大學物理上冊期中復習課件

電磁學Electromagnetism研究物質電磁運動、電磁相互作用規(guī)律及其應用的學科。靜止電荷的電場(第5章）恒定電流的磁場（第6章）

電磁感應電磁場理論（第7章）麥克斯韋電磁場理論第五章靜止電荷的電場(ElectrostaticField)真空中的靜電場（1-5）靜電場的能量（10）靜電場中的電介質（8-9）靜電場中的導體（6-7）

真空中的靜電場[基本要求]

1.搞清電場強度和電勢這兩個基本概念和它們之間的聯(lián)系；

2.掌握反映靜電場性質的兩個基本定理—高斯定理和靜電場的環(huán)路定理的重要意義及應用；

3.學會從已知的電荷分布求場強和電勢的分布。§5-1

電荷庫侖定律一.電荷(Electriccharge)

1.正負性兩種2.量子性(chargequantization)1913年，密立根用液滴法從實驗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。電荷的這種只能取離散的、不連續(xù)的量值的性質，叫作電荷的量子化。電子的電荷e

稱為基元電荷，或電荷的量子。電子電量e帶電體電量q=ne,n=1,2,3,...

單位是C，稱為庫侖，簡稱庫3.守恒性(Chargeconservation)

在一個孤立系統(tǒng)中總電荷量是不變的。即在任何時刻系統(tǒng)中的正電荷與負電荷的代數(shù)和保持不變，這稱為電荷守恒定律。4.相對論不變性電荷的電量與它的運動狀態(tài)無關

1986年國際推薦值近似值例如庫侖(Charles-AugustindeCoulomb1736~1806)法國物理學家1773年提出的計算物體上應力和應變分布情況的方法，是結構工程的理論基礎。1779年對摩擦力進行分析，提出有關潤滑劑的科學理論。1785~1789年，用扭秤測量靜電力和磁力，導出著名的庫侖定律。他還通過對滾動和滑動摩擦的實驗研究，得出摩擦定律。二.庫侖定律(Coulomb’sLaw)

庫侖

(Charlse-AugustindeCoulomb1736~1806)

法國工程師、物理學家。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校。離開學校后，進入皇家軍事工程隊當工程師。法國大革命時期，庫侖辭去一切職務，到布盧瓦致力于科學研究。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)表有關材料強度的論文，所提出的計算物體上應力和應變分布情況的方法沿用到現(xiàn)在，是結構工程的理論基礎。1777年開始研究靜電和磁力問題。當時法國科學院懸賞征求改良航海指南針中的磁針問題。庫侖認為磁針支架在軸上，必然會帶來摩擦，提出用細頭發(fā)絲或絲線懸掛磁針。研究中發(fā)現(xiàn)線扭轉時的扭力和針轉過的角度成比例關系，從而可利用這種裝置測出靜電力和磁力的大小，這導致他發(fā)明扭秤。1779年對摩擦力進行分析，提出有關潤滑劑的科學理論。還設計出水下作業(yè)法，類似現(xiàn)代的沉箱。1785~1789年，用扭秤測量靜電力和磁力，導出著名的庫侖定律。1.點電荷(一種理想模型)帶電的幾何點。當帶電體的大小、形狀與帶電體間的距離相比可以忽略時,這些帶電體可視為點電荷。2.庫侖定律1785年，庫侖扭稱實驗處在靜止狀態(tài)的兩個點電荷，在真空（空氣）中的相互作用力的大小，與每個點電荷的電量成正比，與兩個點電荷間距離的平方成反比，作用力的方向沿著兩個點電荷的連線。電荷q1對q2的作用力為同號排斥異號吸引方向電荷q2對q1的作用力真空中的電容率（介電常數(shù)）

(Permittivityofvacuum)

討論：(1)庫侖定律適用于真空中的點電荷；(2)庫侖力滿足牛頓第三定律；(3)一般三.電場力（庫侖力）的疊加

受的力：對n個點電荷：對電荷連續(xù)分布的帶電體Qr庫侖定律靜電力疊加原理靜電學的最基本規(guī)律靜電學的基本規(guī)律原則上，有關靜電學的問題都可用這兩條規(guī)律解決。例如，在求兩個帶電體之間作用力時，若不能把它們當作點電荷，就無法直接應用庫侖定律，這時根據(jù)上述疊加原理，可將它們劃分成無數(shù)個能看成為點電荷的小塊，求出一個帶電體上每一小塊對另一帶電體上每一小塊的相互作用力，再求其矢量和，就可得到兩個帶電體之間相互作用的靜電力。解:氫原子核與電子可看作點電荷萬有引力為兩值比較結論：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。例在氫原子中，電子與質子之間的距離約為m，求它們之間的庫侖力與萬有引力，并比較它們的大小。例

設原子核中的兩個質子相距4.0×10-15m,求此兩個質子之間的靜電力.

可見,在原子核內質子間的斥力是很大的。質子之所以能結合在一起組成原子核,是由于核內除了有這種斥力外還存在著遠比斥力為強的引力_____核力的緣故。上述兩個例題說明，原子核的結合力遠大于原子的結合力,原子的結合力又遠大于相同條件下的萬有引力。解:兩個質子之間的靜電力是斥力,它的大小按庫侖定律計算為解:選用如圖所示的直角坐標系。作業(yè)在圖中,三個點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。q2q1q3F13F23F30.6m0.52m0.3mijxyq2q1q3F13F23F30.6m0.52m0.3mijxyq2q1q3F13F23F30.6m0.52m0.3mijxy合力與x軸的夾角為q2q1q3F13F23F30.6m0.52m0.3mijxy

可見,由庫侖定律算出的作用力是不小的,在距離一定時,它與帶電體所帶電荷量相關。例如兩個各帶電荷量為1C的帶電體,當它們相距1m時,根據(jù)庫侖定律算出其作用力達9.0×109

N,然而,通常在實驗室里,利用摩擦起電使物體能獲得的電荷量的數(shù)量級只是10-6C,此時相距1m時的靜電力僅為10-2N的數(shù)量級,這就是說,實際上我們利用通常的起電方法不可能使一個有限大(例如半徑為1m的球體)的物體的帶電量達到1C或接近1C,因為早在電荷量聚集到此值前,周圍的絕緣體已被擊穿,物體上的電荷早已漏掉。所以通常遇到的靜電