電磁學(xué) 第一章 第2節(jié).ppt

1、庫侖 (C.A.Coulomb 1736 1806）,法國物理學(xué)家，1785年通過扭秤實(shí)驗(yàn)創(chuàng)立庫侖定律, 使電磁學(xué)的研究從定性進(jìn)入定量階段. 電荷的單位庫侖以他的姓氏命名.,1,一、點(diǎn)電荷的概念 庫侖定律,2,點(diǎn)電荷,與研究力學(xué)問題中采用“質(zhì)點(diǎn)”的理想模型相仿，在研究帶電體相互作用的問題時(shí)常采用的理想模型是“點(diǎn)電荷”。,可以簡(jiǎn)化為點(diǎn)電荷的條件:,只要帶電體本身的線度較帶電體之間的間距小的多時(shí)，就可視為點(diǎn)電荷。,3,一般情況下，一個(gè)帶電體可視為點(diǎn)電荷的集合。,庫侖定律,：由 指向 的單位矢量,在真空中，兩個(gè)靜止的電荷 和 之間的相互作用力的大小，與 和 的乘積成正比，與它們之間的距離r12（或r

2、21）的平方成反比；作用力的方向沿著這兩個(gè)點(diǎn)電荷的連線，同號(hào)相斥，異號(hào)相吸。,庫侖定律的矢量表示式：,4,在國際單位制中，,5,為使以后導(dǎo)出的公式更為簡(jiǎn)潔，在庫侖定律中引入了因子 ，這種做法稱為單位制的有理化。,通常表示成,稱為真空電容率，又稱為真空介電常數(shù)。,真空中的庫侖定律：,只適用于點(diǎn)電荷,二、真空的概念及其演變,真空早就是物理學(xué)的重要概念之一。真空并非真的空無一物，真空是復(fù)雜的，真空無處不在，隨著物理學(xué)的發(fā)展，真空的概念不斷地演變和深化 。真空概念有“經(jīng)典真空”和“量子真空”之分，它們分別屬于經(jīng)典和量子物理的概念范疇。,6,經(jīng)典電磁理論范疇內(nèi)真空的概念是除了靜電場(chǎng)以及靜止電荷以外，不存

3、在其它（由原子或分子組成的物質(zhì)空間）物質(zhì)的空間。靜電場(chǎng)也是一種物質(zhì)。,三、疊加原理,當(dāng)空間有兩個(gè)以上點(diǎn)電荷存在時(shí)，任意兩個(gè)點(diǎn)電荷間存在相互作用。實(shí)驗(yàn)指出，兩個(gè)點(diǎn)電荷間的作用力不因第三個(gè)電荷的存在而改變。不管一個(gè)體系存在多少個(gè)點(diǎn)電荷，每一對(duì)點(diǎn)電荷之間的作用力都服從庫侖定律，而任一點(diǎn)電荷所受到的作用力等于其它點(diǎn)電荷單獨(dú)作用于該點(diǎn)電荷的庫侖力的矢量和。這一結(jié)論稱為疊加原理。,7,8,當(dāng)空間有多個(gè)點(diǎn)電荷時(shí),當(dāng)空間有多個(gè)點(diǎn)電荷時(shí)，任一點(diǎn)電荷受到的靜電力，等于其他各點(diǎn)電荷單獨(dú)存在時(shí)對(duì)該點(diǎn)電荷所施加的庫侖力的矢量和。,疊加原理與庫侖定律相結(jié)合，構(gòu)成了整個(gè)靜電學(xué)的基礎(chǔ)。,例1 在圖中,三個(gè)點(diǎn)電荷所帶的電荷量分

4、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。,解 選如圖所示的直角坐標(biāo)系。,9,力 沿x軸和y軸的分量分別為,電荷q1作用于電荷q3上的力 的大小為,10,電荷q2作用于電荷q3上的力 的大小為,力 沿x軸和y軸的分量分別為,根據(jù)靜電力的疊加原理,作用于電荷q3上的合力為,合力 的大小為,11,合力 與x軸的夾角為,可見,由庫侖定律算出的作用力是不小的,在距離一定時(shí),它與帶電體所帶電荷量相關(guān)。,12,例如兩個(gè)各帶電荷量為1C的帶電體,當(dāng)它們相距1m時(shí),根據(jù)庫侖定律算出其作用力達(dá)9.0109N,然而,通常在實(shí)驗(yàn)室里,利用摩擦起電使物體能獲得的電荷量的數(shù)量級(jí)只是10-6C,此時(shí)相距1m時(shí)的靜電力僅為10-2N的數(shù)量級(jí),這就是說,實(shí)際上我們利用通常的起電方法不可能使一個(gè)有限大(例如半徑為1m的球體)的物體的帶電量達(dá)到1C或接近1C,因?yàn)樵缭陔姾闪烤奂酱?/p>