第一次課靜電場(chǎng)演示文稿

第一次課靜電場(chǎng)演示文稿當(dāng)前第1頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)優(yōu)選第一次課靜電場(chǎng)當(dāng)前第2頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)本學(xué)期大學(xué)物理內(nèi)容安排大學(xué)物理下冊(cè)（吳百詩主編）第10章靜電場(chǎng)第11章恒定電流的磁場(chǎng)（靜磁場(chǎng)）第12章電磁感應(yīng)與電磁場(chǎng)當(dāng)前第3頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)電磁現(xiàn)象普遍存在于日常生產(chǎn)生活中。因此，理解和掌握電磁運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律在理論與實(shí)踐中都有極重要的意義。一般來說，運(yùn)動(dòng)電荷同時(shí)激發(fā)電場(chǎng)和磁場(chǎng)當(dāng)我們所研究的電荷相對(duì)某參考系靜止時(shí)，電荷在這個(gè)靜止參考系中就只激發(fā)電場(chǎng)，而無磁場(chǎng)。靜電場(chǎng)

電荷是產(chǎn)生電磁場(chǎng)的源當(dāng)前第4頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)第10章靜電場(chǎng)本章主要內(nèi)容：一個(gè)定律：

靜電場(chǎng)的基本定律——庫侖定律兩個(gè)定理：靜電場(chǎng)的兩條基本定理——高斯定理和環(huán)路定理兩個(gè)基本物理量：描述靜電場(chǎng)的基本物理量——電場(chǎng)強(qiáng)度和電勢(shì)當(dāng)前第5頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)10-1電荷庫侖定律電荷1)電荷有正負(fù)兩種電荷1747年富蘭克林（BenjaminFranklin）發(fā)現(xiàn)了電------第一個(gè)科學(xué)地用正電、負(fù)電概念表示電荷這一性質(zhì)

.當(dāng)前第6頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)

2)電荷的量子化美國(guó)著名的物理學(xué)家密立根（）用近8年的時(shí)間(1909~1917年),終于用油滴法測(cè)定了電子電荷e

。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,即粒子的電荷是量子化的。電子所帶電荷的絕對(duì)值稱元電荷，或稱電荷的量子，用e

來表示。帶電體的電荷：1986年的推薦值當(dāng)前第7頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)在一個(gè)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。不管在宏觀領(lǐng)域還是在微觀領(lǐng)域，電荷守恒定律都成立。電荷守恒定律當(dāng)前第8頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)帶電體之間有相互作用力。如何探索帶電體之間相互作用力規(guī)律？——消除形狀的影響先研究?jī)蓚€(gè)微小電荷之間的相互作用力規(guī)律——基本原理再由疊加原理得到總的力將帶電體劃分成足夠小的微元當(dāng)前第9頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)庫侖定律是電磁學(xué)的最基本規(guī)律1736年6月14日生于法國(guó)昂古萊姆

1777年發(fā)明了扭秤。扭秤能以極高的精度測(cè)出非常小的力。1782年當(dāng)選為法國(guó)科學(xué)院院士。1785年，庫侖用自己發(fā)明的扭秤建立了靜電學(xué)中著名的庫侖定律

庫侖定律當(dāng)前第10頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)當(dāng)前第11頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)1）在真空中，兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力，其大小與它們電荷的乘積成正比；與它們之間距離的平方成反比；2）作用力的方向沿著兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線方向；3）兩點(diǎn)電荷間的相互作用力大小相等，方向相反，滿足牛頓第三定律。+q2+q1庫侖力的方向？庫侖力的大?。簬靵龆蓛?nèi)容+q1-q2當(dāng)前第12頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)實(shí)驗(yàn)表明，庫侖力滿足線性疊加原理，即多個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)作用于一個(gè)點(diǎn)電荷的力等于每個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)對(duì)該點(diǎn)電荷作用力之矢量和。庫侖力的疊加原理基本原理+疊加原理解決復(fù)雜的問題如何解決多個(gè)點(diǎn)電荷同時(shí)作用于一個(gè)點(diǎn)電荷的力的問題？當(dāng)前第13頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)例題求放在正方形中心的點(diǎn)電荷q0所受的庫侖力?；驹?疊加原理解思考：若將下邊的兩個(gè)負(fù)電荷換成等量的正電荷，結(jié)果如何？方向豎直向下當(dāng)前第14頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)兩個(gè)電荷之間的相互作用力是如何傳遞的？是否需要時(shí)間？1）超距作用觀點(diǎn)：兩個(gè)電荷之間的相互作用力不需任何物質(zhì)傳遞，也不需要時(shí)間。2）近距作用觀點(diǎn)：兩個(gè)電荷之間的相互作用力是通過場(chǎng)傳遞的，需要一定的時(shí)間——場(chǎng)的觀點(diǎn)。一、什么是電場(chǎng)？電荷之間的相互作用力是通過電場(chǎng)傳遞的。帶電體周圍空間存在的一種特殊的物質(zhì)。其重要性質(zhì)之一就是對(duì)處于其中的電荷有力的作用。電荷A電場(chǎng)電荷B10.2電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度當(dāng)前第15頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)二.電場(chǎng)強(qiáng)度q0AFAq0BFBq0CFC電場(chǎng)強(qiáng)度的大?。荷鲜侥Ｖ?；方向：正電荷受力方向電場(chǎng)強(qiáng)度單位：牛頓/庫侖（N/C）或伏特/米（V/m）物理意義：?jiǎn)挝徽姾稍陔妶?chǎng)中某點(diǎn)所受到的電場(chǎng)力電場(chǎng)強(qiáng)度是空間位置函數(shù)電場(chǎng)強(qiáng)度是表征靜電場(chǎng)施力性質(zhì)的物理量，與試驗(yàn)電荷存在與否無關(guān)。q如何檢驗(yàn)電場(chǎng)的存在和描述電場(chǎng)的強(qiáng)弱與方向？實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：在電場(chǎng)中任一點(diǎn)，F(xiàn)/q0是常數(shù)，

的方向不變。當(dāng)前第16頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)如果已知帶電體的情況（大小、形狀和帶電量），能不能用理論計(jì)算的方法求出該帶電體產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度？1點(diǎn)電荷及點(diǎn)電荷系產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度（1）點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度位矢場(chǎng)源電荷

場(chǎng)點(diǎn)三、電場(chǎng)強(qiáng)度的計(jì)算電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理

試驗(yàn)電荷當(dāng)前第17頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小：電場(chǎng)強(qiáng)度的方向：點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度：當(dāng)q>0時(shí)，E的方向沿矢徑指向外；當(dāng)q<0時(shí)，E的方向沿矢徑指向內(nèi)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)具有球面對(duì)稱性。場(chǎng)源電荷位矢場(chǎng)點(diǎn)即在以點(diǎn)電荷為球心的任意球面上，場(chǎng)強(qiáng)的大小均相等，方向均沿半徑方向。當(dāng)前第18頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)點(diǎn)電荷系產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度+q1-q3+q2p場(chǎng)強(qiáng)迭加原理點(diǎn)電荷系的電場(chǎng)中某點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度等于各個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和。當(dāng)前第19頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)例1

求電偶極子中垂線上距離中心較遠(yuǎn)處一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng).(稱該帶電體系稱為電偶極子。)解：定義電偶極矩為：當(dāng)前第20頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)結(jié)論：電偶極子中垂線上距離中心較遠(yuǎn)處一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)，與電偶極子的電矩成正比，與該點(diǎn)離中心的距離的三次方成反比，方向與電偶極矩方向相反。由于電偶極矩為：當(dāng)前第21頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)連續(xù)帶電體產(chǎn)生的電場(chǎng)中的場(chǎng)強(qiáng)將帶電體分成很多元電荷dq,先求出它在任一場(chǎng)點(diǎn)p的場(chǎng)強(qiáng)pdq再對(duì)場(chǎng)源求積分，可得總場(chǎng)強(qiáng)Ep當(dāng)前第22頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)解：由對(duì)稱性可知，中垂面上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)只有Y方向的分量，在Z和X方向無分量。完成積分：例2求均勻帶電直線中垂面上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。設(shè)棒長(zhǎng)為,帶電量，電荷線密度為yz當(dāng)前第23頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)無限長(zhǎng)均勻帶電直線的場(chǎng)強(qiáng)：相當(dāng)于點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)：方向垂直于細(xì)棒Py擴(kuò)展：當(dāng)前第24頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)R0例3：正電荷q均勻分布在半徑為R的圓環(huán)上，計(jì)算在環(huán)的軸線上任一點(diǎn)P的場(chǎng)強(qiáng)。解：

dq=dlpXxr討論：此時(shí),圓環(huán)相當(dāng)于一個(gè)點(diǎn)電荷.當(dāng)前第25頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)pXxr

例4:有一半徑為R，電荷均勻分布的薄圓盤，其電荷面密度為。求通過盤心且垂直盤面的軸線上任意一點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度。解：由上題結(jié)果R0d當(dāng)前第26頁\共有30頁\編于星期六\13點(diǎn)討論1x相當(dāng)于無限大均勻帶電平面產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度，可看成是均勻場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)垂直于板面，方向由電荷的正負(fù)決定。P