高二物理競賽庫侖定律電場強(qiáng)度課件

§6.1庫侖定律電場強(qiáng)度一、電荷的量子化自然界只存在正負(fù)兩種電荷.同性電荷相互排斥,異性電荷相互吸引.

1906～1917年，密立根（R.A.millikan)用液滴法測定了電子電荷，證明微小粒子帶電量的變化是不連續(xù)的，它只能是元電荷e

的整數(shù)倍。迄今所知，電子是自然界中存在的最小負(fù)電荷，質(zhì)子是最小的正電荷。e=1.60217733×10-19

C(庫侖)近代科學(xué)實(shí)踐證明，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。2.電荷守恒定律在一個與外界沒有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，正負(fù)電荷的代數(shù)和在任何物理過程中保持不變。表述：二、庫侖定律

法國工程師、物理學(xué)家。1736年6月14日生于法國昂古萊姆。1806年8月23日在巴黎逝世。

早年就讀于美西也爾工程學(xué)校。離開學(xué)校后，進(jìn)入皇家軍事工程隊(duì)當(dāng)工程師。法國大革命時期，庫侖辭去一切職務(wù)，到布盧瓦致力于科學(xué)研究。法皇執(zhí)政統(tǒng)治期間，回到巴黎成為新建的研究院成員。

1773年發(fā)表有關(guān)材料強(qiáng)度的論文，所提出的計(jì)算物體上應(yīng)力和應(yīng)變分布情況的方法沿用到現(xiàn)在，是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。1777年開始研究靜電和磁力問題。當(dāng)時法國科學(xué)院懸賞征求改良航海指南針中的磁針問題。庫侖認(rèn)為磁針支架在軸上，必然會帶來摩擦，提出用細(xì)頭發(fā)絲或絲線懸掛磁針。研究中發(fā)現(xiàn)線扭轉(zhuǎn)時的扭力和針轉(zhuǎn)過的角度成比例關(guān)系，從而可利用這種裝置測出靜電力和磁力的大小，這導(dǎo)致他發(fā)明扭秤。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。還設(shè)計(jì)出水下作業(yè)法，類似現(xiàn)代的沉箱。1785~1789年，用扭秤測量靜電力和磁力，導(dǎo)出著名的庫侖定律。表述：在真空中兩個靜止點(diǎn)電荷之間的作用力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。式中k是比例系數(shù)，q1,q2分別是兩個點(diǎn)電荷的電量表示電荷q1指向電荷q2的單位矢量在國際單位制(SI)中，電量的單位是庫侖，距離的單位是米，力的單位是牛頓，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得：稱為真空電容率。因此，庫侖定律的表達(dá)式也可寫作：實(shí)驗(yàn)表明，庫侖力滿足線性疊加原理。這個結(jié)論叫做靜電力的疊加原理當(dāng)幾個點(diǎn)電荷同時存在時，某一點(diǎn)電荷所受的靜電力，等于各個點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時該點(diǎn)電荷所受的靜電力的矢量和.電場強(qiáng)度(electricfieldstrength)電荷之間的相互作用力如何傳遞的，歷史上的兩種錯誤觀點(diǎn)：近距作用：通過“以態(tài)”傳遞。超距作用：不需要媒質(zhì)，不需要時間。近代物理學(xué)的發(fā)展證明：通過“場”進(jìn)行作用。2.場的物質(zhì)性體現(xiàn)在：a.給電場中的帶電體施以力的作用。b.當(dāng)帶電體在電場中移動時，電場力作功.表明電場具有能量。c.變化的電場以光速在空間傳播，表明電場具有動量。3.電場與實(shí)物之間的不同在于它具有疊加性。電荷電場電荷1.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，引入該電場的任何帶電體，都受到電場的作用力。

為了定量地研究電場,需要引入描述電場的基本物理量----電場強(qiáng)度，

（簡稱為場強(qiáng)）單位正電荷在電場中某點(diǎn)所受到的力。物理意義單位：在國際單位制中(SI)

力的單位是牛頓[N];電量的單位是庫侖[C]場強(qiáng)單位是N/C

(牛頓/庫侖)，或者V/m(伏特/米)電場是一個矢量場(vectorfield)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的場O場源位矢

求場點(diǎn)點(diǎn)電荷系的電場中的場強(qiáng)：連續(xù)電荷引起的電場將帶電體分成很多元電荷

dq,先求出元電荷在任意場點(diǎn)

p的場強(qiáng)對場源求積分，可得總場強(qiáng)：體電荷分布的帶電體的場強(qiáng)根據(jù)帶電體上的電荷具體分布情況，相應(yīng)的計(jì)算場強(qiáng)公式為體分布時，電荷的體密度面電荷分布的帶電體的場強(qiáng)面分布時，電荷的面密度線分布時，電荷的線密度線電荷分布的帶電體的場強(qiáng)上三式的右端是矢量的積分式，實(shí)際上在具體運(yùn)算時，一般要化成標(biāo)量式才可進(jìn)行數(shù)學(xué)積分計(jì)算，即通常必須把在坐標(biāo)軸上的分量式寫出，然后再積分例題1：求均勻帶電細(xì)棒外任一點(diǎn)的場強(qiáng)。

設(shè)棒長為,帶電量，電荷線密度為解：如圖所示，建立坐標(biāo)系，取微分元dx則有OdxxrPadE21xyOdxxrPadE21統(tǒng)一變量：討論無限長均勻帶電細(xì)棒的場強(qiáng)方向垂直于細(xì)棒。2.中垂線上任一點(diǎn)解：由對稱性可知，p點(diǎn)場強(qiáng)只有X分量例題2：均勻帶電圓環(huán)軸線上一點(diǎn)的場強(qiáng)。設(shè)圓環(huán)帶電量為，半徑為由此可見，場強(qiáng)與電荷量q集中在圓環(huán)的中心的一個電荷在該點(diǎn)所激發(fā)的場強(qiáng)相同.從上面也可以進(jìn)一步理解點(diǎn)電荷概念的相對性.

討論：當(dāng)所求場點(diǎn)離開圓環(huán)的距離遠(yuǎn)大于環(huán)的半徑時，則有例題3：均勻帶電圓盤軸線上一點(diǎn)的場強(qiáng)。設(shè)圓盤帶電量為，半徑為解：帶電圓盤可看成許多同心的圓環(huán)組成，取一半徑為r，寬度為dr的細(xì)圓環(huán)帶電量x[附錄]泰勒級數(shù)展開：討論：1.當(dāng)即在P點(diǎn)看來可認(rèn)為均勻

電圓盤為無限大，則P的場強(qiáng)可由對上式取極限求得于點(diǎn)電荷的場強(qiáng)。2.當(dāng)