、庫侖定律“點(diǎn)電荷”模型條件：當(dāng)帶電體的大小和形狀可以忽略時(shí)。.Plrl<<r(a).Pr(b)

1785年，法國庫侖（C.A.Coulomb)適用于點(diǎn)電荷庫侖真空介電常量0=8.8510-12C2·N-1·m-2

庫侖定律：真空中兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷相互作用力（靜電力）的大小:方向：同號(hào)相斥，異號(hào)相吸。q1q2說明3.靜電力疊加原理設(shè)有n個(gè)點(diǎn)電荷組成的點(diǎn)電荷系，點(diǎn)電荷受到其他點(diǎn)電荷作用的總靜電力為1.適用于點(diǎn)電荷。2.距離平方反比關(guān)系，指數(shù)2的誤差<10-16。例7-1

設(shè)原子核中的兩個(gè)質(zhì)子相距4.0×10-15m，求此兩個(gè)質(zhì)子之間的靜電力。兩個(gè)質(zhì)子之間的靜電力是斥力：可見，在原子核內(nèi)質(zhì)子間的斥力是很大的。質(zhì)子之所以能結(jié)合在一起組成原子核,是由于核內(nèi)除了有這種斥力外還存在著遠(yuǎn)比斥力為強(qiáng)的引力——核力的緣故。解：例7-2

在圖中,三個(gè)點(diǎn)電荷所帶的電荷量分別為q1=-86C,q2=50C,q3=65C。各電荷間的距離如圖所示。求作用在q3上合力的大小和方向。解:選用如圖所示的直角坐標(biāo)系。q2q1q3F31F32F30.6m0.52m0.3mijx庫侖定律電荷q2作用于電荷q3上的力

的大小為力

沿x軸和y軸的分量分別為按庫侖定律可算得q1作用于電荷q3上的

的大小為庫侖定律力

沿x軸和y軸的分量分別為根據(jù)靜電力的疊加原理,作用于電荷q3上的合力為合力

的大小為庫侖定律合力

與x軸的夾角為庫侖定律一、靜電場§7-2靜電場電場強(qiáng)度后來:法拉第提出場的概念

早期：電磁理論是超距作用理論電荷周圍存在著的一種特殊物質(zhì)—電場。電場力

靜電場：靜止電荷所產(chǎn)生的電場。電場的兩個(gè)重要性質(zhì)：電荷在電場中要受到電場力的作用。電場力對(duì)電荷有做功的本領(lǐng)。產(chǎn)生電場2電場1作用產(chǎn)生作用二、電場強(qiáng)度試驗(yàn)電荷q0：（1）點(diǎn)電荷（2）電荷量足夠小

電場中各處的力學(xué)性質(zhì)不同。1.在電場的不同點(diǎn)上放同樣的試驗(yàn)電荷q0；2.在電場的同一點(diǎn)上放不同的試驗(yàn)電荷。實(shí)驗(yàn)：電場強(qiáng)度（intensityofelectricfield）：

與q0無關(guān)。電場強(qiáng)度定義：單位：N·C-11、電場強(qiáng)度的大小為F/qo。2、場強(qiáng)的方向?yàn)檎姾稍谠撎幩茈妶隽Φ姆较颉?、

矢量場4、點(diǎn)電荷q在外場中受的電場力：稱均勻電場或勻強(qiáng)電場。5、場強(qiáng)與檢驗(yàn)電荷的大小無關(guān)說明三、電場強(qiáng)度的疊加原理場強(qiáng)疊加原理：點(diǎn)電荷系電場中某點(diǎn)的場強(qiáng)等于各點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)場強(qiáng)的矢量和。FnF3F2F1FPqoqnq1q2q3四、場強(qiáng)的計(jì)算1.點(diǎn)電荷的電場強(qiáng)度q02.點(diǎn)電荷系的電場強(qiáng)度根據(jù)場強(qiáng)疊加原理：點(diǎn)電荷系的場強(qiáng)：EPr1r2r3rnqnq1q2q3例7-3

計(jì)算在電偶極子延長線和中垂線上任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度。解：延長線上任一點(diǎn):

y>>l中垂線上任一點(diǎn):3.連續(xù)分布電荷的電場強(qiáng)度dq電荷元dq在P點(diǎn)的電場強(qiáng)度：帶電體在P點(diǎn)的電場強(qiáng)度：線電荷：dq=dl面電荷：dq=dS體電荷：dq=dVPr注意矢量積分的處理大小aPxyO它在空間一點(diǎn)P產(chǎn)生的電場強(qiáng)度（P點(diǎn)到桿的垂直距離為a)解dqr由圖上的幾何關(guān)系

21例7-4長為L的均勻帶電直桿，電荷線密度為求(1)a>>L

桿可以看成點(diǎn)電荷(2)無限長直導(dǎo)線aPxyOdqr21討論圓環(huán)軸線上任一點(diǎn)P

的電場強(qiáng)度RP解dqOxr例7-5半徑為R的均勻帶電細(xì)圓環(huán)，帶電量為q

求圓環(huán)上電荷分布關(guān)于x軸對(duì)稱(1)當(dāng)

x=0（即P點(diǎn)在圓環(huán)中心處）時(shí)，

(2)當(dāng)

x>>R

時(shí)可以把帶電圓環(huán)視為一個(gè)點(diǎn)電荷討論RPdqOxr例7-6面密度為的圓板在軸線上任一點(diǎn)的電場強(qiáng)度解PrxOR討論1.當(dāng)xR>>2.當(dāng)<<xR無限大均勻帶電平面的場強(qiáng)，勻強(qiáng)電場可視為點(diǎn)電荷的電場五、電場線形象描述電場分布情況的有向曲線。1.曲線上每一點(diǎn)的切線方向表示該點(diǎn)電場強(qiáng)度的方向2.曲線的疏密表示該點(diǎn)處場強(qiáng)的大小。即：通過垂直單位面積的電場線條數(shù)，在數(shù)值上就等于該點(diǎn)處電場強(qiáng)度的大小1.幾種常見的電場線：2.靜電場中電場線的特點(diǎn)：3.電場線密集處電場強(qiáng)，電場線稀疏處電場弱。1.電場線起始于正電荷，終止于負(fù)電荷。2.電場線不閉合，不相交。注意:電場線并不是實(shí)際存在的,只是形象描述電場的幾何方法。E通過電場中任一曲面的電場線條數(shù)。1.均勻電場中通過平面S的電場強(qiáng)度通量五、電場強(qiáng)度通量2、非均勻電場的電場強(qiáng)度通量的正、負(fù)取決于面元的法線方向與電場強(qiáng)度方向的關(guān)系如圖所示：若面元法向相反：對(duì)閉合曲面的電通量：規(guī)定閉合曲面以外法線方向?yàn)檎?）當(dāng)

<90°時(shí)：電場線穿出閉合曲面，對(duì)電場強(qiáng)度通量的貢獻(xiàn)為正（2）當(dāng)

>90°時(shí)：電場