電磁學(xué)靜電場(chǎng)

電磁學(xué)靜電場(chǎng)第1頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月答疑時(shí)間：

1~5，8~10周周五下午5：00~6：00答疑地點(diǎn)：二校區(qū)：教七樓114

大學(xué)物理（2）考核方式為期末閉卷考試。作業(yè)期末考試定于第11周或12周周末，具體安排另行通知

第2頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月本學(xué)期內(nèi)容（38學(xué)時(shí)）第五篇

量子物理（部分內(nèi)容）6學(xué)時(shí)第三篇電磁學(xué)32學(xué)時(shí)

第3頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電磁學(xué)第4頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電磁學(xué)研究電磁現(xiàn)象規(guī)律的學(xué)科電荷、電流產(chǎn)生電場(chǎng)、磁場(chǎng)的規(guī)律，電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互聯(lián)系，電磁場(chǎng)對(duì)電荷、電流的作用，電磁場(chǎng)對(duì)物質(zhì)的各種效應(yīng)。

第5頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一章真空中的靜電場(chǎng)

§1.1電荷

§1.2庫(kù)侖定律與疊加原理

§1.3電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度

§1.4靜電場(chǎng)及其疊加

§1.5電場(chǎng)線和電通量

§1.6高斯定理

§1.7利用高斯定律求靜電場(chǎng)的分布第6頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一.電荷的基本性質(zhì)§1.1電荷1.電荷的種類（正電荷、負(fù)電荷）帶電體所帶電荷數(shù)量的多少稱為電量，用Q或q表示，單位為庫(kù)侖（C）；2.電荷量子化1906～1917年，密立根用液滴法測(cè)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,即粒子的電荷是量子化的。第7頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月基本電荷e=1.6×10-19C電子：Q=-e=-1.6×10-19C質(zhì)子：Q=e=1.6×10-19C

電荷量子化：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。近代物理從理論上預(yù)言兩種夸克的存在宏觀的電磁規(guī)律認(rèn)為宏觀帶電體的電荷是連續(xù)分布的點(diǎn)電荷——帶電體本身的線度比所研究的問(wèn)題中所涉及的距離小的多時(shí)第8頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

電荷守恒定律的表述：在一個(gè)和外界沒(méi)有電荷交換的系統(tǒng)內(nèi)，正負(fù)電荷電量的代數(shù)和在任何物理過(guò)程中保持不變。

電荷守恒定律適用于一切宏觀和微觀過(guò)程(例如核反應(yīng)和基本粒子過(guò)程)，是物理學(xué)中普遍的基本定律之一。3.電荷守恒定律四、電荷的相對(duì)論不變性：在不同的參照系內(nèi)觀察，同一個(gè)帶電粒子的電量不變。電荷的這一性質(zhì)叫做電荷的相對(duì)論不變性。第9頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§1.2

庫(kù)侖定律1.表述：在真空中，兩個(gè)靜止點(diǎn)電荷之間的相互作用力大小，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；作用力的方向沿著它們的聯(lián)線，同號(hào)電荷相斥，異號(hào)電荷相吸。大小：1785年，庫(kù)侖通過(guò)扭稱實(shí)驗(yàn)得到。第10頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電荷2受電荷1的力為從電荷1指向電荷2的單位矢量.若表示電荷1受電荷2的力，表達(dá)式為為從電荷2指向電荷1的單位矢量.矢量表示：第11頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月K的一種常用形式：令國(guó)際單位制（SI）中：真空介電常量有理化庫(kù)侖定律對(duì)空氣中的點(diǎn)電荷也成立第12頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)表明，庫(kù)侖力滿足線性疊加原理，即不因第三者的存在而改變兩者之間的相互作用。2.靜電力的疊加原理：第13頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§1.3電場(chǎng)電場(chǎng)強(qiáng)度

“電力”是怎樣傳遞的？早期：電磁理論是超距作用理論電荷電荷后來(lái):法拉第提出近距作用

并提出力線和場(chǎng)的概念電荷電場(chǎng)電荷一.電場(chǎng)及其物質(zhì)性場(chǎng)的物質(zhì)性：

給電場(chǎng)中的帶電體施以力的作用。

當(dāng)帶電體在電場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力作功，場(chǎng)具有能量。

變化的電場(chǎng)以光速在空間傳播，表明電場(chǎng)具有動(dòng)量第14頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電場(chǎng)具有動(dòng)量、能量，體現(xiàn)了它的物質(zhì)性.靜止電荷產(chǎn)生的場(chǎng)叫做靜電場(chǎng)二.電場(chǎng)強(qiáng)度試驗(yàn)電荷電量充分地小線度足夠地小條件試驗(yàn)電荷放到場(chǎng)點(diǎn)P處，受力為實(shí)驗(yàn)表明：確定場(chǎng)點(diǎn)比值

與試驗(yàn)電荷無(wú)關(guān)第15頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月定義：電場(chǎng)強(qiáng)度

物理意義：?jiǎn)挝徽姾稍陔妶?chǎng)中某點(diǎn)所受到的力。反映電場(chǎng)本身的性質(zhì)場(chǎng)強(qiáng)單位：[N/C]、[V/m]1N/C=1V/m

為一矢量場(chǎng)

點(diǎn)電荷q在外場(chǎng)中受的電場(chǎng)力

第16頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、場(chǎng)強(qiáng)的疊加原理當(dāng)電場(chǎng)是由多個(gè)點(diǎn)電荷形成的，則試驗(yàn)電荷受的力為：由場(chǎng)強(qiáng)定義：場(chǎng)強(qiáng)疊加原理：在多個(gè)點(diǎn)電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)中某點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度等于每個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)在該點(diǎn)所產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量和。第17頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月§1.4靜止的點(diǎn)電荷的電場(chǎng)及其疊加由庫(kù)侖定律：由場(chǎng)強(qiáng)定義：2）

為從場(chǎng)源電荷指向場(chǎng)點(diǎn)的單位矢量由上述兩式得1）球?qū)ΨQ根據(jù)庫(kù)侖定律和場(chǎng)強(qiáng)的定義第18頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1)如果帶電體由n

個(gè)點(diǎn)電荷組成，如圖由場(chǎng)強(qiáng)的疊加原理任意帶電體的場(chǎng)強(qiáng)E=？第19頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

點(diǎn)電荷系的場(chǎng)強(qiáng)分量形式第20頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

連續(xù)帶電體的場(chǎng)強(qiáng)P把帶電體看作是由許多個(gè)電荷元組成電荷分布體電荷分布面電荷分布線電荷分布第21頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第22頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例1：如圖，求O點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度。方向如圖所示解：且由題及點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)的特點(diǎn)知：····e-ee-eaO故EO方向如圖所示第23頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2求電偶極子在其中垂線上及延長(zhǎng)線上任一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng).一對(duì)等量異號(hào)電荷，相距為l，當(dāng)從它們到所討論的場(chǎng)點(diǎn)的距離比l

大得多時(shí)，這一對(duì)等量異號(hào)電荷稱為電偶極子。定義電偶極矩：第24頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分量法求解1.對(duì)中垂線上任一點(diǎn)p由對(duì)稱性知：r+rr-E+pE-aaxy第25頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月r+rr-E+pE-aaxy

垂直平分線上的一點(diǎn)電偶極子中垂線上距離電偶極子中心較遠(yuǎn)處各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度與電偶極子的極矩成正比，與該點(diǎn)到電偶極子中心的距離的三次方成反比，方向與電矩的方向相反第26頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.對(duì)延長(zhǎng)線上任一點(diǎn)ppr第27頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例3、求均勻帶電細(xì)棒中垂線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。設(shè)棒長(zhǎng)為,帶電量，電荷線密度為第28頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月統(tǒng)一變量：將各變量均用q表示第29頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電場(chǎng)的方向垂直于帶電直線指向遠(yuǎn)離直線的一方推廣：均勻帶電細(xì)棒中垂面上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)第30頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月均勻帶電細(xì)棒可以看成無(wú)限長(zhǎng)無(wú)限長(zhǎng)均勻帶電細(xì)棒的場(chǎng)強(qiáng)為：相當(dāng)于點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)。第31頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例4.均勻帶電圓環(huán)軸線上的場(chǎng)(Q、R)解：1）在圓環(huán)上任取電荷元dq由對(duì)稱性分析知：dEdEr方向如圖第32頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月dEdEr特例：圓心處x=0，Eo=0第33頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月E的方向?yàn)檠刂S線指向遠(yuǎn)方當(dāng)相當(dāng)于點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)。第34頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例5均勻帶電圓盤軸線上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。設(shè)圓盤帶電量為q，半徑為R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),其上所帶電量為dEx第35頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月相當(dāng)于無(wú)限大帶電平面附近的電場(chǎng)，可看成是均勻場(chǎng)，場(chǎng)強(qiáng)垂直于板面，方向由電荷的符號(hào)決定。討論：當(dāng)即無(wú)限大均勻帶電面在其兩側(cè)激發(fā)大小相等、方向相反的電場(chǎng)。當(dāng)相當(dāng)于點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)。第36頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月通過(guò)以上例題1)清晰以點(diǎn)電荷電場(chǎng)公式為基礎(chǔ)，利用場(chǎng)強(qiáng)疊加原理求點(diǎn)電荷系或連續(xù)帶電體場(chǎng)分布的步驟2)典型的解作為基本結(jié)論記住并且能熟練使用。

第37頁(yè)，課件共39頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月O

r+

電偶極子在均勻電場(chǎng)中所受力矩因l極小，總可認(rèn)為電偶子所在處場(chǎng)強(qiáng)均勻力矩M為：

F+=qE

，F(xiàn)-=-qE

M=2[qE(l/2)sin]r-

力