华中科技大学 课件 静电场_大学物理第九章

第三篇 电磁学 Blectomagneti

第三篇

本篇内容 第9章静电场 第10章静电场中的导体和电介质 第11章磁场与电磁相互作用 第12章介质中的磁性 第13章电磁感应 第14章麦克斯韦方程组

本篇内容 第 9 章 静电场 第10章 静电场中的导体和电介质 第11章 磁场与电磁相互作用 第12章 介质中的磁性 第13章 电磁感应 第14章 麦克斯韦方程组

第9章 静电场

第9章 静电场

第9章静电场 Electrostatic Fields 第1节电荷和库仑定理 第2节静电场电场强度 第3节静电场的高斯定理 第4节静电场的环路定理 第5节电势差和电势 第6节电势梯度 第7节静电势能

第9章 静电场 第1节 电荷和库仑定理 第2节 静电场 电场强度 第3节 静电场的高斯定理 第4节 静电场的环路定理 第5节 电势差和电势 第6节 电势梯度 第7节 静电势能 Electrostatic Fields

第1节电荷和库仑定理 Charge and Coulomb's Law 一、 电荷 1.什么是电荷？ 电荷是物质的基本属性！电荷→只有两种 2.电荷遵从守恒定律 在一个和外界没有电荷交换的系统内，正负 电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。即 1=C ·电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程 (例如核反应和基本粒子过程)，是物理学中普 遍的基本定律之一。 1

一、电荷 1.什么是电荷？ 电荷是物质的基本属性! 电荷 只有两种 第1节 电荷和库仑定理 Charge and Coulomb’s Law 2.电荷遵从守恒定律 在一个和外界没有电荷交换的系统内,正负 电荷的代数和在任何物理过程中保持不变。即  q i  C 电荷守恒定律适用于一切宏观和微观过程 ( 例如核反应和基本粒子过程 ), 是物理学中普 遍的基本定律之一。 1

3.电量是相对论不变量 在不同参照系内观察， 同一个带电粒子的电量不 电子加速到V=0.9999999997&变，这一性质叫做电荷的相 对论不变性 m=4.0825×104m0 但是电子的电量q=e=1.602×1019C 保持不变 4.电荷是量子化的 1906~1917年，密立根用液滴法测定了电子电荷，证明微 小粒子带电量的变化是不连续的，它只能是元电荷的 整数倍，即粒子的电荷是量子化的： I=nen=士1，±2，±3..电荷量子 1986年的推荐值为e=1.60217733×1019库仑 迄今所知，电子是自然界中存在的最小负电荷，质 子是最小的正电荷。 注：在宏观电磁现象中电荷的不连续性表现不出来

在不同参照系内观察, 同一个带电粒子的电量不 变,这一性质叫做电荷的相 对论不变性 3.电量是相对论不变量 2 电子加速到 0.9999999997 m = 4.0825×10 4m0 但是电子的电量 q= e = 1.60210 -19C 保持不变 4.电荷是量子化的 e = 1.60217733×10 -19库仑 注: 在宏观电磁现象中电荷的不连续性表现不出来 q = ne n= ±1,±2,±3… 电荷量子 1906～1917年,密立根用液滴法测定了电子电荷,证明微 小粒子带电量的变化是不连续的,它只能是元电荷 e 的 整数倍, 即粒子的电荷是量子化的: 1986年的推荐值为 迄今所知,电子是自然界中存在的最小负电荷,质 子是最小的正电荷

二、电相互作用 理想模型 1.库仑定律 （1785年，库仑通过扭称实验得到) 在真空中两个静山点电荷1，q2之间的作用 力与它们的电量的乘积成正此，与它们之间距离 的平方成反比 =k12， 42受力 国际单位制中： k=,1=8.988×10Nm21C 它，单位矢量 4π6 6=8.85×10-H2C2Nm2 施力 真空中的介电常量

1.库仑定律 （1785年，库仑通过扭称实验得到） 1 2 2 r q q F k e r    二、电相互作用 理想模型 在真空中两个静止点电荷q1 , q2之间的作用 力与它们的电量的乘积成正比,与它们之间距离 的平方成反比 q1施力 q2受力 F  r r e  9 2 2 单位矢量 0 1 8.988 10 Nm /C 4 k     12 2 2 0   8.8510  C /Nm 真空中的介电常量 国际单位制中： 3

9192 4πe0r2 1°遵从牛顿第三定律F2=-F2! 2°库仑定律只适用两个 92 静止点电荷 f F2 1、2同号，排斥力F厅 4142异号，吸引力户 g1 3°若1、2在介质中，介电常数8=E,: 空气中：≈ 4°基本实验规律 在宏观，微观领域都适用！

2°库仑定律只适用两个 静止点电荷 同号, 排斥力 F r   || q1、q2 q1、q2 异号, 吸引力 F r    3°若q1、q2在介质中, 介电常数  = r0； 空气中 ：  0 注： 1 2 2 0 4 r q q F e  r    4 4°基本实验规律 在宏观，微观领域都适用！ q1 r q2  F12  F21  q1 q2 r  F21  F12  F12  F21   1°遵从牛顿第三定律

2.电力叠加原理 实验表明：库仑力满足线性叠加原理，即不因第三 者的存在而改变两者之间的相互作用。 当多个点电荷存在时，任意一个点电荷受的 静电力等于其它各个点电荷单独存在时对它的作 用力的矢量和。 即有 F=F++F+…+Fn 00 ● 3 5

2.电力叠加原理 当多个点电荷存在时，任意一个点电荷受的 静电力等于其它各个点电荷单独存在时对它的作 用力的矢量和。 F F F F Fn        1  2  3   qn 5 即有 实验表明: 库仑力满足线性叠加原理, 即不因第三 者的存在而改变两者之间的相互作用。 o 2 1 1 0 1 4 n n i i i i i i q q F F e  r          1 q 4 q 3 q 2 q o q 1r 4r 3r 2r

第2节静电场、电场强度 Electrostatic Fields and 一、电场 Electric Field Strength 近代物理学证明 电荷之间的相互作用力是通过电场传递 的。电荷在周围空间激发电场，引入该电场 的任何带电体，都会受到电场的作用力。 电荷41 电场 电荷42 电场是物质存在的一种形态，也具有动量、 质量、能量。 6

一、电场 近代物理学证明 电荷q1 电场 F12 F21 电荷q2 第2节 静电场、电场强度 Electrostatic Fields and Electric Field Strength 6 电荷之间的相互作用力是通过电场传递 的。电荷在周围空间激发电场, 引入该电场 的任何带电体, 都会受到电场的作用力。 电场是物质存在的一种形态,也具有动量、 质量、能量