第8講 電荷 電場(chǎng)強(qiáng)度.ppt

1、電磁學(xué)，1什么是電磁學(xué)電磁運(yùn)動(dòng)是物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本形式。電磁學(xué)是研究電磁運(yùn)動(dòng)及其規(guī)律的物理學(xué)分支。電磁學(xué)的主要內(nèi)容：電荷和電流產(chǎn)生的電場(chǎng)和磁場(chǎng)的規(guī)律；電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相互作用；電磁場(chǎng)對(duì)電流和電荷的影響；電磁場(chǎng)中物質(zhì)的各種性質(zhì)。研究電磁學(xué)在現(xiàn)代物理學(xué)中的意義是非常重要的。深刻理解材料結(jié)構(gòu)。它是學(xué)習(xí)電工學(xué)、無(wú)線電電子學(xué)、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)技術(shù)等學(xué)科的基礎(chǔ)。研究真空中靜電場(chǎng)的基本特性：靜電場(chǎng)的基本定律：庫(kù)侖定律，疊加原理，靜電場(chǎng)的基本定理：高斯定理，回路定理描述靜電場(chǎng)的物理量：電場(chǎng)強(qiáng)度，電勢(shì)，靜電場(chǎng)對(duì)電荷的影響，第7章靜電場(chǎng)，靜電場(chǎng)，7.1電荷守恒的量子化定律，一個(gè)電荷量子化，一個(gè)電荷，電量：一個(gè)物體帶多少電

2、荷稱為電量。單位：庫(kù)侖(c)，電荷是物質(zhì)的一種屬性。電荷類型：正電荷和負(fù)電荷。電荷性質(zhì)：如排斥、相反吸引、相對(duì)論不變性。帶電方法：摩擦帶電、感應(yīng)帶電和核反應(yīng)帶電原因：質(zhì)子數(shù)、電子數(shù)：當(dāng)物體處于電中性時(shí)，有太多不帶電荷的電子；當(dāng)物體帶負(fù)電荷的電子太少時(shí)，物體帶正電荷，兩個(gè)電荷被量子化。1913年，皇家空軍用液滴法從實(shí)驗(yàn)中測(cè)量出所有的電子都有相同的電荷，帶電體的電荷是電子電荷。電荷只能取離散和不連續(xù)大小的性質(zhì)稱為電荷量子化。電子的電荷稱為基本電荷，或稱電荷量子。1986年，國(guó)際推薦值為e=1.60217733(49)10-19，近似值為： e=1.60210-19，3電荷的相對(duì)論不變性。同一帶電粒

3、子的電量是恒定的，電荷守恒定律適用于所有宏觀和微觀過(guò)程(如核反應(yīng)和基本粒子過(guò)程)，這是物理學(xué)中普遍的基本定律之一。雙電荷守恒定律，在孤立系統(tǒng)中，無(wú)論系統(tǒng)中的電荷如何遷移，系統(tǒng)電荷的代數(shù)和都保持不變。電荷守恒定律，7.2庫(kù)侖定律，庫(kù)侖(Charles-Augustin de Coulomb 1736 1806)，1773年提出的計(jì)算物體上應(yīng)力和應(yīng)變分布的方法，是結(jié)構(gòu)工程的理論基礎(chǔ)。1779年，摩擦力被分析，潤(rùn)滑劑的科學(xué)理論被提出。從1785年到1789年，靜電力和磁力用扭秤測(cè)量，并導(dǎo)出著名的庫(kù)侖定律。他還通過(guò)對(duì)滾動(dòng)和滑動(dòng)摩擦的實(shí)驗(yàn)研究，得出了摩擦定律。法國(guó)物理學(xué)家?guī)靵龆?785年，真空中兩個(gè)靜

4、態(tài)點(diǎn)電荷間的相互作用力(庫(kù)侖力)與點(diǎn)電荷的乘積成正比，與兩點(diǎn)間距離的平方成反比。在兩點(diǎn)之間的連線上，相同數(shù)目的電荷互相排斥，不同數(shù)目的電荷互相吸引。0=8.8510-19C2N-1m-2真空中的電容實(shí)驗(yàn)表明，庫(kù)侖力滿足線性疊加原理，兩個(gè)庫(kù)侖力的疊加原理，庫(kù)侖力符合牛頓第三定律：點(diǎn)電荷：只有電荷量，沒(méi)有幾何形狀和大小的帶電體，條：有帶電體本身到其他帶電體的線性距離，很明顯7.3電場(chǎng)強(qiáng)度、靜電場(chǎng)和電荷之間的相互作用是通過(guò)電場(chǎng)傳遞的?；蛘唠姾芍?chē)须妶?chǎng)。電場(chǎng)中的任何帶電體都受到電場(chǎng)力、短距離作用和電場(chǎng)的物質(zhì)性的影響，電場(chǎng)對(duì)電場(chǎng)中的帶電體施加力。電場(chǎng)力作用于電場(chǎng)中的帶電體電場(chǎng)有能量。變化的電場(chǎng)以光速在

5、空間傳播電場(chǎng)有動(dòng)量。電場(chǎng)有一個(gè)質(zhì)量(靜止質(zhì)量為0)，(相對(duì)于觀察者來(lái)說(shuō))由靜電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)，(1)電場(chǎng)的概念，(3)電場(chǎng)在場(chǎng)源電荷Q的靜電場(chǎng)中，放入測(cè)試電荷q0，討論測(cè)試電荷q0的應(yīng)力。結(jié)論：F與R有關(guān)，也與測(cè)試電荷q0有關(guān)。2實(shí)驗(yàn)，1測(cè)試電荷物理模型正電荷或負(fù)電荷，電場(chǎng)中某一點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度在數(shù)值上等于位于該點(diǎn)的單位正測(cè)試電荷的電場(chǎng)力。當(dāng)方向?yàn)椋?q00時(shí)，與電場(chǎng)力方向一致；在q00，它與電場(chǎng)力的方向相反。電場(chǎng)強(qiáng)度是電場(chǎng)的一個(gè)屬性，與測(cè)試電荷的存在無(wú)關(guān)。4.電場(chǎng)力，電場(chǎng)中的電荷Q，3。電場(chǎng)強(qiáng)度(電場(chǎng)強(qiáng)度的簡(jiǎn)稱)，我們能說(shuō)E與F成正比，與q0成反比嗎？在三點(diǎn)電荷電場(chǎng)和點(diǎn)電荷電場(chǎng)中，根據(jù)庫(kù)侖定律，測(cè)

6、試電荷的電場(chǎng)力是點(diǎn)電荷場(chǎng)強(qiáng)的公式，具有以下特點(diǎn)：(1)電場(chǎng)不均勻；(2)它具有球面對(duì)稱性。-從場(chǎng)源指向場(chǎng)點(diǎn)，四個(gè)電場(chǎng)強(qiáng)度的疊加原理，一點(diǎn)電荷系統(tǒng)的電場(chǎng)(離散分布的電荷)，在點(diǎn)電荷系統(tǒng)的電場(chǎng)中，Q1，Q2，qn，測(cè)試電荷q0被放置在點(diǎn)P。根據(jù)庫(kù)倫力的疊加原理，可以知道作用在測(cè)試電荷上的力是點(diǎn)P的電場(chǎng)強(qiáng)度， 點(diǎn)電荷系統(tǒng)電場(chǎng)中某一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)等于每個(gè)點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)該點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的矢量和。2電場(chǎng)強(qiáng)度疊加原理，3電荷連續(xù)分布，dq，將帶電區(qū)域劃分為多個(gè)電荷元素dq，電荷體分布，dq=dV，電荷面分布，dq=dS，電荷線分布，dq=dl，體密度，面積密度，線密度，4電場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算方法，離散型，連續(xù)型，步驟如下：取任

7、意電荷元素dq，寫(xiě)出dq等待選擇合適的坐標(biāo)系，將場(chǎng)強(qiáng)表達(dá)式分解成標(biāo)量表達(dá)式；進(jìn)行積分計(jì)算；寫(xiě)出總電場(chǎng)強(qiáng)度的矢量表達(dá)式，或找出電場(chǎng)強(qiáng)度的大小和方向；在計(jì)算過(guò)程中，應(yīng)注意根據(jù)對(duì)稱性簡(jiǎn)化計(jì)算過(guò)程。求均勻帶電細(xì)棒外一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。假設(shè)棒長(zhǎng)為l，電荷量q和電荷的線密度為。解：例1，建立如圖所示的坐標(biāo)系，p點(diǎn)的坐標(biāo)為(x，0)，dq=dy，取充電元件dq；將被投影到坐標(biāo)軸上，并且將確定由dq在場(chǎng)點(diǎn)P處形成的元場(chǎng)強(qiáng)度。方向如圖所示，P，大小為、并且選擇統(tǒng)一變量(R、Y為變量)作為積分變量。利用幾何關(guān)系，疊加、可以得到3360、場(chǎng)源與Y的連線。設(shè)環(huán)的電荷為Q，半徑為R，解為：例2，建立坐標(biāo)；取充電元件dq；確定的

8、方向和大小將投影在坐標(biāo)軸上。討論：當(dāng)x為R時(shí)，方向在x軸上，正負(fù)由q的正負(fù)決定。遠(yuǎn)離環(huán)中心的場(chǎng)強(qiáng)相當(dāng)于點(diǎn)電荷場(chǎng)。由對(duì)稱性可知，P點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)只有X分量，因此計(jì)算了均勻帶電圓盤(pán)軸上一點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)。假設(shè)圓盤(pán)電荷為Q，半徑為r。解：例3、帶電圓盤(pán)可視為許多同心環(huán)。以半徑為R、寬度為dr的薄圓環(huán)為例，它相當(dāng)于均勻無(wú)限帶電平面附近的電場(chǎng)。場(chǎng)強(qiáng)垂直于極板表面，正負(fù)由電荷的符號(hào)決定。當(dāng)，當(dāng)，被泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)時(shí)，在離帶電圓平面一定距離處，它等于點(diǎn)電荷的場(chǎng)強(qiáng)。本文討論了軸距離圓心為X的均勻帶電圓平面的場(chǎng)強(qiáng)是具有相同電荷密度的無(wú)限均勻帶電平面外一點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)的一半。飛機(jī)的半徑是多少？從問(wèn)題的意義來(lái)看，x處的場(chǎng)強(qiáng)是，也就是說(shuō)，在無(wú)

9、限均勻帶電平面上有一個(gè)半徑為r的圓孔。查找t，解決方案：實(shí)施例6，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)疊加原理，兩個(gè)板之間：兩個(gè)板之外：E=0。如圖所示，板的Q、D和橫截面積S是已知的，并且計(jì)算施加在兩個(gè)板之間的力。庫(kù)侖定律只適用于點(diǎn)電荷！考慮正極板電荷場(chǎng)，取負(fù)極板上的電荷元dq，它所受的電場(chǎng)力為，負(fù)極板上的所有電荷承受相同的力方向，然后計(jì)算均勻帶電電弧中心的場(chǎng)強(qiáng)。讓對(duì)應(yīng)于圓弧的中心角為。解決方案：示例7，如圖所示，由于對(duì)稱性，組合場(chǎng)強(qiáng)僅具有沿對(duì)稱軸的分量。取對(duì)稱軸，計(jì)算均勻帶電半球()所在圓的中心場(chǎng)強(qiáng)。解：例8，如果你取無(wú)窮小圓環(huán)、0，它將沿X軸為負(fù)，否則它將為正。五個(gè)電偶極子的電場(chǎng)強(qiáng)度，電偶極子：等電荷q，-q，與距離l，這是很短的相比，場(chǎng)點(diǎn)，電矩：1基本概念，電偶極子的