华中科技大学：《大学物理》课程教学资源（PPT课件讲稿）第九章 电相互作用真空中的静电场

电磁学 华中科技大学物理系 电相互作用真空中的静电场 静电场与实物的相互作用 电容器的电容和电场的能量 真空中的稳恒磁场 磁相互作用 电磁感应 麦克斯韦方程组

电碳 第力音电相百作用直空中的静申场

第九章 电相互作用 真空中的静电场

电磷

第九章电相互作用真空中的静电场 §91电荷的相互作用 §92静电场、电场强度 §93静电场的高斯定理 §94静电场力作功 §95电位差和电位 §9.6电荷在外电场中的静电位能

§9.1 电荷的相互作用 §9.2 静电场、电场强度 §9.3 静电场的高斯定理 §9.5 电位差和电位 §9.4 静电场力作功 §9.6 电荷在外电场中的静电位能 第九章 电相互作用 真空中的静电场

s91电荷的相互作用 1.电荷守恒定律 (1)电荷?电荷→只有两种 电荷是物质「质量→物体的引力相互作用本领 的基本属性电荷→物体的电相互作本领 (2)电荷是量子化的( charge quantization) 量子化:某物理量的值不是连续可取值而只能 取一些分立值,则称其为量子化 自然界物体所带电荷:q=ne ∫e=1.602×1019C 电荷量子 n=±1、±2、士3. 注:在宏观电磁现象中电荷的不连续性 表现不出来

§9.1 电荷的相互作用 (1) 电荷？ 电荷是物质 的基本属性 质量 电荷 (2) 电荷是量子化的(charge quantization ) 量子化：某物理量的值不是连续可取值而只能 取一些分立值，则称其为量子化 自然界物体所带电荷：q = ne e = 1.60210-19C n= ±1、±2、±3… 电荷量子 注：在宏观电磁现象中电荷的不连续性 表现不出来。 → 物体的引力相互作用本领 → 物体的电相互作用本领 电荷→ 只有两种 1. 电荷守恒定律 1

(3)电荷遵从守恒定律 (law of conservation of charge 电荷守恒定律的表述: 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。 ∑q=C 电荷守恒定律是物理学中普遍的基本定律。 (4)电量是相对论不变量 都有两个电子两个质子 例:H2、He原子 并都精确电中性

(4) 电量是相对论不变量 例：H2 、He原子 (3) 电荷遵从守恒定律 (law of conservation of charge) 都有两个电子两个质子 并都精确电中性 电荷守恒定律的表述： 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。 电荷守恒定律是物理学中普遍的基本定律。 qi =C 2

2.库仑定律 (1)点电荷——理想模型 忽略物体形状及电荷的分布,看成具有电荷的几何点 (2)库仑定律(1785年,库仑通过扭称实验得到) 在真空中两个点电荷q1,q2之间的相互作用力为: F=k91g2p 2 F= K 9192 2 12 电荷q2受电荷q1的力 q1 F是电荷q指向电荷q2单位矢量 92 同理:电荷q1受电荷q2的力: F,i r F 9192 21 2 21 P是电荷q2指向电荷q单位矢量3

2. 库仑定律 (1) 点电荷 —— 理想模型 忽略物体形状及电荷的分布，看成具有电荷的几何点 (2) 库仑定律（1785年，库仑通过扭称实验得到） 在真空中两个点电荷q1 ,q2之间的相互作用力为： r r q q F k ˆ 2 1 2 =  q1 r q2  F12  ——电荷q2受电荷q1的力 r ˆ q1 q2 r  F21  r ˆ r r q q F K ˆ 2 1 2 12 =  同理：电荷q1受电荷q2的力： r r q q F K ˆ 2 1 2 21 =  r ˆ 是电荷q1指向电荷q2单位矢量 r ˆ 是电荷q2指向电荷q1单位矢量 3

(3)K的取值 F=k992 一般物理上处理比例常数有两种方式: 2 1)如果关系式中除K以外,其它物理量的单位已经 确定,那么只能由实验来确定K值 M m 如万有引力定律:F=G 并且G是具 有量纲的量 待测量 2)如果关系式中还有别的物理量尚未确定单位 则:就令K=1 真空中的 库仑定律(两种) 介电常数 第一种国际单位制中:k==8.988×192Nm2/ F 9192 4元E 2 E=885×1012C2/Nm2 电量的单位尚未确定:令K=1F=1DR 第二种高斯制 2

(3) K 的取值 1) 如果关系式中除K 以外，其它物理量的单位已经 确定，那么只能由实验来确定K 值。 一般物理上处理比例常数有两种方式： 2) 如果关系式中还有别的物理量尚未确定单位 并且G是具 有量纲的量 如万有引力定律： r r M m F G   3 = 待测量 第二种 高斯制 电量的单位尚未确定： 库仑定律 (两种)： r r q q F ˆ 2 1 2 =  12 2 2 8.988 10 / 4 1 k Nm c o − = =   第一种 国际单位制中： 则：就令 K =1 r r q q F k ˆ 2 1 2 =  12 2 2  o =8.8510− C / Nm 真空中的 介电常数 r r q q F o ˆ 4 2 1 2  =  令 K = 1 4

BF- q12 2 4元Enr 2 1°F12=F1遵从牛顿第三定律。 2 2°库仑定律只适用两个静止点电荷。q1 4、q2同号,排斥力F‖F; F 92 41、q2异号,吸引力FF 21d 3°若q1、q2在介质中,介电常数8=q1 空气中:ε≈ε 4°库仑定律是基本实验规律。 在宏观,微观领域都适用

2º 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。    3º若q1、q2在介质中，介电常数  = ro； 空气中：   o r r q q F o ˆ 4 2 1 2  =  4º 库仑定律是基本实验规律。 在宏观，微观领域都适用。 q1 r q2  F12  F21  q1 q2 r  F21  F12  注： F12 F21 遵从牛顿第三定律。   1º = 5

3.电力叠加原理 实验证明: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对它 的作用力的矢量和 F=F1+F2+B3+…+F=∑F 库仑定律 是静止电荷相互作用 电力叠加原理 的基本定律 6

3. 电力叠加原理 实验证明：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对它 的作用力的矢量和。 F F1 F2 F3 Fn       = + + + + q1 qo q2 q3 qn  = = n i 1 Fi  库仑定律 电力叠加原理 是静止电荷相互作用 的基本定律 6